Su quali sfide e argomenti lavorerai?

1. PROTESI INTELLIGENTI (STENT)

CHALLENGE! Nuovi progetti per stent e protesi metalliche più aderenti all’anatomia del paziente (curva aortica) e in grado di rilevare i guasti (movimenti).

• Ingegneria meccanica
• Materiali avanzati
• Fluidodinamica computazionale
• Sensorizzazione e IoT
• Produzione additiva
• Biomateriali
• Fisica e matematica
• Modelli predittivi

PROBLEMA: La chirurgia vascolare spesso opera aneurismi (dilatazioni anomale e permanenti della parete arteriosa) impiantando protesi di bypass basate su un tubo in tessuto PTE/PTFE e uno stent metallico a memoria di forma che mantiene aperto il tubo mediante una forza radiale. Gli stent sono disponibili in dimensioni standard: tuttavia, devono adattarsi all’anatomia dei diversi pazienti, che può variare notevolmente da un paziente all’altro e all’interno dello stesso paziente, causando problemi di aderenza nel tempo. Inoltre, la pressione esercitata dal flusso sanguigno può causare malfunzionamenti (movimenti) della protesi, che possono richiedere ulteriori interventi.

IDEE: È possibile concepire stent più personalizzati, con dimensioni e forza radiale più adattabili, e/o che possano essere adattati all’anatomia dei pazienti subito prima dell’intervento, possibilmente coinvolgendo la produzione additiva (stampa 3D)? È possibile migliorare il design dello stent in modo che il flusso sanguigno sia meno influenzato (minore turbolenza), ad esempio utilizzando nuovi materiali che consentano uno spessore più sottile della protesi (sandwich PTFE-carbonio)? È possibile sensorizzare le protesi in modo che possano rilevare le variazioni di pressione del flusso sanguigno e quindi i guasti? Quale fonte di energia dovrebbero raccogliere tali sensori?

2. SOLUZIONI PER L’ENDOLEAK DI TIPO 2

CHALLENGE! Nuovi metodi e materiali per riempire la sacca aneurismatica una volta impiantata la protesi (questo evita che la sacca si riempia di sangue e diventi soggetta a trombosi).

• Ingegneria meccanica
• Materiali avanzati
• Fluidodinamica computazionale
• Sensorizzazione e IoT
• Produzione additiva
• Biomateriali
• Fisica e matematica
• Modelli predittivi

PROBLEMA: Un endoleak di tipo II si verifica quando, dopo l’impianto di una protesi, le piccole arterie periferiche continuano a fornire sangue alla sacca aneurismatica, che diventa instabile e minaccia la salute del paziente operato. Questo problema è stato affrontato con azioni preventive durante l’impianto della protesi, come l’embolizzazione della sacca con materiale trombogenico (che però non è efficace in termini di tempo) o il riempimento della sacca con un polimero (che però si è dimostrato fallimentare a causa della massa del materiale e della mancata corrispondenza delle proprietà meccaniche con la sacca). Sono state esplorate, ma non industrializzate, protesi con filamenti peptidici funzionalizzati con aminoacidi (con una grande capacità di coagulare il sangue).

IDEE: È possibile riempire la sacca aneurismatica con materiali biocompatibili che consentano di sigillare le arterie che forniscono sangue? L’idrogel sarebbe adatto o si rivelerebbe troppo pesante? L’aerogel sarebbe adatto, considerando che le sue nicchie sarebbero abitate da sangue coagulato? Le spugne compresse potrebbero essere un’opzione e quale potrebbe essere l’attivazione? I materiali bidimensionali attaccati alla protesi sarebbero adatti?

3. ROBOT PER LA CHIRURGIA VASCOLARE

CHALLENGE! Nuovi concetti di robot in grado di impiantare una protesi che potrebbe essere impiegata per operazioni a distanza.

• Ingegneria meccanica
• Robotica
• Fluidodinamica computazionale
• Sensorizzazione e IoT
• Ingegneria industriale
• Realtà aumentata
• Fisica e matematica
• Intelligenza artificiale

PROBLEMA: L’impianto di una protesi richiede un alto grado di destrezza e conoscenze pratiche esperte che comportano la gestione di un sistema coassiale rotante composto da oggetti che scorrono e ruotano l’uno sull’altro: cateteri, guide morbide, guide rigide, cingoli e lo stent/protesi. Tutti devono essere inseriti nell’arteria di un arto (ad esempio, l’arteria femorale) e guidati lungo il corpo fino a raggiungere la posizione giusta (addome o aorta dove si trova l’aneurisma). Per complicare le cose, le arterie possono fare curve a 90°, anse e ci sono biforcazioni. Il feedback tattile fornito dalle guide al chirurgo è fondamentale. È possibile concepire un robot e un sistema di comando/feedback adatto a consentire al chirurgo di eseguire un’operazione di installazione della protesi a distanza, magari su interventi standard/semplici? Questo risolverebbe anche il problema dell’esposizione alla RX (i chirurghi devono utilizzare la RX in diretta per vedere all’interno del paziente e localizzare la protesi da impiantare e i vari dispositivi utilizzati per la sua installazione).

IDEE: Sul mercato esistono le prime soluzioni robotiche (ad esempio, Magellan, Sentante, CorPath, Robocath e un altro progetto cinese basato sulla manipolazione biomimetica). Altri prodotti sono poco utilizzati a causa della scarsa ergonomia (interfaccia joystick). Una sfida fondamentale è garantire un feedback aptico all’interfaccia che abbia una precisione e un’istantaneità adeguate (esistono studi ed esperimenti con attuatori elastici in serie SEA).

4. INTERVENTO CHIRURGICO AUMENTATO

CHALLENGE! Nuovi sistemi basati sui dati per supportare la pianificazione e l’esecuzione degli interventi per ottimizzare i risultati e migliorare l’efficienza dei processi.

• Ingegneria meccanica
• Robotica
• Fluidodinamica computazionale
• Sensorizzazione e IoT
• Ingegneria industriale
• Realtà aumentata
• Fisica e matematica
• Intelligenza artificiale

PROBLEMA: Attualmente, l’intera pianificazione dell’intervento (fasi, strumenti e tipo di protesi adatta) viene effettuata dal chirurgo in modo personalizzato. Esistono alcuni software che offrono suggerimenti sulla selezione dei diametri di stent adatti, ma non danno consigli sulla pianificazione dell’intervento. APSS è in grado di rendere disponibili i dati cronometrati delle varie fasi di un intervento in formato Daicom (immagini con informazioni sui tempi, dosi di farmaci somministrati). È possibile pensare a un software in grado di supportare il chirurgo nella pianificazione dell’intervento, basandosi su un database di interventi pianificati (e relativi esiti)?

IDEE: Il modello può generare automaticamente il piano di intervento (fasi, strumenti) in base al tipo di protesi da applicare (che potrebbe essere suggerito in base ad algoritmi di ML – Machine Learning basati sull’anamnesi), eventualmente generando diversi piani associati a diverse informazioni di rischio/successo/costo. Il sistema può combinare aspetti economici e di usabilità con logiche di gamification per massimizzare l’interesse dei chirurghi di tutta la contea ad annotare e condividere i dati dei propri interventi (ad esempio, portando l’etichettatura in sala operatoria per risparmiare tempo).