ITUB20153271A1

ITUB20153271A1 - Metodo per determinare il modello geometrico di un anello da riparazione mitralico e anello da riparazione mitralico ricavato tramite il metodo stesso.

Info

Publication number: ITUB20153271A1
Application number: ITUB2015A003271A
Authority: IT
Inventors: Luca Deorsola
Original assignee: Luca Deorsola
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2017-03-08

Description

TITOLO

Metodo per determinare il modello geometrico di un anello da riparazione mitralico e anello da riparazione mitralico ricavato tramite il metodo stesso.

DESCRIZIONE

Campo deirinvenzione

La presente invenzione si riferisce a un metodo per determinare il modello geometrico di un anello da riparazione mitralico adatto ad essere impiegato come guida durante interventi chirurgici alla valvola mitralica, nonché a un programma per elaboratore concepito per implementare il metodo stesso.

Stato deH’arte

La valvola mitralica, anche nota come bicuspide, è una delle quattro valvole cardiache, si trova alla base del ventricolo sinistro, di cui forma parte integrante. Il ventricolo sinistro è la cavità cardiaca che riceve sangue ossigenato dall’atrio sinistro (a sua volta ricevuto dai polmoni) per pomparlo in tutto il corpo. Per svolgere questa funzione, il ventricolo possiede una via di ingresso e una via di uscita dotate di valvola: in questo modo il flusso ematico (cioè il flusso di sangue) si muove sempre e solo nella giusta direzione. La valvola mitrale costituisce la via di ingresso del ventricolo sinistro, direziona pertanto il flusso di sangue. Quando il ventricolo si dilata per ricevere sangue ossigenato dall’atrio sinistro, la valvola si apre per consentire il passaggio. Quando il ventricolo si contrae per pompare il sangue ricevuto, la valvola si chiude per impedirne il ritorno verso l’atrio, di modo che possa procedere solo verso l’aorta.

Come una valvola, la struttura della bicuspide comprende un orifizio e un otturatore. L’orifizio è l’anello mitralico il cui perimetro ha forma approssimativamente ovalare, l’otturatore comprende due lembi, definiti da un velo di tessuto che si sviluppa dall’anello mitralico. Due fasci di corde tendinee sono collegate ai lembi per aprirli e chiuderli nel giusto verso, cioè solo verso il ventricolo. Inoltre, l’anello mitralico ha una particolare forma sellata.

Molti pazienti soffrono di disturbi o disordini legati a questa importante porzione di cuore. Per correggere questi disturbi, molto spesso è necessario un intervento chirurgico, che avviene a cuore fermo con circolazione extracorporea imposta. Il cuore in vivo ha forma, dimensioni e volume molto diversi da quelle nelle condizioni di un intervento. In altre parole, il chirurgo opera su un cuore “sgonfio” che in vivo assumerà dimensioni abbastanza differenti. Le azioni correttive del chirurgo su una valvola mitralica in queste condizioni sono sempre un po’ approssimative, la sua esperienza e manualità contano molto ai fini della buona riuscita dell’intervento. L’intervento prevede inoltre il posizionamento di un anello di stabilizzazione, che il chirurgo sutura all’anello mitralico per fare mantenere nel tempo forma e dimensioni volute alla valvola mitralica. Sono disponibili più misure di questi anelli di stabilizzazione per adattarsi alle diverse dimensioni dell’anello mitralico.

Sommario

Il Richiedente si è reso conto che le soluzioni note sono poco efficienti. La forma dell’anello mitralico a cuore in arresto cardioplegico non corrisponde alla forma della stessa a cuore battente. Il chirurgo deve tenere bene a mente questa condizione, e compensare a mano le differenze che riscontra: in ogni caso la deformabilità dei tessuti influenza le operazioni.

Lo scopo principale della presente invenzione è risolvere in maniera semplice ed economica gli inconvenienti che affliggono lo stato dell’arte.

L’idea inventiva alla base della presente invenzione nasce da un’attenta osservazione dell’anatomia del cuore, in particolare dall’analisi dei rapporti che caratterizzano le porzioni di un valvola mitralica per congegnare un metodo che permette di determinare il modello geometrico di un anello da riparazione mitralico fedele a un corrispondente anello mitralico di una bicuspide a partire da un’immagine diagnostica.

In generale un metodo secondo la presente invenzione per determinare il modello geometrico di un anello da riparazione mitralico per una corrispondente valvola mitralica, comprende i passi di:

A - acquisire una immagine, in particolare una immagine ricavata tramite ecocardiogramma, di detta valvola mitralica;

B - in detta immagine, individuare la porzione di anello mitralico di detta valvola mitralica;

C - determinare almeno una prima misura di detta porzione di anello mitralico e almeno una seconda misura di detta valvola mitralica;

D - sulla base di detta prima misura, ottenere una prima circonferenza di riferimento indicativa di detto anello mitralico;

E - elaborare dette prime e seconde misure per generare una griglia di riferimento;

F - elaborare dette prime e seconde misure per individuare una pluralità di punti di deformazione in detta griglia di riferimento;

G - deformare detta circonferenza di riferimento in accordo a detta pluralità di punti di deformazione per ottenere il modello geometrico dì detto anello da riparazione mitralico.

Inoltre, la presente invenzione è relativa a un programma per elaboratore per eseguire i passi del metodo secondo la presente invenzione e ottenere il modello geometrico di un anello da riparazione mitralico, nonché a un anello da riparazione mitralico ottenuto mediante il metodo secondo la presente invenzione.

Ulteriori caratteristiche tecniche vantaggiose sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti.

Breve descrizione dei disegni.

La figura 1 illustra in modo semplificato il risultato di una immagine ricavata tramite ecocardiogramma di una porzione di cuore, impiegata per elaborazioni in accordo alla presente invenzione;

la figura 2 illustra una struttura geometrica elaborata in accordo agli insegnamenti della presente invenzione per ricavare il modello geometrico di un anello da riparazione mitralico;

le figure da 3 a 9 illustrano alcune strutture geometriche elaborate in accordo agli insegnamenti della presente invenzione per ricavare il modello geometrico di un anello da riparazione mitralico;

la figura 10 illustra un anello da riparazione mitralico ottenuto mediante il metodo secondo la presente invenzione.

Descrizione dettagliata

La figura 1 mostra una porzione di immagine ricavata tramite ecocardiogramma, di una valvola mitralica. Sulla base di questa immagine si eseguono misure ed elaborazioni per determinare il modello geometrico di un anello da riparazione, come descritto in dettaglio nel seguito. Tale anello è concepito per essere applicato sull’anello mitralico durante un intervento chirurgico a cuore in arresto cardioplegico, in modo da portarlo in condizioni (forma e dimensioni) simili a quelle di cuore battente.

Tra le varie porzioni che l'immagine 1 rappresenta, quella di interesse ai fini della presente invenzione è la 10, cioè la porzione di valvola mitralica 10. Tale porzione comprende la parte di anello mitralico 11 e la parte dei lembi 12. Come risulterà chiaro dalla descrizione che segue, le misure caratteristiche di entrambe le parti (11 e 12) sono rilevate ed elaborate per realizzare il modello geometrico dell’anello mitralico 11. Il metodo secondo la presente invenzione comprende come primo passo quello di acquisire una immagine, in particolare una immagine ricavata tramite ecocardiogramma della valvola mitralica, 10.

Sull'immagine 1 si individua la porzione di valvola mitralica 10 e la porzione di anello mitralico 11 . Si nota inoltre la porzione di lembi 12 contenuta entro la porzione di anello mitralico 11. Queste operazioni possono essere eseguite in automatico tramite un software di elaborazione immagini opportunamente adattato per rilevare dettagli in immagini ricavate tramite ecocardiogramma. In alternativa, tale operazione può essere eseguita manualmente dall’operatore che utilizza il software che implementa il metodo secondo la presente invenzione.

Si determina quindi una misura caratteristica della porzione di anello mitralico 11 della valvola mitralica. In una forma di realizzazione, si determina il raggio massimo dell’anello mitralico individuato rispetto a un punto di riferimento impostato. In dettaglio, nell’immagine acquisita si determina la porzione di anello mitralico 11, si imposta un punto di riferimento all’interno della porzione di anello e si valuta il raggio massimo valutato dal punto di riferimento ai punti dell’anello mitralico 11 individuati nell’immagine. L’anello mitralico 11, come visibile in figura 1 , ha perimetro particolare per via della sua forma sellata. Valutare il raggio massimo rispetto a un punto centrale di riferimento permette di generare una circonferenza di riferimento che contiene la porzione di anello mitralico 11 .

Sempre sull’immagine ricavata da ecocardiogramma, si individuano uno o più assi caratteristici della valvola mitralica. Infatti, una valvola mitralica è anatomicamente caratterizzata da più assi caratteristici, derivabili dalla relativa immagine ricavata da ecocardiogramma.

In seguito, si individuano una pluralità di punti di deformazione dalla combinazione tra la circonferenza di riferimento e gli assi caratteristici individuati.

I punti di deformazione individuati permettono di deformare la circonferenza in corrispondenza degli stessi punti, per ottenere il modello geometrico dell’anello da riparazione mitralico fedele a quello in vivo.

In questo modo, sulla base dell’immagine della valvola mitralica e sulla base di misure rilevate sulla valvola mitralica stessa si ottiene il modello geometrico dell’anello da riparazione.

Si analizza inoltre la porzione di valvola mitralica 10 per determinare gli assi caratteristici. In una forma di realizzazione, analogamente alla porzione di anello mitralico 11 , tale operazione è realizzata automaticamente tramite analisi dell'immagine, un algoritmo dedicato individua gli assi citati. In una forma di realizzazione alternativa, l’operatore individua manualmente gli stessi assi.

La combinazione degli assi caratteristici con la circonferenza di riferimento permette di individuare una pluralità di punti di deformazione in corrispondenza dei quali deformare la circonferenza di riferimento in precedenza determinata e ottenere il modello geometrico della valvola mitralica di cui si è ricavata l'immagine.

La figura 2 mostra una forma di realizzazione in cui si determinano i punti di deformazione per determinare il modello geometrico di un anello da riparazione mitralico. In tale forma di realizzazione, la combinazione degli assi caratteristici con la circonferenza di riferimento corrisponde all’intersezione tra le due entità, da cui si ricavano i punti di deformazione.

In accordo a tale forma di realizzazione: si genera la circonferenza 13 in accordo alle modalità descritte in precedenza. Si individua uno degli assi caratteristici della valvola mitralica, in particolare l’asse di coaptazione 15, e lo si interseca con la circonferenza 13 per individuare i punti di deformazione 15a e 15b. In una forma dì realizzazione, l’intersezione tra l’asse di coaptazione 15 e la circonferenza 13 viene determinata a seguito dell’analisi dell’immagine della valvola, ad esempio ricavando la quota a cui si interseca in proiezione l’asse di coaptazione 15 sulla circonferenza 13.

In seguito si individua un ulteriore asse caratteristico della valvola mitralica, in particolare l’asse di deformazione anteriore 16 e lo si interseca con la circonferenza 13 per individuare i punti di deformazione 16a e 16b, secondo le modalità descritte in precedenza.

La stessa operazione si effettua per gli assi della base di impianto del lembo anteriore 17 che definiscono, dall’intersezione con la circonferenza 13, ì punti di deformazione 17a e 17b. Gli assi della base di impianto del lembo laterale 18 definiscono i punti di deformazione 18a e 18b. Infine, gli assi della base di impianto del lembo posteriore 19 definiscono i punti di deformazione 19a e 19b. Si ricavano in questo modo i punti di deformazione 15a, 15b; 16a, 16b; 17a, 17b; 18a, 18b; 19a, 19b.

Dall’intersezione tra gli assi caratteristici 15, 16, 17,18 e 19 si individuano inoltre all’interno della circonferenza di riferimento 13 porzioni di cerchio indicative dei lembi della valvola mitralica. La porzione di cerchio 170 è indicativa del lembo anteriore della valvola mitralica, la porzione di cerchio 190 è indicativa del lembo posteriore della valvola mitralica, le porzioni di cerchio 180 sono indicative del lembo laterale della valvola mitralica.

La figure 3 e 4 mostrano una modalità per individuare la posizione dei punti di deformazione 15a, 19b ricavati in precedenza.

In accordo a tale forma di realizzazione si genera un primo pentagono principale 21 adatto a inscrivere la circonferenza di riferimento 13 (non mostrata in figura 3). Il pentagono principale 21 è un pentagono equilatero. In seguito si generano una pluralità di pentagoni di secondo livello 22, 27 all interno del pentagono principale 21 . In particolare, i pentagoni di secondo livello sono sei: 22, 23, 24, 25, 26, 27 e sono pentagoni equilateri.

Come mostrato in figura 4, si procede generando all’interno di ogni pentagono di secondo livello 22, 27 una pluralità di pentagoni di terzo livello 221 , 276.

Il pentagono di secondo livello 22 contiene sei pentagoni di terzo livello 221 , 222, 223, 224, 225, 226.

Il pentagono di secondo livello 23 contiene sei pentagoni di terzo livello 231 , 232, 233, 234, 235, 236.

Il pentagono di secondo livello 24 contiene sei pentagoni di terzo livello 241 , 242, 243, 244, 245, 246.

Il pentagono di secondo livello 25 contiene sei pentagoni di terzo livello 251 , 252, 253, 254, 255, 256.

Il pentagono di secondo livello 26 contiene sei pentagoni di terzo livello 261 , 262, 263, 264, 265, 266.

Il pentagono di secondo livello 27 contiene sei pentagoni di terzo livello 271 , 272, 273, 274, 275, 276.

Si crea così una griglia composta da una pluralità di pentagoni regolari 21 , ..., 276. Generare una griglia di pentagoni regolari per posizionare i punti di deformazione 15a, 15b; 16a, 16b; 17a, 17b; 18a, 18b; 19a, 19b in accordo all’anello mitralico in vivo deriva dal rapporto aureo (e suoi multipli) che caratterizza le dimensioni di un pentagono regolare e dal rapporto aureo (e suoi multipli) che caratterizza le dimensioni della valvola mitralica. Ad esempio, il rapporto tra una delle diagonali di un pentagono regolare e uno dei suoi lati è pari alla costante di Fidia 1,6180. Nel caso della valvola mitralica, il triangolo della coaptazione presenta la costante di Fidia nei rapporti tra le dimensioni (base e cateti) che lo definiscono.

Come mostrato in figura 5, generata la griglia di pentagoni regolari 21 , ..., 276 si ottiene il riferimento per posizionare i punti di deformazione in una posizione prestabilita. In particolare, si ottengono quattro riferimenti 28, 29, 30 e 31 per posizionare rispettivamente l’asse di deformazione anteriore 16 e l’asse di coaptazione 15.

Si individua il vertice dei pentagoni laterali di secondo livello 26 e 24, che costituiscono i punti di deformazione 16a e 16b, che intersecano la circonferenza 13. L’asse di deformazione anteriore 16 viene quindi posizionato di modo che passi per tali punti.

In seguito si individua il vertice dei pentagoni laterali di terzo livello 225 e 233, trovando i punti di deformazione 15a e 15b, che intersecano la circonferenza 13. L’asse di coaptazione 15 viene quindi posizionato di modo che passi per tali punti.

Per individuare la posizione dei punti di deformazione 17a, 17b, 18a, 18b, 19a e 19b si individua il centro 100 della circonferenza di riferimento 13 e si intersecano gli assi della base di impianto del lembo anteriore 17 con la circonferenza 13 stessa di modo che sottendano un arco di circonferenza 134 pari a φ<2>radianti (dove φ è la costante di Fidia pari a 1 ,6180, pertanto l’angolo corrispondente all’arco di circonferenza 134 è pari a 2,6179 radianti). In seguito si intersecano gli assi della base di impianto del lembo laterale 18 e gli assi della base di impianto del lembo posteriore 19 di modo che sottendano rispettivamente due archi di circonferenza 131 e 132 pari a 1 radiante, e un arco di circonferenza pari a φ radianti, cioè 1 ,6180 radianti.

Come mostrato in figura 7, la scelta degli angoli descritti garantisce che l’area 150 corrisponda all’area del lembo anteriore; l’area 160 e l’area 170 corrispondono rispettivamente alle aree delle due commissure; l’area 180, l’area 190 e l’area 200 corrispondano rispettivamente alle aree del lembo anteriore.

Come mostrato in figura 8 si genera in seguito una griglia di riferimento tridimensionale 250 per deformare la circonferenza di riferimento nei punti di deformazione individuati in precedenza. In una forma di realizzazione l’altezza 270 della griglia di riferimento tridimensionale 250 è calcolata di modo che il rapporto tra l’altezza 260 della superficie 190 e l’altezza 270 sia pari a φ, cioè 1 ,6180.

Come mostrato in figura 9, si posizionano i punti di deformazione nella griglia di riferimento tridimensionale 250 per deformare la circonferenza di riferimento e ottenere il modello geometrico di un anello da riparazione mitralico. In particolare come mostrato in figura 9, la griglia di riferimento tridimensionale 250 comprende una prima superficie inferiore 251 e una seconda superficie superiore 252, parallela a quella superiore 252. In accordo alla presente invenzione, alcuni dei punti in corrispondenza dei quali deformare la circonferenza di riferimento sono posizionati sulla prima superficie inferiore 251 mentre altri punti sono posizionati in corrispondenza della seconda superficie superiore 252. In particolare, si individua un primo punto 300 a metà del segmento 151 che definisce parte della superficie 150 (figura 7) sulla seconda superficie superiore 252. Un secondo punto 301 in corrispondenza della proiezione sulla prima superficie inferiore 251 di un punto mediano individuato dai due assi delle commissure 17 e 18. Un terzo punto 302 a metà dell’arco di circonferenza 191 che definisce parte della superficie 190 (figura 7) in corrispondenza della seconda superficie superiore 252. Si deforma la circonferenza di riferimento in accordo ai punti individuati per ottenere il modello geometrico 2 di un anello da riparazione mitralico. La figura 10 mostra un ulteriore aspetto della presente invenzione, che riguarda un anello da riparazione mitralico 20 ottenuto con il metodo descritto in precedenza.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione riguarda inoltre un programma per elaboratore, caricabile sulla memoria di un computer ed eseguibile da una relativa unità a processore, comprendente codice adatto a eseguire i passi del metodo descritto in precedenza.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per determinare il modello geometrico di un anello da riparazione mitralico per una corrispondente valvola mitralica, il metodo comprendendo i passi di: A - acquisire una immagine, in particolare una immagine ricavata tramite ecocardiogramma, di detta valvola mitralica; B - in detta immagine, individuare la porzione di anello mitralico di detta valvola mitralica; C - determinare almeno una dimensione caratteristica di detta porzione di anello mitralico; D - individuare uno o più assi caratteristici di detta valvola mitralica; E - sulla base dì detta dimensione, generare una prima circonferenza di riferimento indicativa di detto anello mitralico; F - combinare detta circonferenza di riferimento e detti assi caratteristici per individuare una pluralità di punti di deformazione; G - deformare detta circonferenza di riferimento in corrispondenza di detta pluralità di punti di deformazione per ottenere il modello geometrico di detto anello da riparazione mitralico.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui il passo C comprende la fase di determinare il raggio massimo considerato rispetto a un punto di riferimento di detto anello mitralico.
3. Metodo secondo la rivendicazione 1 oppure 2 in cui al passo D si individuano i seguenti assi: l’asse di coaptazione di detta valvola mitralica, l’asse di deformazione anteriore, l’asse della base di impianto del lembo anteriore, l’asse della base di impianto del lembo laterale e l’asse della base di impianto del lembo posteriore di detta valvola mitralica.
4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detta fase F prevede di individuare detti punti di deformazione sulla base dei punti di intersezione tra detti assi caratteristici di detta valvola mitralica e detta circonferenza di riferimento.
5. Metodo secondo la rivendicazione 4 in cui detti punti di deformazione vengono posizionati in accordo alla seguente modalità: - generare un primo pentagono principale; - inscrivere detta circonferenza in detto primo pentagono principale; - inscrivere una pluralità di pentagoni all’interno di detto pentagono principale; - individuare una pluralità di vertici di riferimento della pluralità di pentagoni generata; - intersecare detti assi caratteristici con detta circonferenza di riferimento in modo da collocare la pluralità di punti di intersezione in corrispondenza della pluralità di vertici di riferimento.
6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui sulla base di detto pentagono principale, di detta circonferenza di riferimento e di detti assi caratteristici si genera una griglia di riferimento tridimensionale.
7. Metodo secondo la rivendicazione 6 in cui la pluralità di punti di deformazione si posiziona nello spazio individuato dalla griglia di riferimento secondo una modalità prestabilita sulla base della dimensione caratteristica e degli assi caratteristici di detta valvola mitralica.
8. Metodo secondo la rivendicazione 7 in cui detta circonferenza di riferimento è deformata in corrispondenza dei punti di deformazione posizionati nella griglia di riferimento per ottenere il modello geometrico di detto anello da riparazione mitralico.
9. Programma per elaboratore comprendente codice adatto a eseguire i passi del metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da l a 8.
10. Anello da riparazione mitralico ottenuto mediante il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da l a 8.