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Rivoluzionario monitoraggio wireless degli aneurismi intracranici trattati per via endovascolare

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Scritto da Fabio Pullano

Nell’ultimo decennio, le innovazioni tecnologiche in ambito medicale hanno influenzato gli approcci chirurgici anche nel trattamento degli aneurismi cerebrali. Oggi si stima che circa il 90% degli aneurismi cerebrali “non rotti” possano essere trattati con tecniche endovascolari e solamente il 10% dei casi sia destinato alla chirurgia a cielo aperto con craniotomia e “clipping” dell’aneurisma.

chirurgia a cielo aperto clip aneurisma cerebrale
Trattamento endovascolare dell'aneurisma cerebrale con approccio mini-invasivo.

Tra i trattamenti endovascolari, l’utilizzo di stent “flow diverter” per la ricostruzione della parete del vaso necessaria alla canalizzazione del flusso sanguigno, è diventata una procedura di routine nei centri specializzati.

Successivamente alla procedura chirurgica mini-invasiva, il protocollo di follow-up post-operatorio prevede la valutazione dell’attività del flow diverter con esami strumentali di controllo (Angio- RM o Angio-TAC) a distanza di 3-6 mesi.

Un gruppo di bioingegneri del Georgia Institute of Technology, ha sviluppato un nanosensore integrato nello stent flow diverter che consente il monitoraggio attivo del flusso intra-aneurusmatico senza la necessità di ricorrere ad indagini strumentali.

Trattamento endo-vascolare degli aneurismi intracranici

L’aneurisma cerebrale è una dilatazione patologica di alcune arterie all’interno del cervello che a causa della anomala fragilità vascolare, possono rompersi fino all’insorgenza di emorragia subaracnoidea. Tale condizione può portare al decesso quasi  immediato del paziente.

Il trattamento endovascolare è eseguito da Neuroradiologi Interventisti che, attraverso l’inserzione percutanea di un microcatetere nell’arteria femorale, raggiungono l’arteria cerebrale patologica sotto guida angiografica. Nel caso di trattamento con tecnica di “diversione di flusso”, una volta raggiunto il colletto dell’aneurisma, viene rilasciato uno stent, denominato “flow diverter”, allo scopo di canalizzare il sangue escludendo la sacca aneurismatica dal flusso sanguigno.

Il flow diverter, principalmente indicato per gli aneurismi non rotti di media e grande dimensione, ha una forma cilindrica ed è costituito da maglie metalliche fittissime che deviano il flusso sanguigno e minimizzano la circolazione del sangue nella sacca aneurismatica. Ciò consente il successivo processo di trombizzazione e involuzione della sacca. Nei casi di “aneurisma gigante”, oltre all’utilizzo del flow divert, vengono rilasciate delle spirali metalliche (“coil”) per prevenire il rischio di rottura accidentale dell’anomalia vascolare (embolizzazione).

Il protocollo clinico post-operatorio per tale trattamento endovascolare, richiede un monitoraggio dello stato dell’aneurisma a 3-6 mesi con Angio-RM o in alcuni casi con angiografia tradizionale.

Monitoraggio wireless dell’aneurisma: nanosensore integrato nello stent flow-diverter

Un team di ricercatori del Georgia Institute of Technology ha sviluppato un nanosensore integrato nel flow diverter per il monitoraggio emodinamico del flusso sanguigno che potrebbe ridurre la necessità a ricorrere ad esami strumentali quali Aangio-RM, Angio-TAC o angiografia tradizionale per la valutazione del flusso di circolazione del sangue nel distretto cerebrale.

Come riporta il portale “bioengineer.org“, Woo-Hong Yeo, professore del Dipartimento di Ingegneria Biomedica del Wallace H. Coulter di Atlanta, ha dichiarato:

Il sistema integrato può fornire un monitoraggio emodinamico attivo, consentendo al medico una misurazione quantitativa di come sta lavorando il flow diverter.

 

Il sensore progettato è di tipo capacitivo e di dimensione nanometrica, costituito da una membrana con armature metalliche parallele e all’interno un materiale dielettrico, incapsulati nello stent tramite un rivestimento in elastomero di silicone medicale.

(A) Sensore di flusso integrato nel flow diverter in nitinol (TFN). (B) Struttura del sensore capacitivo di flusso.

Da un punto di vista fisico, il nanosensore di flusso è un condensatore a facce parallele che misura il gradiente pressorio del flusso sanguigno entrante nella sacca aneurismatica. Al passaggio del sangue nel flow diverter, la membrana viene deflessa e la deformazione misurata è inversamente proporzionale alla distanza dei due piani metallici paralleli del sensore.

Inoltre il sensore, solidale al flow diverter, ha una struttura meccanica tale da poter essere compresso durante l’introduzione nel microcatetere e successivamente, al raggiungimento del colletto aneurismatico, di espandersi del 300-400% durante il rilascio e posizionamento finale.

Flow diverter e sensore integrato nelle diverse fasi della procedura: completamente compresso prima del rilascio (F), durante la fase di rilascio (G) e durante il rilascio finale (H).

Abbiamo sviluppato un flow diverter super elastico utilizzando un film in nitinol sottilissimo e altamente poroso

ha dichiarato Younjae Chu, professore della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Pittsburgh.

Nessun  flow diverter presente in commercio fornisce un monitoraggio quantitativo e real-time dell’emodinamica all’interno della sacca aneurismatica cerebrale. Attraverso la collaborazione con il gruppo del Dr. Yeo del Georgia Institute of Technology, abbiamo ideato un flow diverter smart che può monitorare attivamente le alterazione del flusso durante e dopo la procedura chirurgica.

Sensore di flusso incapsulato nel flow diverter, tenuto tra le dita della mano

La stabilizzazione delle normali condizioni fisiologiche dell’arteria cerebrale patologica richiede diversi mesi, durante il quale l’attività del flow diverter deve essere monitorata per mezzo dell’Angio-RM e iniezione di mezzo di contrasto nel flusso sanguigno con costi modesti per i sistemi sanitari.

Il sensore è ancora in una fase di prototipazione “Proof-of-Principle” e sperimentazione in vitro ma Yeo e il suo team sono al lavoro per consentire al medico di controllare nel suo ambulatorio le variazione del flusso sanguigno aneurismatico. I ricercatori stanno sviluppando una tecnologia induttiva risonante che invia al sensore un campo magnetico oscillante. Il sistema “wireless” sarà capace di misurare i cambiamenti del flusso ematico all’interno dell’aneurisma, misurando le variazioni della frequenza di risonanza.

Siamo in una fase sperimentale ma con questa innovazione tecnologica, il medico, senza ricorrere a esami strumentali, può misurare continuativamente i cambiamenti del flusso sanguigno nell’ aneurisma direttamente in ambulatorio o a casa del paziente.


Riferimenti:
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Informazioni autore

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Fabio Pullano

Ingegnere Biomedico, laurea magistrale con specializzazione in Biomeccanica presso l'Università degli Studi di Pavia.
Lavoro in un'azienda impegnata nella ricerca e commercializzazione di dispositivi medici innovativi nel campo
della Chirurgia Vertebrale, Neurochirurgia, Wound Care e Radiologia Interventistica.

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