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Articolo pubblicato il 17-12-2005
di Valentina Hartwig, Giulio Giovannetti, Raffaello Francesconi, Luigi Landini, Antonio Benassi
Numero 23 - Anno 3
17 Dicembre 2005
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 Prototipo ad Infrarossi per la verifica in tempo reale della qualità di un bypass coronarico appena impiantato
In uno dei laboratori dell'Istituto di Fisiologia Clinica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) di Pisa, alcuni ricercatori stanno svolgendo delle ricerche allo scopo di realizzare un nuovo dispositivo di ausilio al chirurgo durante interventi di bypass coronarici a torace aperto, per la valutazione, in tempo reale, della corretta riperfusione delle zone cardiache colpite precedentemente da ischemia. La tecnica utilizzata è quella degli infrarossi, onde elettromagnetiche invisibili all'occhio umano e a bassa energia, emesse naturalmente da ogni corpo umano e direttamente collegate alla temperatura della superficie corporea e quindi al flusso sanguigno. Il prototipo realizzato, ancora in fase di ottimizzazione, è stato fino ad ora testato in laboratorio e si è dimostrato in grado di rivelare il corretto passaggio di sangue in un tratto di vaso appena impiantato come via alternativa al flusso precedentemente compromesso.
L'obiettivo
Durante un intervento di bypass coronarico, è fondamentale verificare che il tratto di vaso appena impiantato, garantisca una efficace via secondaria al flusso sanguigno e quindi il corretto ripristino della circolazione nella zona del cuore colpita precedentemente da ischemia. Questa verifica viene fatta in genere successivamente all'intervento, in una sala di emodinamica: se il bypass presenta qualche irregolarità il chirurgo deve intervenire di nuovo. Negli ultimi anni questa problematica è stata oggetto di ricerca e in alcuni casi ha portato all'utilizzo di tecniche prese in prestito da altri campi, quali quello industriale e militare, con risultati soddisfacenti. E' il caso delle termocamere, nate per creare mappe superficiali di temperatura e rivelare, ad esempio, la presenza di un corpo caldo anche in un ambiente buio. Da qui è nata l'idea iniziale di questa ricerca, relativa alla possibilità di utilizzare l'emissione naturale di raggi infrarossi da parte della superficie del corpo umano. I raggi infrarossi sono invisibili all'occhio umano, ma possono essere rivelati da particolari tipi di sensori. Il passo successivo riguarda la correlazione tra l'emissione di questi raggi e la temperatura: secondo la legge di Wien un corpo a temperatura di 37°C emette radiazioni ad una certa lunghezza d'onda nel range degli infrarossi (10 micron). Si ha, quindi, la possibilità di mettere in relazione la quantità di raggi infrarossi rivelata dal sensore con la temperatura di un'area corporea sulla quale esso è puntato. La temperatura superficiale di un vaso sanguigno a contatto con l'aria (è il caso di una coronaria di un paziente con il torace aperto durante un intervento cardiochirurgico) è regolata dal sangue che scorre al suo interno: variazioni del flusso sanguigno sono direttamente correlate alle variazioni di temperatura rivelata e, quindi, alle variazioni di emissione di raggi infrarossi da parte della superficie del vaso.
Utilizzando questo principio è possibile realizzare un dispositivo capace di "misurare" i raggi infrarossi emessi dalla superficie di un vaso sanguigno, e di trasformare questa informazione, attraverso l'uso di un circuito elettronico di elaborazione, in un'indicazione della qualità del bypass appena impiantato dal chirurgo.
Il prototipo realizzato
Il prototipo realizzato nel laboratorio ITENI (Immagini con TEcnologie Non Ionizzanti), utilizza un sensore piroelettrico in grado di rivelare e quantificare l'emissione di raggi infrarossi: i raggi emessi dalla superficie del vaso sanguigno usato per il bypass, vengono convogliati, grazie all'utilizzo di una particolare lente, sull'area sensibile del sensore che trasforma l'energia delle radiazioni in un segnale elettrico, elaborato poi da un PC.
Il chirurgo deve posizionare il dispositivo al di sopra del bypass da ispezionare: il preciso posizionamento è assicurato da due puntatori laser a bassa potenza. La misura avviene in tempo reale e viene visualizzata sul monitor di un PC.
 
Figura 1: Vista di fronte e dall'alto del prototipo realizzato
Fino ad ora il prototipo è stato testato in laboratorio su sistemi appositamente realizzati per simulare un bypass appena impiantato: i risultati preliminari sono soddisfacenti in quanto il dispositivo si è dimostrato in grado di rivelare, in tempo reale, il passaggio di sangue all'interno del vaso. Inoltre è portatile, di facile utilizzo, realizzabile a bassi costi e non è influenzato dall'ambiente circostante.
Ovviamente, per una futura applicazione sull'uomo, dovrà essere ottimizzato sia dal punto di vista meccanico che dal punto di vista della sensibilità in modo da poter evidenziare anche piccole imperfezioni nel bypass.
Laboratorio Immagini con Tecnologie Non Ionizzanti
Reparto di Bioingegneria Elettronica e Ingegneria Clinica
Istituto di Fisiologia Clinica - C.N.R. (Pisa)
Via G. Moruzzi 1
56124 San Cataldo (PI) - Italia
Web: www.ifc.cnr.it/iteni
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Autore: di Valentina Hartwig, Giulio Giovannetti, Raffaello Francesconi, Luigi Landini, Antonio Benassi
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