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In che modo i ricercatori possono utilizzare un sistema di simulazione biomimetico per interventi vascolari al fine di calibrare e convalidare con precisione i sensori emodinamici

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In che modo i ricercatori possono utilizzare un sistema di simulazione biomimetico per interventi vascolari al fine di calibrare e convalidare con precisione i sensori emodinamici

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Nello sviluppo di dispositivi medici interventistici vascolari intelligenti, un sensore emodinamico di alta qualità — sia esso progettato per misurare parametri di pressione quali FFR/TSPG, velocità del flusso sanguigno, stress da taglio parietale (WSS) o temperatura — dipende in ultima analisi da un fattore critico: l’accuratezza della misurazione e la validazione.
La sperimentazione diretta sugli animali comporta spesso costi elevati, una variabilità biologica difficile da controllare e una riproducibilità limitata delle forme d’onda patologiche estreme. Queste sfide possono rendere la fase di calibrazione del sensore notevolmente più complessa e dispendiosa in termini di tempo per i team di ricerca e sviluppo.
In questo contesto, un sistema di simulazione interventistica vascolare in vitro altamente realistico, noto anche come modello vascolare in vitro, può fornire una soluzione fondamentale per superare tali limiti.

Valore fondamentale: in che modo un modello di intervento vascolare in vitro può potenziare i test sui sensori?
Testare un sensore all’interno di un modello biomimetico di intervento vascolare e di un circuito circolatorio simulato (MCL) offre vantaggi unici difficili da ottenere attraverso la sperimentazione animale.
1. Elevata fedeltà anatomica
I sistemi di simulazione di interventi vascolari di Trandomed utilizzano modelli vascolari ottimizzati in scala 1:1 sulla base di dati di imaging TC o RM di pazienti reali e realizzati con materiali quali resina SLA o silicone.
Questi modelli sono in grado di riprodurre accuratamente la complessa tortuosità, le stenosi, gli aneurismi e altre caratteristiche anatomiche delle arterie coronarie, dell’aorta e dei vasi periferici, consentendo la valutazione dei sensori all’interno di ambienti di flusso geometrici realistici.
2. Flusso pulsatile fisiologico personalizzabile
Se utilizzato con un sistema di circolazione emodinamica ad alta precisione, il modello è in grado di simulare in modo flessibile il flusso pulsatile generato dalla contrazione cardiaca, dalle forme d’onda della pressione sanguigna, dalla resistenza periferica e dalla compliance vascolare sia in condizioni fisiologiche normali che patologiche, comprese quelle basate sul modello di Windkessel.
Parametri quali la frequenza cardiaca — ad esempio, 72 bpm — e la portata possono essere regolati secondo necessità. Ciò consente ai ricercatori di valutare la risposta dinamica del sensore in condizioni di flusso in avanti, flusso inverso, ricircolo e flusso turbolento.
3. Convalida con dati di riferimento
In un modello in vitro, è possibile posizionare manometri ad alta precisione o sensori di flusso a ultrasuoni disponibili in commercio in prossimità del sensore in fase di valutazione.
Il sistema può inoltre essere combinato con tecnologie quali la risonanza magnetica 4D Flow o la velocimetria a immagini di particelle (PIV) per ottenere dati di riferimento affidabili. Queste misurazioni di riferimento possono quindi essere utilizzate per ottimizzare gli algoritmi dei sensori e le curve di calibrazione.
4. Test al limite ad alta frequenza e a basso costo
Senza i vincoli di sicurezza biologica ed etici associati alla sperimentazione sugli animali, il sistema supporta centinaia di esperimenti ripetibili.
All’interno del modello è possibile riprodurre condizioni patologiche estreme, tra cui pressione anormalmente elevata e stenosi grave, per valutare in modo esaustivo la durata a fatica del sensore, la stabilità a lungo termine e il tasso di deriva.
Scenari applicativi tipici
I sensori possono essere testati sulla nostra piattaforma di modelli vascolari in vitro per le seguenti applicazioni:
1. Convalida dei parametri funzionali
Misura della riserva di flusso frazionaria (FFR)
Misura del differenziale di micropressione mediante microcateteri interventistici o da puntura
2. Valutazione delle prestazioni
Risposta in frequenza dinamica
Sensibilità
Linearità
Convalida degli algoritmi di compensazione della temperatura
3. Simulazione di procedure interventistiche
Il sistema può essere utilizzato per valutare in che modo l’attrito meccanico, la flessione e la deformazione influenzano la trasmissione del segnale quando il sensore attraversa vasi tortuosi durante il posizionamento tramite catetere.