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Medicina computazionale: curare il cuore con la matematica

Per riparare un cuore malato si può cercare la risposta nei modelli matematici. Sembra una cosa del futuro, eppure il Politecnico di Milano è da qualche anno che lavora al progetto iHeart, che significa letteralmente integrated heart model for the simulation of the cardiac function. Un progetto sostenuto con più di 2 milioni di euro dal Consiglio europeo della ricerca (Erc) e che rappresenta uno dei primi tentativi di creare un modello matematico del cuore, compreso di tutti i processi fisiologici che formano questa complessa macchina.

Impulsi elettrici, meccanici e processi di fluidodinamica. Una vera e propria sinergia tra medicina e ingegneria con l’obiettivo di avanzare nella medicina di precisione e trovare soluzioni specifiche per ogni paziente.

Attraverso equazioni complesse, basandoci sull’analisi di Big Data e sul supercalcolo, puntiamo a realizzare un modello personalizzato dello studio del cuore di un paziente” afferma Alfio Quarteroni, responsabile del progetto.

PH: EPFL news

Il medico osserva i sintomi, acquisisce i dati, traccia la diagnosi e stabilisce una terapia clinica. I modelli matematici possono aiutare nella fase pre-clinica grazie alla loro capacità predittiva e non invasiva, consentendo di creare un modello del paziente che descriva i processi fisiologici e patologici. E non solo questo, consentirà anche di realizzare scenari di evoluzione di certe patologie difficilmente ottenibili con gli strumenti della medicina tradizionale. E’ questo quello su cui si basa la branca della medicina computazionale.

I primi risultati

Grazie ai modelli matematici sviluppati da iHeart, è stato possibile ottenere valutazioni quantitative sui fattori che favoriscono l’innesco e il mantenimento di aritmie. Innanzitutto, di cosa si tratta? L’aritmia è un’alterazione del ritmo cardiaco, per la quale il battito risulta irregolare, con momenti di aumento (tachicardia), di diminuzione (bradicardia) o di assoluta irregolarità rispetto alla velocità media normale. Le cure disponibili dipendono dal tipo di aritmia con cui si ha a che fare. Per una cura completa, i medici si rifanno all’uso delle radiofrequenze, che consentono operazioni di “bruciatura” (ablazione) delle aree patologiche, con l’obiettivo di renderle inattive.

Quindi, come possono aiutare i modelli matematici? In collaborazione con l’IRCCS Ospedale San Raffaele di Milano, i ricercatori del Politecnico sono riusciti a supportare e consolidare gli strumenti già utilizzati nelle terapie convenzionali, migliorando la localizzazione delle zone d’intervento. Inoltre, in fase d’incubazione, ci sono algoritmi sempre più rapidi, che velocizzeranno il processo decisionale in modo significativo.

Modellizzare la fisiologia del cuore
PH: iHeart

Un altro grande traguardo si sta raggiungendo insieme all’Ospedale Sacco di Milano. In questo caso, i ricercatori stanno sviluppando un modello che fornisce informazioni dettagliate al cardiochirurgo per effettuare la miectomia, ovvero la rimozione di una parte del setto interventricolare. Si tratta del trattamento più comune per curare la cardiomiopatia ipertrofica ostruttiva, che causa un inspessimento del tessuto cardiaco tale da rendere difficoltoso l’espulsione del sangue in fase sistolica.

iHeart si sta impegnando anche nell’ottimizzazione della terapia di risincronizzazione cardiaca. In questo caso viene impiantato un device con lo scopo di ripristinare la corretta sincronia del battito cardiaco. Normalmente, i medici mappano il ventricolo sinistro del paziente per rilevarne la conduzione elettrica, avvalendosi di un catetere-elettrodo attraverso i vasi sanguigni. Gli strumenti di modellizzazione matematica consentiranno di ridurre enormemente il tempo di mappaggio e, di conseguenza, l’esposizione del paziente ad un trattamento invasivo. Grazie al modello paziente-specifico, consentiranno di guidare il posizionamento del catetere nel posto più curativo per il paziente analizzato.

La simulazione matematica, quindi, consente di avere un modello personalizzato in base ai dati del paziente. Inserendosi nella fase pre-operatoria, fornisce uno strumento efficace di supporto decisionale ai medici non invasivo e a bassissimo costo.

Come modellizzare il cuore con la matematica
PH: mox.polimi

La medicina computazionale

Il progetto iHeart sottolinea l’esigenza di aprire i nostri orizzonti e cercare di combinare sinergicamente diverse discipline, sfruttandone i punti di forza. Grazie alla matematica computazionale e gli avanzamenti nel mondo della medicina e della chirurgia, è possibile creare strumenti veloci, non invasivi e personalizzati, in grado di trovare trattamenti ad hoc per ogni paziente. Un obiettivo importante che mira a creare una collaborazione tra cardiologi ed ingegneri, cercando di ridurre l’impatto delle patologie sui pazienti e sul sistema sanitario pubblico.

[bquote by=”Alfio Quarterioni” other=”Professore presso il Politecnico di Milano e responsabile del progetto”]Riteniamo di riuscire a tracciare una pista importante in Italia in una disciplina nuova, la medicina computazionale[/bquote]

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Giulia Nuccihttps://biomedicalcue.it
Ricercatrice presso l'Istituto Italiano di Tecnologia, classe 1993, laureata in Ingegneria Biomedica.