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L’Istituto Cardiocentro Ticino si è da sempre dedicato con impegno alla ricerca e all’innovazione

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Cardiovascular engineering

L’istituto Cardiocentro Ticino si è da sempre dedicato con impegno alla ricerca e all’innovazione

Cardiovascular engineering

TEAM
Prof. Dr. Stefanos Demertzis
Prof. Dr. Stefanos Demertzis
Primario di Cardiochirurgia

 

Mira Puthettu
Mira Puthettu
MSC Engineer

 


Area di ricerca e ricerca traslazionale
Il laboratorio di ingegneria cardiovascolare è partito concentrandosi sullo sviluppo di un nuovo dispositivo di assistenza ventricolare per supportare i pazienti con insufficienza cardiaca allo stadio terminale. Questa pompa turbo-dinamica è peculiare in quanto destinata al supporto del ventricolo destro, in contrasto con tutti i dispositivi esistenti che supportano il ventricolo sinistro. Lo sviluppo si è concentrato innanzitutto sulla creazione di un “sistema di ricerca” che potesse essere utilizzato in studi in vitro e in vivo per valutare le caratteristiche necessarie per un dispositivo per essere efficace e commercialmente valido. Buona parte di questo lavoro è attualmente trasferito al Politecnico di Milano in uno sforzo di collaborazione che dura da 4 anni.

Più recentemente, l’attenzione del gruppo CVE si è spostata sul miglioramento della qualità degli inerventi di cardiochirurgia occupandosi di “piccoli problemi comuni” spesso ignorati che però possono avere un grande impatto sull’esito e sulla qualità della vita del paziente. In particolare, stiamo esaminando emboli solidi e gassosi che possono entrare nel sangue e viaggiare verso organi critici e bloccare parte della circolazione coronarica o cerebrale. L’infarto cardiaco e l’ictus sono complicazioni molto rare in cardiochirurgia, ma durante l’intervento vengono regolarmente osservati e corretti piccoli disturbi nell’elettrocardiogramma (sopraslivellamento del tratto ST) come conseguenza della formazione di bolle d’aria coronariche. Dopo l’intervento, nei pochi studi che si sono concentrati su questo problema, si osserva regolarmente un leggero declino della funzione cognitiva, ad esempio nella memoria specifica o nei test verbali. Sebbene ciò rifletta lo stato dell’arte e gli emboli non siano la preoccupazione prioritaria, noi crediamo che più si può evitare il problema meglio è.

Un primo passo in tal senso è misurare in modo accurato e coerente le bolle d’aria che viaggiano attraverso la macchina cuore-polmone per valutare la gravità del problema e impostare un riferimento che può essere successivamente migliorato. Abbiamo istituito un sistema di controllo qualità in sala operatoria insieme ai perfusionisti e già individuato componenti e manovre intraprese per perseguire l’obiettivo del continuo miglioramento della qualità dell’intervento stesso.

Un altro approccio che stiamo seguendo è l’analisi dettagliata di un metodo comunemente (mal) usato che impedisce il contatto diretto sangue-aria nel torace aperto: si tratta dell’allagamento del campo con CO2. Lo studio di questa tecnica ci stanno portando allo sviluppo di un dispositivo medico per facilitarla.

Metodi di ricerca
Negli ultimi anni è stato sviluppato un sofisticato “simulatore ibrido”; il dispositivo utilizza un software di simulazione della circolazione umana ed è collegato a una parte idraulica che può simulare, in tempo reale, il sistema circolatorio ed è in grado di generare la pressione sanguigna locale che si genera nel mondo reale in appositi serbatoi di fluidi, questo consente di collegare dispositivi da testare (“hardware in the loop”).

Possiamo ulteriormente simulare gli interventi cardiaci in diversi modi: in modelli idraulici con aorte stampate in 3D e pompe cardiache pulsanti, e con modelli “a secco” (sternotomia e chirurgia mininvasiva) contenenti riproduzioni anatomiche del torace, della gabbia toracica, del cuore e dell’aorta. Le simulazioni vengono eseguite con strumenti e macchine chirurgiche reali ed è possibile inserire una serie di sensori che consentono di fornire informazioni uniche che non possono essere normalmente ottenute sui pazienti.

I modelli ad umido vengono utilizzati per la valutazione delle bolle d’aria; disponiamo in laboratorio di un conta bolle ad ultrasuoni, e uno in sala operatoria, per il controllo quotidiano della qualità e la registrazione dei casi dei pazienti.

I modelli a secco vengono utilizzati per la tecnica dell’allagamento con CO2 che permette di prevenire il contatto sangue-aria; le informazioni fornite dal sensore sono state migliorate grazie ad un esclusivo banco di prova ottico in grado di visualizzare questo gas invisibile.

Pubblicazioni
-Direct visualization of carbon dioxide field flooding: Optical and concentration level comparison of diffusor effectiveness. Vandenberghe S, Iseli D, Demertzis S. J Thorac Cardiovasc Surg. 2020 Mar;159(3):958-968. doi: 10.1016/j.jtcvs.2019.04.040.

-Effect of cannulation site on emboli travel during cardiac surgery. Puthettu M, Vandenberghe S, Demertzis S. J Cardiothorac Surg. 2021 Jun 23;16(1):181. doi: 10.1186/s13019-021-01564-1

-Chimney grafts for coronary perfusion during transcatheter Aortic Root Replacement (TARR). Preliminary results in a 3D model with pulsatile flow. E. Ferrari, M. Puthettu, S. Vandenberghe, S. Demertzis, L. von Segesser. Cardiovasc Med 2021 Supp. 30S: P01
-De-airing techniques during open-heart surgery: survey report. C. Magnin, T. Theologou, S. Demertzis, S. Vandenberghe. Cardiovasc Med 2021 Supp. 53S: P50

Finanziamenti
-CarboCor – One gas controller for all cardiac surgery needs
Innosuisse 40323.1 IP-LS
CHF 225’686.50
JAN2020 – JUL2021

-Reducing arterial gaseous microemboli originating from cardiopulmonary bypass
Swiss Heart Foundation FF 20134
CHF 60’000
MAR2021-FEB2022

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Via Tesserete 48
CH-6900 Lugano
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Riferimenti

Responsabile

Prof. Dr. Stefanos Demertzis

Primario di Cardiochirurgia

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Prof. Dr. med. Stefanos Demertzis
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