Modello in-vitro di biforcazione carotidea per analisi fluidodinamica con ecografia

Università degli Studi di Pavia

                        Facoltà di Ingegneria
              Dipartimento di Ingegneria di informazione

  Modello in-vitro di biforcazione carotidea per
     analisi fluidodinamica con ecografia

                              Candidato: Muhammad Mohsin
                               Relatore: Prof. Michele Conti
                   Co-relatore: Ing. Valeria Mauri, Ing. Franca Scocozza

Laurea triennale in Bioingegneria                                 Presentazione di
          25/02/2019                                         Anno Accademico 2017/2018

Malattie cardiovascolari

• Le malattie cardiovascolari sono la principale causa di
  mortalità nel mondo
• Principali malattie cardiovascolari
   • l'infarto acuto del miocardio
   • Angina pectoris
   • Aneurismi
   • Stenosi

• Impatti
   • Sociale
   • Economico

Diagnosi Malattie Cardiovascolari

• La diagnosi di queste malattie si può effettuare tramite
     • TAC
     • Ecografia color-doppler
     • SPECT e PET
     • Risonanza magnetica

• Le malattie si possono curare
   • Utilizzando i stent
   • Interventi cardiochirurgici
   • Bypass (stenosi)

• Pertanto bisogna studiare gli impatti
   • Emodinamici
   • Progettazione dei dispositivi
   • Rischi

Modalità di studio delle malattie
• Sperimentazione
   • Modelli in-vivo (animali)
   • Ex-vivo
   • Modelli in-vitro

Stampa 3D
• Uno strumento che consente di stampare oggetti in 3d
• Vantaggi
   • Facilità a costruire modelli in CAD
   • Uso di materiali diversi
       • Rigidi
       • Deformabili
   • Rapidità
   • Riduzione dei costi
   • Riduzione del rischio

Obiettivo del lavoro

• Lo scopo principale è riprodurre
   • Aspetti eco dinamici
   • Misure ideali
   • Aspetti biomeccanici

• Componenti del modello
   • Circuito
      • Sistema di misura
           • Metodi invasivi (cateteri)
           • Metodi non-invasivi (imaging)
   • Modello phantom
      • Biforcazione
      • Tecniche di costruzione
           • stampa 3D

Workflow

                            REVIEW
                         LETTERATURA
OBIETTIVO

                           DISEGNO
MODELLO                      CAD

SUPPORTO
MODELLO
                          VALUTAZIONE
                       FATTIBILITÁ STAMPA

                           STAMPA 3D

                       ASSEMBLAGGIO E
                           PROVE
                        SPERIMENTALI

Ricerca Bibliografica
Ricerca di letteratura
       • Modelli in-vitro
       • Carotide
       • Simulazione
       • Modelli phantom
 Author              Year     Flow              Pump(marca)         Resistence         application

 Astrid M.           2018     Continuous*       -                   -                  Stent

 Valentina Tavoni    2017     Continuous*       CIRS                -                  Viens

 CHEE HAU LEOW       2015     Pulsed            Harvard Apparatus   -                  carotid
                                                1405 pulsatile
                                                blood pump

 Chodzyński          2015     Continuous with   Centrifuga          Pressure sensors   Artries
                              piston            (usato per
                                                pompare sangue)

 Gail M. Siewiorek   2008     Peristaltic;      Ismatec             Pressure sensors   carotid
                              Pulse damper

 Ford MD             2007     Continuous**      RG shelly           -                  Aneurysm

 Gester              2016     Pulsed            Deltastream DP3     si                 Aneurysm

Progettazione del modello

• Biforcazione carotidea
• Componenti della scatola di supporto
       • Scatola
       • Pareti interne ed esterne
       • Connettori

Biforcazione carotidea

• Dimensioni
     • Lunghezza: 156 mm
     • Diametro agli estremi: 12 mm
     • Diametro interno: 7 mm
     • Spessore: 1mm
     • Angolo (gradi): 40,25 (ICA,ECA)

• Riflessioni
       • Scelta dell’angolo
       • Dimensioni agli estremi

 • Stampa 3D
       • Materiale: VeroCyano, tango+
       • Stampante: Object 260 Connex3

Scatola

• Dimensione
     • Lunghezza: 188 mm
     • Larghezza: 100 mm
     • Altezza: 50 mm

• Caratteristiche
      • Pareti interne ed esterne
      • Variazione dimensioni
      • Tolleranza
      • Fessure sul fondo

• Stampa 3D
      • Materiale: ABS
      • Stampante: 3ntr A4v3

Pareti

Pareti interne
• Dimensioni
     • Lunghezza: 96 mm
     • Altezza: 47 mm
     • Spessore: 2 mm

• Caratteristiche
      • Divisione pareti
           • Inserimento biforcazione
      • Spessore

Parete Esterna
• Caratteristiche
      • Parte rimuovibile
      • Connettori

Test preliminari
• Soluzione acquosa di Agar
• Concentrazione di Agar(polvere)
      • Prove
           • Soluzione 5% di agar
• Vantaggi
      • Simula i tessuti intorno alle arterie
      • Tempi di raffreddamento veloci
      • Economico
      • Ecogenico

Risultati e conclusioni
• Assemblaggio del circuito
• Prove di tenuta
• Preparazione del agar
      • 22,5 g di agar in polvere
      • 450 ml di acqua distillata
      • Versato e solidificato
• Prove con ecografia color-doppler

Risultati e conclusioni
• Biforcazione
   • Ridimensione della lunghezza della biforcazione
• Supporto
   • Diminuire le tolleranze
   • Modificare il disegno delle pareti per evitare perdite
• Circuito idraulico
   • Ottimizzare il circuito in modo da renderlo portatile

Università degli Studi di Pavia

                        Facoltà di Ingegneria
              Dipartimento di Ingegneria di informazione

               GRAZIE PER L’ATTENZIONE

                              Candidato: Muhammad Mohsin
                               Relatore: Prof. Michele Conti
                   Co-relatore: Ing. Valeria Mauri, Ing. Franca Scocozza

Laurea triennale in Bioingegneria                                 Presentazione di
          25/02/2019                                         Anno Accademico 2017/2018