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La tecnologia di mappatura dell’aritmia mostra risultati clinici positivi

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La tecnologia vMap localizza la fonte dell’aritmia utilizzando solo i dati di un ECG non invasivo a 12 derivazioni. Credito: Università della California – San Diego

Bioingegneri e cardiologi dell’Università della California di San Diego hanno inventato una tecnologia in grado di mappare in modo accurato e non invasivo le aritmie cardiache atriali e ventricolari in pochi minuti. La tecnologia, sviluppata da Vektor Medical Inc., una società co-fondata dalla facoltà dell’UC San Diego, ha dimostrato un’accuratezza del 97,3% in uno studio di convalida clinica e ha recentemente ricevuto l’autorizzazione dalla FDA.

Invece di inviare un catetere nel cuore del paziente per localizzare la fonte dell’aritmia, la nuova tecnologia vMap richiede solo i dati di un elettrocardiogramma standard non invasivo a 12 derivazioni (ECG), eseguito nella maggior parte delle impostazioni cliniche e ambulatoriali, per creare un’immagine tridimensionale mappa interattiva delle posizioni delle sorgenti di aritmia in tutte e quattro le camere del cuore.

I ricercatori hanno utilizzato la modellazione computazionale per creare oltre un milione di simulazioni di diverse aritmie cardiache. Le registrazioni ECG del paziente vengono confrontate con questo database di simulazione per individuare con precisione la fonte dell’aritmia.

vMap è stato inventato da bioingegneri e cardiologi della UC San Diego ed è stato sviluppato da Vektor Medical, una startup co-fondata dal Professore di Bioingegneria, Andrew McCulloch; Professore di Medicina ed elettrofisiologo, Dr. David Krummen; Professore assistente di medicina, elettrofisiologo e allievo di bioingegneria, il dottor Gordon Ho; e l’allievo di bioingegneria, il dottor Christopher Villongco, chief technology officer di Vektor. Il team di Vektor Medical ha presentato i risultati degli studi clinici all’incontro della Heart Rhythm Society a San Francisco.

Individuazione di un guasto elettrico

L’attuale standard di cura per il trattamento delle aritmie cardiache, qualsiasi tipo di battito cardiaco irregolare che è troppo veloce, troppo lento o fuori orario a causa di un segnale elettrico che non si accende, consiste nel bruciare o congelare accuratamente il punto esatto del cuore in cui si verifica la mancata accensione elettrica a partire dal. Questa procedura, chiamata ablazione, ripristina i segnali elettrici e il battito cardiaco. Ogni anno negli Stati Uniti vengono eseguite centinaia di migliaia di ablazioni. Ma prima che un elettrofisiologo possa eseguire un’ablazione, deve sapere esattamente da dove proviene l’aritmia nel cuore.

“La mappatura è fondamentale per la pianificazione e l’esecuzione dell’ablazione. L’attuale processo di localizzazione dell’aritmia si basa sulla mappatura invasiva del catetere”, ha affermato il dott. David Krummen. “In genere funziona bene, ma il processo può richiedere molto tempo, aumentando l’esposizione alla fluoroscopia e all’anestesia per il paziente. Inoltre, occasionalmente il processo basato sul catetere può “urtare” la fonte dell’aritmia e sopprimere l’aritmia clinica, impedendo un’ulteriore mappatura”.

“Volevamo trovare un modo per individuare la posizione dell’origine dell’aritmia utilizzando i dati dell’ECG a 12 derivazioni”, ha aggiunto. “L’ECG a 12 derivazioni viene utilizzato in una varietà di contesti clinici al di fuori del laboratorio di elettrofisiologia, inclusi il pronto soccorso, l’unità di terapia intensiva e l’ambulatorio. Uno degli obiettivi principali del sistema è sfruttare i dati di aritmia da questi ECG per potenzialmente consentire la mappatura della sorgente dell’aritmia prima dell’arrivo nel laboratorio di elettrofisiologia”.

La soluzione computazionale

È qui che il professore di bioingegneria Andrew McCulloch e Christopher Villongco, un dottorato di ricerca. studente nel laboratorio di McCulloch all’epoca e ora CTO di Vektor, McCulloch ha trascorso gli ultimi 35 anni alla UC San Diego realizzando modelli del cuore, dalla biochimica e fisiologia delle sue cellule e la meccanica delle sue fibre muscolari all’elettricità ritmi di tutto il cuore. Il suo software di modellazione computazionale cardiaca, Continuity, consente ai ricercatori di simulare accuratamente il cuore fino al livello cellulare. Villongco e McCulloch inizialmente avevano deciso di sviluppare modelli computazionali personalizzati per aiutare pazienti e medici a prevedere l’esito di determinate procedure cardiache, ma presto hanno incontrato un ostacolo: come tradurre la modellazione computazionale dall’uso accademico a un uso clinico attuabile in tempo reale?

“Lo sviluppo di modelli dettagliati e personalizzati per i singoli pazienti era appropriato per la nostra ricerca in quel momento, ma il processo di creazione di un singolo modello richiede molti dati clinici di alta qualità, potenza di calcolo, tempo ed esperienza di modellazione”, ha affermato Villongco. “Abbiamo imparato dalla collaborazione con i dottori Krummen e Ho che le effettive esigenze cliniche erano esattamente l’opposto: dati minimi, potenza di calcolo limitata, analisi rapida e facilità d’uso nel flusso di lavoro clinico esistente”.

Imparando dalla collaborazione, il team ha capito che era necessario creare un’enorme libreria di modelli computazionali di aritmie.

Quindi la sfida è diventata come creare una libreria di modelli, quando un potente cluster di computer ha impiegato diversi giorni per creare un solo modello? Combinando metodi di modellazione computazionalmente efficienti con architetture e risorse informatiche moderne, è stata creata una libreria di oltre un milione di simulazioni di aritmie in poco meno di un anno, un notevole miglioramento rispetto alle decine di migliaia di anni che sarebbero stati altrimenti necessari. Il prodotto clinico è stato quindi progettato e realizzato secondo le esigenze e le esperienze degli elettrofisiologi.

La ricerca iniziale è stata finanziata da sovvenzioni del NIH, un programma di imprenditorialità della Jacobs School of Engineering e il programma Galvanizing Engineering in Medicine. Quindi, grazie al finanziamento del Center for Accelerated Innovation, sostenuto dai NIH, destinato ad aiutare a trasferire le tecnologie dal laboratorio alla clinica, i ricercatori e il team di Vektor sono stati in grado di perfezionare ulteriormente lo strumento, ampliarne le capacità e testarne l’accuratezza. Uno studio clinico multicentrico in cieco ha mostrato che in 255 episodi di aritmia da 225 pazienti, lo strumento vMap aveva un’accuratezza regionale del 96,9%, con un’accuratezza spaziale di 15 mm. Il tempo mediano per completare il processo di mappatura è stato di 48 secondi.

“Una cosa è fare simulazioni fantasiose, ma un’altra è creare qualcosa che possa essere utilizzato sotto la pressione di una clinica, in pochi minuti, che sia affidabile”, ha affermato McCulloch. “E abbiamo dimostrato che vMap soddisfa tutte queste esigenze.” McCulloch è anche il direttore dell’UC San Diego Institute for Engineering in Medicine e la cattedra dotata del Cancelliere di Shu Chien in Engineering and Medicine.

vMap è uno strumento che consente ai medici di comprendere meglio sette aritmie importanti e spesso pericolose: la tachicardia ventricolare; complesso ventricolare prematuro; fibrillazione ventricolare; tachicardia atriale focale; complesso atriale prematuro; tachicardia da rientro atrioventricolare ortodromica; e fibrillazione atriale. Le informazioni fornite da vMap hanno lo scopo di aumentare il tasso di successo per i pazienti sottoposti a queste procedure di ablazione.

vMap è attualmente utilizzato dai medici dell’UC San Diego Health con l’intento di ridurre i tempi delle procedure di ablazione e aumentare i tassi di successo dell’ablazione per i pazienti con queste sette aritmie.


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