Fino agli anni ’70, chi nasceva con una malformazione cardiaca aveva gli anni contati: non esistevano tecniche chirurgiche in grado di curare i cuori affetti da cardiopatia.
Oggi, invece, l’aspettativa di vita è – nella maggior parte dei casi – tale e quale a quella di un uomo o una donna che nascono con il cuore sano, grazie alla medicina e alla ricerca.
La meccanica del cuore
Sono un ingegnere affascinata dalla meccanica del cuore. L’ingegneria meccanica applica i principi della fisica ai sistemi meccanici. Ed il cuore è una meravigliosa macchina che svolge un lavoro, non solo affascinante, ma di fondamentale importanza per il funzionamento del corpo umano – e non solo. Il nostro organismo rispetta esattamente le leggi della fisica: è continuamente soggetto a forze e tensioni. Ciò che cambia dalla meccanica classica è l’oggetto di interesse, che è molto più complesso: ciascuno di noi è diverso, e la stessa persona cambia durante il proprio ciclo di vita.
Proprio per questo, ho sempre creduto che la cura non fosse esclusivo appannaggio di medici e infermieri ma che, per funzionare davvero, avesse bisogno dell’apporto di altre specialità. Fra cui anche quella fisica e ingegneristica.
Il BioCardioLab: un laboratorio di bioingegneria al servizio del Sistema Sanitario
Da questo principio è nato il BioCardioLab, un laboratorio di bioingegneria all’interno dell’Ospedale del Cuore di Massa di Monasterio, un centro di eccellenza e di alta specialità per la cura del cuore di tutti, dal feto al grande anziano. Il laboratorio ha visto la luce nel 2010, da un’idea mia – un ingegnere meccanico – e del Dottor Sergio Berti – un cardiologo interventista. Far interagire due mondi, parlare la stessa lingua, prefiggersi un solo scopo: questa è stata la sfida del BioCardioLab. Una realtà ad altissima formazione e specializzazione fisica e ingegneristica totalmente immersa nella realtà ospedaliera del servizio sanitario nazionale, a supporto dei clinici per offrire le migliori cure ai pazienti più grandi e a quelli più piccini. Radiologi, cardiologi, cardiochirurghi, informatici, tecnici, biologi, fisici e ingegneri – in questi 15 anni – hanno sempre lavorato insieme, ponendosi le domande attorno al letto del paziente, per poi tornare al paziente con risposte condivise.
Il nostro, delicato, compito è quello di supportare la medicina di precisione attraverso strumenti propri della (bio-)ingegneria, per ottenere un risultato sartoriale, cioè unico e personalizzato per ciascun paziente. Tutto questo, mediante la creazione dei Digital Twin e dei Physical Twin, l’utilizzo di specifici algoritmi di Intelligenza Artificiale per analizzare in modo più veloce ed efficiente i dati e le immagini provenienti dalla clinica, la realizzazione e la sperimentazione di banchi prova per lo studio di reperti di tessuto vascolare e simulatori fluidodinamici.
Il cuore del paziente
Il primo passo per la cura del paziente, è il Digital Twin. Punto di partenza sono, sempre, i dati clinici (pressioni, flussi e geometrie) per ricostruire accuratamente il cuore, partendo dalle immagini radiologiche – quali tomografia assiale computerizzata o risonanza magnetica. Ci serviamo delle simulazioni numeriche svolte al calcolatore e di un processo, detto “di segmentazione”, grazie al quale identifichiamo i segmenti anatomici di interesse per l’intervento. In questo modo, possiamo creare modelli digitali accurati del cuore umano, dei suoi vasi e delle sue valvole, consentendo di esaminare, simulare e comprendere meglio la fisiologia e la patologia sul gemello digital di un determinato paziente. Una volta ottenuto il gemello digitale del cuore, inviamo il file ad una stampante 3D: dopo qualche ora, otteniamo una replica esatta dell’anatomia del paziente, in scala 1 a 1.
Si tratta del Physical Twin, un modello reale del cuore e dei vasi che – fino a poco tempo prima – era solo un’immagine. Le geometrie tridimensionali così ottenute vengono inserite in un vero e proprio simulatore fluidodinamico che è in grado di riprodurre le esatte pressioni e flussi del paziente di interesse. Il cuore 3D, a grandezza naturale, serve ad anestesisti, cardiologici, cardiochirurghi e cardiologi interventisti per testare procedure e terapie, così come pianificare gli interventi. Utilizzando la stessa strumentazione e monitoraggi della sala operatoria, possono visualizzare come sia esattamente quel cuore al suo interno con la specifica patologia del paziente, effettuare misurazioni e pianificare ogni mossa che andranno poi a replicare in terapia intensiva, in sala operatoria o di emodinamica. Grazie al tempo concesso loro dal modello del paziente prima dell’intervento vero e proprio, hanno la possibilità di scegliere le procedure appropriate e l’approccio operatorio migliore.
Una squadra multidisciplinare per una cura sartoriale
Creazione, studio, stampa, planning: ogni fase avviene all’interno dell’ospedale, permettendo – così – il totale controllo di ogni momento della cura, la garanzia della massima accuratezza, la riduzione al massimo dei tempi di attesa e dei rischi per il paziente.
Oggi, il BioCardioLab è un unicum nell’intero panorama nazionale, il primo laboratorio in Italia dedicato alla stampa 3D per le patologie cardiovascolari ad alta complessità per il pediatrico, il congenito e l’adulto, centro di riferimento anche a livello internazionale: non solo un laboratorio di stampa 3D a servizio del sistema sanitario pubblico, ma un gruppo di lavoro multidisciplinare in cui cardiologi, emodinamisti, cardiochirurghi, radiologi e ingegneri condividono conoscenze e competenze, lavorano quotidianamente insieme per realizzare il cuore tridimensionale dei nostri pazienti, garantire la migliore cura possibile e su misura, sartoriale.
Quanto tempo serve per salvare un cuore?
Tutto questo accade nell’arco di 24 ore.
