L'informazione di fase per la segmentazione volumetrica di dati ecocardiografici

L’imaging ad ultrasuoni è una tecnica di indagine utilizzata comunemente per molte applicazioni diagnostiche e terapeutiche. La tecnica ha numerosi vantaggi: non è invasiva, fornisce immagini in tempo reale e l’equipaggiamento necessario è facilmente trasportabile. Le immagini ottenute con questa tecnica hanno tuttavia basso rapporto segnale rumore a causa del basso contrasto e del rumore caratteristico delle immagini ad ultrasuoni, detto speckle noise. Una corretta segmentazione delle strutture anatomiche nelle immagini ad ultrasuoni è di fondamentale importanza in molte applicazioni mediche . Nella pratica clinica l’identificazione delle strutture anatomiche è in molti casi ancora ottenuta tramite tracciamento manuale dei contorni. Questo processo richiede molto tempo e produce risultati scarsamente riproducibili e legati all’esperienza del clinico che effettua l’operazione. In ambito cardiaco l’indagine ecocardiografica è alla base dello studio della morfologia e della funzione del miocardio. I sistemi ecocardiografici in grado di acquisire in tempo reale un dato volumetrico, da pochi anni disponibili per le applicazioni cliniche, hanno dimostrato la loro superiorità rispetto all’ecocardiografia bidimensionale e vengono considerati dalla comunità medica e scientifica, la tecnica di acquisizione che nel futuro prossimo sostituirà la risonanza magnetica cardiaca. Al fine di sfruttare appieno l’informazione volumetrica contenuta in questi dati, negli ultimi anni sono stati sviluppati numerosi metodi di segmentazione automatici o semiautomatici tesi alla valutazione della volumetria del ventricolo sinistro. La presente tesi descrive il progetto, lo sviluppo e la validazione di un metodo di segmentazione ventricolare quasi automatico 3D, ottenuto integrando la teoria dei modelli level-set e la teoria del segnale monogenico. Questo approccio permette di superare i limiti dovuti alla scarsa qualità delle immagini grazie alla sostituzione dell’informazione di intensità con l’informazione di fase, che contiene tutta l’informazione strutturale del segnale.

Simulazione biomeccanica del sistema ventricolo-arteria polmonare per lo studio dell'ipertensione arteriosa polmonare

L’ipertensione arteriosa polmonare è una malattia ad esito infausto, con un piccolo tasso di incidenza sulla popolazione (in Italia circa 700 nuovi casi all’anno), ma senza una cura medica o farmacologica che ne risolva adeguatamente le problematiche. Tutti gli individui che contraggono tale patologia vengono sottoposti a forti terapie farmacologiche che aumentano le aspettative di vita di alcuni mesi o, in casi più fortunati, di qualche anno, ma non garantiscono una vita regolare e duratura (attesa di sopravvivenza circa cinque anni). In questa situazione di evidente inadeguatezza, una analisi biomeccanica dell’evoluzione della malattia sembra individuare nel progressivo disadattamento meccanico tra pompa e carico una delle cause di deterioramento, e tra i diversi modi di arrestare o compensare questa evoluzione si possono individuare soluzioni per aumentare la sopravvivenza dell’individuo, con una qualità della vita addirittura migliore rispetto a quella che l’approccio farmacologico oggi consente. Scopo di questo studio è la progettazione e la costruzione di un simulatore meccanico in grado di riprodurre l’accoppiamento e il trasferimento energetico tra il ventricolo destro e l’arteria polmonare, in condizioni fisiologiche normali e in caso di ipertensione arteriosa. La realizzazione di un simulatore che riproducesse dinamicamente valori fisiologici dei parametri di interesse (pressioni, volumi, resistenze, etc.) entro limiti accettabili non è stato facile; ciononostante, è stato ottenuto un risultato significativo, verificando la fattibilità di un intervento biomeccanico che modifichi l’evoluzione della malattia attraverso il recupero di un migliore adattamento tra pompa cardiaca e carico vascolare.

Realizzazione di un simulatore biomeccanico del sistema ventricolo-aorta e studio della contropulsazione passiva

La sinergia tra diverse aree scientifiche svolge oggi un ruolo preminente nella risoluzione di problematiche molto complesse: in ambito medico, un massiccio intervento delle scienze fisico-matematiche ha portato, grazie alla ricerca sulle proprietà subatomiche (NMR), sulla funzione elettromeccanica tissutale (pace-makers) e sulla biocompatibilità di materiali innovativi, ad un completo rinnovamento e miglioramento delle terapie tradizionali, delineando nuove strategie terapeutiche. In questo quadro di attiva collaborazione si colloca la ricerca in ambito biomeccanico cardiovascolare che, approfondendo la funzionalità del cuore e dei vasi in condizioni normali e patologiche, propone soluzioni terapeutiche alternative all'approccio farmacologico, impensabili fino a pochi anni fa. Uno di questi ambiti è l'insufficienza cardiaca: al ventricolo incapace di produrre l'energia necessaria alla perfusione ematica viene associato un sistema di pulsazione meccanica che riduce il carico durante l'eiezione ed aumenta la perfusione coronarica in diastole. Tuttavia, benché l'efficacia della contropulsazione intra-aortica sia riconosciuta da decenni, alcune problematiche rimangono irrisolte: l'inapplicabilità su pazienti aritmici, l'eccessiva sollecitazione meccanica in pazienti vasculopatici, la complessità e l'alto costo dell'apparecchiatura. Questo lavoro affronta la validazione e la caratterizzazione di una soluzione terapeutica alternativa, di tipo completamente passivo, il cui effetto non è basato sulla somministrazione di energia meccanica dall'esterno, attraverso la pulsazione, ma sull'adattamento di impedenza biomeccanica tra la sorgente elastica pulsatile (il ventricolo) ed il carico (l'aorta). Per verificare l'ipotesi funzionale è stato realizzato un sistema contrattile che simulasse diversi livelli di insufficienza ventricolare ed un sistema vascolare con resistenza idraulica ed elastanza variabili. Sono stati rilevati i parametri fisiologici (pressioni, flusso, potenza ed efficienza) nelle diverse condizioni di accoppiamento biomeccanico e si sono ripetuti i rilievi inserendo il dispositivo di contropulsazione passiva. La validazione sperimentale ha prodotto risultati coerenti con quanto atteso ed è stata indispensabile per l'ottenimento, da parte del Comitato Etico, dell'autorizzazione per la sperimentazione clinica del sistema in oggetto.

Mappaggio t1 in risonanza magnetica per la quantificazione della fibrosi atriale

La tesi descrive il T1 mapping, un metodo diagnostico non invasivo emergente per l’identificazione e la quantificazione della fibrosi atriale. Nel primo capitolo ci si è soffermati sulle caratteristiche del tessuto fibrotico e sulle cause che generano tale patologia tra cui la fibrillazione atriale. Nel secondo capitolo vengono descritte le tecniche non invasive comunemente più utilizzate per la valutazione della fibrosi tra cui: sistemi di mappaggio elettronanatomico e risonanza magnetica cardiaca con l’uso di mezzo di contrasto. Nel terzo capitolo sono approfondite tutte le sequenze necessarie per la costruzione di mappe di tempi T1 indagando anche sui fattori a cui la tecnica è più sensibile. Infine è stato dedicato ampio spazio a ricerche mediche sulla correlazione tra i tempi T1 delle camere cardiache, i potenziali elettroanatomici delle stesse e la probabilità di sviluppare fibrillazioni atriali recidive in alcuni pazienti sottoposti ad ablazione transcatetere.

Modello di Guyton per la circolazione completa

Questo lavoro di tesi nasce con l'obbiettivo di studiare il modello di Guyton, proponendone una versione più dettagliata con lo scopo di utilizzarla poi come strumento di indagine per una patologia nota come atresia tricuspidale. Si è giunti così alla creazione di un modello ibrido del sistema cardiovascolare che vede la modellizzazione, a parametri concentrati, dell’intera rete circolatoria interfacciata con una rappresentazione dell' attività cardiaca mediante le cosidette curve di funzionalità. Nello specifico si è risaliti ad un modello della cicolazione cardiocircolatoria separando quella che è la circolazione sistemica dalla circolazione polmonare secondo il sopracitato modello di Guyton, dopo di chè si è trovato un analogo modello per pazienti sottoposti all' intervento di Fontan poiché affetti da atresia tricuspidale.Tramite l'ausilio del software Matlab sono stati implementati questi due modelli semplificati (“Guyton biventricolare” e “Guyton monoventricolare”) e il corrispondente algoritmo risolutivo, con l'obiettivo di verificare, graficamente e numericamente, i risultati ottenuti dalla simulazione.Una volta accertatisi della attendibilità dei risultati, mediante il confronto con dati fisiologici dai manuali e dagli articoli su cui si è fondato questo elaborato, si è proceduto alla simulazione di casi fisiologici di attività fisica e di malfunzionamento del ventricolo sinistro.L'utilizzo di un modello matematico per la circolazione permette di studiare e simulare l'interazione di diversi sistemi fisiologici superando il problema che si ha in ambito clinico, dove l'analisi è più complessa perchè la misurazione delle numerose variabili fisiologiche è indaginosa e a volte non fattibile.Fine ultimo dell'elaborato tuttavia non è quello di dare valutazioni cliniche dei casi presi in esame e delle loro variabili, ma quello di presentare un metodo per studiare come la fisiologia della circolazione umana reagisce a dei cambiamenti.

Modelli matematici di cardiomiociti derivanti da cellule staminali: una nuova formulazione per riprodurre gli effetti proaritmici del blocco della corrente di potassio

I cardiomiociti derivanti da cellule staminali pluripotenti indotte (hiPSC-CMs) costituiscono un nuovo approccio per lo studio delle proprietà delle cellule cardiache sia degli individui sani che di quelli affetti da malattie ereditarie e possono rappresentare inoltre una piattaforma in vitro per la scoperta di nuovi farmaci e terapie rigenerative. Il grande impatto delle hiPSC-CMs nell’ambito della ricerca si deve soprattutto alle loro proprietà elettrofisiologiche: queste cellule non solo esprimono fenotipi genici e proprietà delle correnti ioniche tipiche delle cellule cardiache, ma sono anche in grado di riprodurre fenomeni aritmici, come le EAD, a seguito della somministrazione di farmaci. Grazie anche alla grande potenza di calcolo oggi disponibile è possibile supportare la pratica in vitro con modelli in silico, abbattendo sia i costi che i tempi richiesti dagli esperimenti in laboratorio. Lo scopo di questo lavoro è quello di simulare il comportamento delle hiPSC-CMs di tipo ventricolare in risposta alla somministrazione di farmaci che interagiscono con la corrente di potassio IKr, principale responsabile della ripolarizzazione cardiaca. L’assunzione di certi farmaci può comportare infatti una riduzione della IKr, con conseguente prolungamento della fase di ripolarizzazione del potenziale d’azione cardiaco. Questo meccanismo è causa dell’insorgenza della sindrome del QT lungo di tipo 2, che in casi estremi può degenerare in aritmie gravi. Ciò suggerisce che queste cellule rappresentano un importante strumento per la valutazione del rischio pro-aritmico che può essere facilitata da simulazioni in silico effettuate utilizzando modelli computazionali basati su dati fisiologici.

Studio e sviluppo di un metodo per il monitoraggio della posizione dell'esofago durante l'ablazione transcatetere

Lo scopo del presente lavoro di tesi è l’implementazione di un metodo per la detezione automatica dei contorni dell’esofago in immagini ecografiche intracardiache acquisite durante procedure di ablazione transcatetere per il trattamento della fibrillazione atriale. Il progetto si è svolto in collaborazione con il laboratorio di elettrofisiologia, Unità Operativa di Cardiologia, Dipartimento Cardiovascolare, dell’ospedale ‘’ S. Maria delle Croci ’’ di Ravenna, Azienda Unità Sanitaria Locale della Romagna e si inserisce in un progetto di ricerca più ampio in cui sono stati sviluppati due differenti metodi per il tracciamento automatico della parete posteriore dell’atrio sinistro. L’obiettivo è consentire al clinico il monitoraggio della posizione dell’esofago rispetto all’atrio sinistro per ridurre il rischio di lesioni della parete esofagea. L’idea di base dell’algoritmo è di lavorare sull’immagine per linee di scansione orizzontali, valutando la distribuzione dei livelli di intensità di grigio. Una volta individuati i punti appartenenti alle pareti anteriore e posteriore dell’esofago, sono stati utilizzati dei polinomi rispettivamente del quarto e secondo ordine per interpolare i dati. Per assicurarsi che la detezione sia corretta è stato introdotto un check aggiuntivo che consente la correzione del risultato qualora il clinico non sia soddisfatto, basandosi su input manuale di due punti richiesto all’operatore. L’algoritmo è stato testato su 15 immagini, una per ogni paziente, e i contorni ottenuti sono stati confrontati con i tracciamenti manuali effettuati da un cardiologo per valutare la bontà del metodo. Le metriche di performance e l’analisi statistica attestano l’accuratezza del metodo. Infine sono state calcolate delle misure di interesse clinico, quali la distanza tra parete posteriore dell’atrio sinistro e parete anteriore dell’esofago e la larghezza media di quest’ultimo che risulta comparabile con quanto riportato in letteratura.

Studio e valutazione in vitro di tecniche impedenziometriche per il monitoraggio della funzionalita di protesi valvolari cardiache.

Lo scopo di questa tesi è lo sviluppo di una protesi valvolare sensorizzata per la valutazione e il monitoraggio dei parametri funzionali della valvola e di conseguenza la realizzazione un prototipo di PHV (Prosthetic Heart Valve) che integri all’interno delle protesi valvolari in commercio una tecnologia utile alla realizzazione di queste specifiche. Il segnale di impedenza intravalvolare (IVI) è ottenuto grazie ad un sistema di elettrodi utili alla generazione di un campo elettrico locale e alla successiva registrazione della differenza di potenziale. Il lavoro sperimentale è stato suddiviso in due parti: una prima parte deputata alla scelta della posizione ottimale degli elettrodi rispetto ai lembi, al piano e all’anello valvolare, al fine di determinare due prototipi, ed una seconda parte in cui sono stati testati i prototipi in una situazione più fisiologica, cioè in un tratto di aorta bovina, ed è stata simulata una dinamica valvolare alterata. Il maggior segnale di impedenza riscontrato è stato ottenuto ponendo gli elettrodi ortogonalmente al cardine dei lembi valvolari e sovrapponendo elettrodo di eccitazione e ricezione al fine di ottenere un campo elettrico costante e ricezione puntuale della variazione del campo. Infine è stato riscontrato che il segnale di impedenza intravalvolare è in grado di riflettere alterazioni simulate dei lembi.

Sudden cardiac death in individuals with normal hearts: an update

Sudden death (SD) is a tragic event and a world-wide health problem. Every year, near 4-5 million people experience SD. SD is defined as the death occurred in 1h after the onset of symptoms in a person without previous signs of fatality. It can be named "recovered SD" when the case received medical attention, cardiac reanimation effective defibrillation or both, surviving the fatal arrhythmia. Cardiac channelopathies are a group of diseases characterized by abnormal ion channel function due to genetic mutations in ion channel genes, providing increased susceptibility to develop cardiac arrhythmias and SD. Usually the death occurs before 40 years of age and in the autopsy the heart is normal. In this review we discuss the main cardiac channelopathies involved in sudden cardiac death along with current management of cases and family members that have experienced such tragic event.

Significado de la pérdida de peso en pacientes hospitalizados

La pérdida involuntaria de peso es un predictor independiente de morbimortalidad, especialmente en ancianos, pacientes con cáncer, SIDA y postoperatorios. Con el objeto de determinar la significación clínica de la pérdida de peso en pacientes internados, se estudiaron 100 pacientes. La edad media fue de 57.6 años (DS±11.04); 38% mayores de 65 años y 62% hombres. La permanencia hospitalaria media fue de 13 días, superior a la media del servicio (7,3 días). El 61% pertenecían a clase social baja y 25% eran desocupados. En el 100% fue involuntaria y en ninguno fue causa de hospitalización. Tenían hiporexia 61 pacientes y 57 malnutrición. El IMC fue inferior a 20 en el 50% de los casos. La causa fue determinada en el 70% y en 72% se relacionó con la enfermedad de base, en 27% con trastornos alimentarios y con fármacos en 1%. Las etiologías más frecuentes fueron: neoplasias (34 pacientes), enfermedades crónicas (24), TBC (3) y SIDA (3). El 46% desarrollaron infecciones nosocomiales y el 100% tenían comórbidas (alcoholismo 26%, depresión 22%, diabetes 20%, EPOC 11%, insuficiencia cardiaca, cirrosis y demencia 8% c/u e insuficiencia renal 6%). La mortalidad fue del 18% y las causas más frecuentes fueron sepsis severa, fallo multiorgánico y neoplasias. Conclusiones: La pérdida significativa de peso en el paciente hospitalizado se caracterizó por ser involuntaria, asociada a clase social baja, a malnutrición, a alta taza de comorbilidad, a predisposición a infecciones nosocomiales, secundaria a enfermedades crónicas, neoplasias, tuberculosis y SIDA y a una tasa de mortalidad elevada.

La "Condición física Saludable" en el ámbito administrativo : Resultados de un año de trabajo en equipo multidisciplinario (Educación física, Kinesiología y Nutrición) en el Programa de Evaluación e Investigación de la Dirección de Deportes de Godoy Cruz, Mendoza

El presente estudio descriptivo realizo durante 2012 tiene por objetivo determinar si la evaluación periódica (cada 4 meses) de la "Condición Física Saludable" (CFS), con su respectivo asesoramiento del Lic. en educación fisca, del nutricionista y del kinesiólogo mejora la condición física del personal. La Evaluación CFS es un conjunto de tests físico, metabólico, morfológicos y coordinativos que valoran el estado de la capacidad de rendimiento psicofísica de una persona en un momento dado. Estos valores tienen relación directa con el estado de salud y con el rendimiento laboral. Variable a medir. Composición corporal. Peso, Talla, IMC, Masa Grasa, grasa visceral y masa muscular. Indice Cintura Cadera. Capacidades funcionales. Tensión arterial Saturación de oxigeno y Frecuencia Cardiaca Test Físicos: Test de Wells. Test de recuperación cardiovascular. VO2 indirecto: Test del cajón (OMS). Evaluación postural: Observación Kinesiológica. Capacidad Coordinativa: Equilibrio estático. Resultados al año de trabajo. El 22de los empleados disminuyo la masa grasa. Un 19disminuyo el IMC. El 16mejoro los niveles de recuperación cardiovascular. El 21de los empleados aumento su masa muscular El 22mejoro su equilibrio estático. El 22mejoro la flexibilidad del tronco. El 11mejoro su Vo2. Conclusiones El 54de las personas que realizaron el programa de evaluación de la condición física saludable mejoraron al menos en una de las variables de la condición física

Control de la carga de entrenamiento en el ciclismo

El objetivo de la presente revisión bibliográfica es describir cuales son los indicadores que permiten cuantificar la carga de entrenamiento en el ciclismo. La cuantificación de la carga de entrenamiento es de suma importancia si se pretende analizar y establecer relaciones de causa-efecto entre el trabajo realizado y las adaptaciones fisiológicas provocadas. Entre los más utilizados podemos resaltar al índice de esfuerzo percibido, la frecuencia cardiaca y la producción de potencia. Comprender la respuesta del organismo ante una determinada carga de trabajo resulta fundamental para poder encauzar el proceso de entrenamiento en función de cada etapa de preparación. Luego de estudiar los parámetros de control anteriormente citados, llegamos a la conclusión de que no existe un único parámetro que logre medir tanto las respuestas a nivel central como a nivel periférico del organismo ante una carga de trabajo determinada. Lo más certero seria la utilización de varios al mismo tiempo

La "Condición física Saludable" en el ámbito administrativo : Resultados de un año de trabajo en equipo multidisciplinario (Educación física, Kinesiología y Nutrición) en el Programa de Evaluación e Investigación de la Dirección de Deportes de Godoy Cruz, Mendoza

El presente estudio descriptivo realizo durante 2012 tiene por objetivo determinar si la evaluación periódica (cada 4 meses) de la "Condición Física Saludable" (CFS), con su respectivo asesoramiento del Lic. en educación fisca, del nutricionista y del kinesiólogo mejora la condición física del personal. La Evaluación CFS es un conjunto de tests físico, metabólico, morfológicos y coordinativos que valoran el estado de la capacidad de rendimiento psicofísica de una persona en un momento dado. Estos valores tienen relación directa con el estado de salud y con el rendimiento laboral. Variable a medir. Composición corporal. Peso, Talla, IMC, Masa Grasa, grasa visceral y masa muscular. Indice Cintura Cadera. Capacidades funcionales. Tensión arterial Saturación de oxigeno y Frecuencia Cardiaca Test Físicos: Test de Wells. Test de recuperación cardiovascular. VO2 indirecto: Test del cajón (OMS). Evaluación postural: Observación Kinesiológica. Capacidad Coordinativa: Equilibrio estático. Resultados al año de trabajo. El 22de los empleados disminuyo la masa grasa. Un 19disminuyo el IMC. El 16mejoro los niveles de recuperación cardiovascular. El 21de los empleados aumento su masa muscular El 22mejoro su equilibrio estático. El 22mejoro la flexibilidad del tronco. El 11mejoro su Vo2. Conclusiones El 54de las personas que realizaron el programa de evaluación de la condición física saludable mejoraron al menos en una de las variables de la condición física

Control de la carga de entrenamiento en el ciclismo

El objetivo de la presente revisión bibliográfica es describir cuales son los indicadores que permiten cuantificar la carga de entrenamiento en el ciclismo. La cuantificación de la carga de entrenamiento es de suma importancia si se pretende analizar y establecer relaciones de causa-efecto entre el trabajo realizado y las adaptaciones fisiológicas provocadas. Entre los más utilizados podemos resaltar al índice de esfuerzo percibido, la frecuencia cardiaca y la producción de potencia. Comprender la respuesta del organismo ante una determinada carga de trabajo resulta fundamental para poder encauzar el proceso de entrenamiento en función de cada etapa de preparación. Luego de estudiar los parámetros de control anteriormente citados, llegamos a la conclusión de que no existe un único parámetro que logre medir tanto las respuestas a nivel central como a nivel periférico del organismo ante una carga de trabajo determinada. Lo más certero seria la utilización de varios al mismo tiempo

Control de la carga de entrenamiento en el ciclismo

El objetivo de la presente revisión bibliográfica es describir cuales son los indicadores que permiten cuantificar la carga de entrenamiento en el ciclismo. La cuantificación de la carga de entrenamiento es de suma importancia si se pretende analizar y establecer relaciones de causa-efecto entre el trabajo realizado y las adaptaciones fisiológicas provocadas. Entre los más utilizados podemos resaltar al índice de esfuerzo percibido, la frecuencia cardiaca y la producción de potencia. Comprender la respuesta del organismo ante una determinada carga de trabajo resulta fundamental para poder encauzar el proceso de entrenamiento en función de cada etapa de preparación. Luego de estudiar los parámetros de control anteriormente citados, llegamos a la conclusión de que no existe un único parámetro que logre medir tanto las respuestas a nivel central como a nivel periférico del organismo ante una carga de trabajo determinada. Lo más certero seria la utilización de varios al mismo tiempo