La chirurgia vascolare è una branca specialistica della chirurgia che si occupa del trattamento delle patologie arteriose e venose. Per le patologie arteriose le principali problematiche sono legate alla possibilità di andare incontro a dilatazione (aneurismi) e steno/ostruzione (patologia ostruttiva). In entrambi i casi differenti possono essere le conseguenze per i pazienti e differenti sono gli approcci che possono essere presi in considerazione.        
Nel corso degli ultimi anni il trattamento endovascolare ha cambiato il volto della chirurgia vascolare, al giorno d’oggi questo tipo di trattamento è raccomandato da molte Linee guida internazionali per il trattamento di differenti patologie.        
Spesso il trattamento endovascolare richiede il posizionamento di Device all’interno delle arterie. I Device posizionati all’interno delle arterie possono andare incontro a problematiche portando a complicanze con necessità di re-intervento.        
Intelligenza artificiale e deep learning rappresentano la naturale evoluzione dell’applicazione dei calcoli statistici nell’ambito della vita quotidiana. Questo approccio può essere traslato anche in ambito medico e in particolare anche in chirurgia vascolare.        
Questo tipo di applicazioni in questo ambito sono ancora molto preliminari, ma importante è il potenziale che avranno quando queste metodiche verranno diffuse sul piano clinico.       
L’attività del laboratorio è quella di integrare le varie tipologie di attività di ricerca partendo dalla necessità di dare risposte alle problematiche cliniche che quotidianamente si presentano.        
Il gruppo di ricerca multidisciplinare è composto da una componente clinica (chirurghi vascolari) e una ingegneristica (Gruppo Comptec Università degli Studi di Pavia), che collaborano dal 2016. Nel corso degli anni il gruppo di ricerca è cresciuto e attualmente l’attività è condivisa anche con l’Azienda Camelot Biomedical System, soprattutto per quanto riguarda l’attività legata all’intelligenza artificiale.    
L’attività clinica e di ricerca è portata avanti anche nell’ambito dell’ UOC Clinica di chirurgia vascolare ed endovascolare dell’ IRCCS Policlinico San Martino di Genova.  

Cosa facciamo

Crediamo fortemente che per migliorare l’health care del futuro sia fondamentale comprendere il perché dei fallimenti e non limitarsi alla semplice osservazione dell’evento. Al tempo stesso le innovazioni legate al diffondersi di intelligenza artificiale possono permettere di ottimizzare i processi di analisi e al tempo stesso possono essere messe a disposizione per ottimizzare e migliorare i processi decisionali ottimizzando al tempo stesso le risorse a disposizione.

Le principali aree di ricerca sono due: modificazioni geometriche e fluidodinamiche indotte dal trattamento endovascolare aortico e periferico, e l’applicazione di intelligenza artificiale in chirurgia vascolare e nell’attività di ricerca in ambito vascolare.

Il workflow:

I Progetti

I progetti attivi sono i seguenti:

AI-driven tools for primary aortic diseases and cardiovascular comorbidities

Il progetto CV-RISK è focalizzato sull'applicazione dell’intelligenza artificiale (IA) e del Deep Learning in ambito cardiovascolare (CV).       
Il progetto mira ad integrare le metodologie di IA nella pratica clinica attraverso una raccolta organizzata di dati, trasferendo le azioni al processo clinico diagnostico. Il risultato specifico dell'attività sarà la raccolta standardizzata di dati attraverso l'implementazione di una piattaforma digitale per la condivisione di dati clinici e diagnostici. I dati dei pazienti arruolati verranno utilizzati per l’addestramento delle reti neurali basando l'analisi delle immagini diagnostiche per lo screening, la diagnosi e il follow-up delle patologie CV. In particolare, il progetto sarà finalizzato a fornire direttamente informazioni cliniche inerenti screening e diagnosi delle malattie CV. I dati raccolti saranno utilizzati per la stratificazione del rischio cardiovascolare e predizione di complicanze post-operatorie dopo il trattamento endovascolare aortico. I dati diagnostici verranno utilizzati per l'addestramento delle reti neurali e integrati a un livello superiore con la storia clinica dei soggetti, per caratterizzare un profilo di rischio paziente-specifico. Inoltre, partendo dall'identificazione della patologia, una pipeline integrata consentirà di prevedere l'evoluzione della malattia per il singolo paziente, al fine di stabilire una stratificazione personalizzata degli intervalli di sorveglianza ottimizzando il follow-up.  

Fondi PNRR, Progetto RAISE Robotics and AI for Socio-economic Empowerment      
Durata progetto 3 anni  

Principal Investigator      
Prof. Giovanni Spinella  

UO Coinvolte      
Camelot Biomedical System  
 

ITACA      
Impatto del trattamento endovascolare delle patologie aortiche toraciche sulla funzione cardiaca

Razionale      
L'approccio endovascolare alle malattie dell'aorta toracica (TEVAR) ha migliorato radicalmente i risultati del trattamento ed è attualmente raccomandato dalle Linee guida internazionali come trattamento di scelta per i pazienti ritenuti ad alto rischio. Tuttavia, recenti dati di follow-up a lungo termine rivelano che i pazienti sottoposti a TEVAR hanno una prognosi peggiore rispetto a quelli sottoposti a trattamento chirurgico open. Inoltre, è noto che uno stent-graft posizionato a livello aortico aumenta la rigidità arteriosa durante la diastole, che a sua volta potrebbe aumentare il postcarico cardiaco e ridurre la perfusione coronarica. In particolare, i dati di letteratura, per lo più focalizzati su pazienti sottoposti a trattamento endovascolare dell'aorta addominale, mostrano che il posizionamento di uno stent-graft a livello dell'aorta sotto-renale aumenta la rigidità aortica. Di conseguenza, l'aumento della rigidità potrebbe favorire lo sviluppo di ipertrofia ventricolare sinistra e disfunzione diastolica. L'arco aortico contribuisce a circa il 50% della compliance aortica. Pertanto, il posizionamento dell'endoprotesi a livello dell'arco aortico e/o a livello dell'aorta toracica discendente prossimale dovrebbe determinare un maggiore aumento della rigidità aortica e un rimodellamento avverso ancora maggiore del ventricolo sinistro, nonché riduzione del flusso coronarico. 

Obiettivi      
Aim 1:      
Indagare le modificazioni geometriche precoci e tardive e le alterazioni emodinamiche provocate dal posizionamento dello stent-graft a livello dell’arco aortico e dell’aorta toracica discendente, del ventricolo sinistro e delle arterie coronarie. L'obiettivo specifico è quello di identificare i fattori clinici che possono influenzare la variazione della morfologia cardio-vascolare e dell'emodinamica dopo il trattamento endovascolare.      
Aim 2:      
Correlare le modificazioni geometriche ed emodinamiche precoci e tardive dell'arco aortico e dell’aorta toracica discendente a quelle del ventricolo sinistro e delle arterie coronarie, al fine di identificare potenziali modifiche nella struttura e nella funzione cardiaca che possono influire negativamente sulla prognosi dei pazienti.      
Aim 3:      
Indagare attraverso simulazioni di fluidodinamica strutturale e computazionale le variazioni nelle forze e nel flusso a livello dell'arco aortico, dell'aorta ascendente, del ventricolo sinistro e dei seni coronarici e correlare i risultati delle simulazioni con i dati clinici, strutturali e funzionali. 

Principal Investigator      
Prof. Giovanni Spinella      
Co-PI      
Prof. Marco Canepa 

UO Coinvolte      
UOC Clinica di Chirurgia Vascolare ed Endovascolare IRCCS Ospedale Policlinico San Martino Genova – Prof. Giovanni Spinella      
UOC Clinica delle Malattie Cardiovascolari IRCCS Ospedale Policlinico San Martino Genova – Prof. Marco Canepa      
Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Informatica e Biomedica dell'Università degli Studi di Pavia – Prof. Simone Morganti      
UO Radiologia Ospedale Policlinico San Martino Genova – Dr.ssa Sara Saitun, Dr.ssa Margherita Castiglioni 

Bando ricerca finalizzata Giovani Ricercatori 2019 (GR-201912371213)      
Approvazione comitato etico: CER Liguria: 7/2021 - DB id 11130      
Durata progetto 3 anni

PERFEKT

Impatto del trattamento endovascolare periferico sulla cinematica dell’arteria femoro-poplitea: dall’esperienza clinica alla modellazione biomeccanica in vivo

Razionale      
Il segmento arterioso femoro-popliteo è comunemente affetto da due tipi di patologie vascolari: patologie ostruttive periferiche e aneurismi poplitei. Sebbene il trattamento endovascolare sia raccomandato specialmente in pazienti ad alto rischio per trattare aneurismi o lesioni occlusive, gli esiti di tale trattamento potrebbero essere compromessi dalle condizioni biomeccaniche ostili dovute alla complessa cinematica articolare, inducendo un guasto meccanico del dispositivo impiantato che può portare all'amputazione degli arti, andando infine ad influire fortemente sulla qualità della vita del paziente. La maggior parte della letteratura attuale si occupa di modelli basati su cadaveri o soggetti sani, ma manca di dati in vivo, che aiuterebbero a mettere in relazione condizioni di carico, progettazione del dispositivo e risultati clinici. Lo studio PERFEKT mira a colmare questa lacuna combinando dati clinici, immagini mediche in vivo e simulazioni biomeccaniche della flessione della gamba e della deformazione del vaso arterioso. Ci si aspetta che i nostri risultati forniscano informazioni preziose sulla biomeccanica del distretto femoro-popliteo prima e dopo inserimento dello stent con fine ultimo quello di migliorare gli outcomes postoperatori. 
Aim 1:      
Valutare le prestazioni della procedura di stenting poplitea. In particolare, valutare la capacità del dispositivo di ripristinare la pervietà del lumen e mantenerla durante la flessione del ginocchio e la conseguente deformazione del vaso arterioso, evitando in tal modo zone localizzate di schiacciamento e modifiche significative alla cinematica nativa del vaso. Lo scopo specifico è quello di identificare clinicamente i fattori che possono influenzare la variazione della morfologia dell’asse femoro-popliteo durante la flessione del ginocchio. 
Aim 2:      
Definire un protocollo di acquisizione di immagini TAC a ginocchio sia esteso che flesso; migliorare la qualità delle acquisizioni di tali immagini, minimizzando allo stesso tempo la quantità di bolo di contrasto iniettato; eseguire analisi su immagini mediche al fine di quantificare i cambiamenti dell'anatomia del vaso in esame. 
Aim 3:      
L'obiettivo specifico è valutare l'impatto dello stent sulla parete arteriosa mediante analisi strutturali degli elementi finiti e di fluidodinamica e capire come migliorare le nuove generazioni di stent femoro-poplitei. 

Principal Investigator      
Prof.ssa Bianca Pane      
Co-PI      
Prof. Michele Conti 

UO Coinvolte      
UOC Clinica di Chirurgia Vascolare ed Endovascolare IRCCS Ospedale Policlinico San Martino Genova – Prof.ssa Bianca Pane      
UO Radiologia IRCCS Ospedale Policlinico San Martino Genova – Dr. Giancarlo Salsano      
Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura dell'Università degli Studi di Pavia – Prof. Michele Conti 

Bando ricerca finalizzata Giovani Ricercatori 2019 GR-2018-12368376      
Approvazione comitato etico: CER Liguria: 197-2019      
Durata progetto: 3 anni

Il Team

Giovanni Spinella MD, PhD      
Professore Associato in Chirurgia Vascolare MED/22      
Dipartimento di Scienze Chirurgiche e Diagnostiche Integrate (DISC)      
Università degli Studi di Genova      
Giovanni.spinella@unige.it  

Bianca Pane      
Professore Associato in Chirurgia Vascolare MED/22      
Dipartimento di Scienze Chirurgiche e Diagnostiche Integrate (DISC)      
Università degli Studi di Genova      
Bianca.pane@unige.it       
 

Michele Conti      
Professore Associato ING-IND/34       
Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura      
Università degli Studi di Pavia     
michele.conti@unipv.it

 Camelot Biomedical System

I Fondi

Bando POR-FSE LIGURIA 2014-2020 - finanziamento assegni di ricerca a valere sull’asse 3 “Istruzione e Formazione”: progetto “Sviluppo di una piattaforma multidisciplinare di simulazione per la pianificazione del trattamento endovascolare delle patologie aortiche complesse: dall’imaging pre-operatorio alle simulazioni biomeccaniche” (codice RLOF18ASSRIC/38/1).  Coordinatore Spinella Giovanni. Ulteriori unità coinvolte nel progetto: Università di Pavia (Prof. Michele Conti) e Camelot Biomedical Systems – finanziamento assegnato € 47.574,00

Bando Ricerca Finalizzata 2018 Sezione Giovani Ricercatori Ministero della Salute: progetto “Impact of peripheral endovascular repair on femoral-popliteal artery kinematic: from clinical experience to in vivo biomechanical modeling (PERFEKT study)” (codice GR-2018-12368376). PI: Bianca Pane (Prof. Associato Università degli studi di Genova – U.O.C. Chirurgia Vascolare ed Endovascolare, HSM), Ulteriori unità coinvolte: U.O. Radiologia, HSM (Dott. Giancarlo Salsano), Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura, Università di Pavia (Prof. Michele Conti) – finanziamento assegnato € 262.300,00

Bando Ricerca Finalizzata 2019 Sezione Giovani Ricercatori Ministero della Salute: progetto “Impact of Thoracic Aortic disease endovascular treatment on Cardiac function (ITACA study)” (codice GR-2019-12371213). PI: Giovanni Spinella (Ricercatore a tempo determinato Università degli Studi di Genova – U.O.C. Chirurgia Vascolare ed Endovascolare, HSM), Unità extra SSN: Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell’Informazione, Università di Pavia (Dott. Simone Morganti) –– finanziamento assegnato € 299.888,89

Ecosistema per l’innovazione RAISE (Robotics and AI for Socio-economic Empowerment): progetto “AI-driven tools for primary aortic diseases and cardiovascular comorbidities” SPOKE 2-WP4. Referente Giovanni Spinella Università degli Studi di Genova – U.O.C. Chirurgia Vascolare ed Endovascolare, HSM  - finanziamento assegnato € 96.615,00

Dissemination

Borse di Dottorato

Borsa di dottorato di ricerca XXXI ciclo – Dipartimento di Medicina Sperimentale, Università di Genova - dott.ssa Alice Finotello – CONCLUSO   
Borsa di dottorato di ricerca XXXIV ciclo – Dipartimento di Medicina Sperimentale, Università di Genova - Borsa cofinanziata da MIUR e dal dipartimento DIMES su fondi derivanti da convenzioni con Camelot Biomedical System e Università degli Studi di Pavia – dott.ssa Alice Fantazzini - CONCLUSO

Lavori scientifici pubblicati

1. Brutti F, Fantazzini A, Finotello A, Müller LO, Auricchio F, Pane B, Spinella G, Conti M. Deep Learning to automatically Segment and Analyze Abdominal Aortic Aneurysm from Computed Tomography Angiography. Cardiovasc Eng Technol. 2022 Aug;13(4):535-547.
2. Finotello A, Pane B, Di Bartolo M, Del Pizzo R, Mambrini S, Pratesi G, Spinella G. Geometric Analysis of Complex Endovascular Treatment of a Successfully Completed Residual Post-Type A Aortic Dissection. Aorta (Stamford). 2022 Apr;10(2):85-88.
3. Spinella G, Finotello A, Pisa FR, Conti M, Pratesi G, Pane B, Lanzarone E.Temporary Reperfusion of the Aneurysm Sac as a Prevention of Spinal Cord Ischemia After Endovascular Treatment of Thoracoabdominal Aortic Aneurysm: Systematic Review and Meta-analysis. J Endovasc Ther. 2022 Mar 14:152.
4. Finotello, A., Spinella, G., Notini, G., Palombo, D., Pratesi, G., Mambrini, S., Auricchio, F., Conti, M., Pane, B. Geometric Analysis to Determine Kinking and Shortening of Bridging Stents After Branched Endovascular Aortic Repair. Cardiovascular and Interventional radiology. Cardiovasc Intervent Radiol. 2021 May;44(5):711-719..
5. Lanzarone, E., Finotello, A., Pane, B., Pratesi, G., Palombo, D., Conti, M., Spinella, G. Prediction Model of Isolated Iliac and Abdominal Aneurysms. European Journal of Clinical Investigation. Accepted for publication.
6. Conti, M., Ferrarini, A., Finotello, A., Salsano, G., Auricchio, F., Palombo, D., Spinella, G., Pane, B. Patient-specific computational fluid dynamics of femoro-popliteal stent-graft thrombosis (2020) Medical Engineering and Physics, 86, pp. 57-64.
7. Fantazzini, A., Esposito, M., Finotello, A., Auricchio, F., Pane, B., Basso, C., Spinella, G., Conti, M. 3D Automatic Segmentation of Aortic Computed Tomography Angiography Combining Multi-View 2D Convolutional Neural Networks (2020) Cardiovascular Engineering and Technology, 11 (5), pp. 576-586.
8. Spinella, G., Finotello, A., Pisa, F.R., Conti, M., Mambrini, S., Pratesi, G., Auricchio, F., Palombo, D., Pane, B. Geometrical Evaluation of Aortic Sac Remodeling During Two-Step Thoracoabdominal Aortic Aneurysm Endovascular Repair (2020) Annals of Vascular Surgery, 67, pp. 43-51.
9. Spinella, G., Mambrini, S., Finotello, A., Conti, M., Del Pizzo, R., Pratesi, G., Palombo, D., Pane, B. Endovascular Treatment of an Internal Iliac Artery Aneurysm in a Patient with Previous Aortic Surgery Using a Novel Covered Stent Graft (2020) Annals of Vascular Surgery, 64, pp. 412.e15-412.e19.
10. Finotello, A., Faggiano, E., Conti, M., Spinella, G., Pane, B., Palombo, D., Auricchio, F. Medical image analysis to measure the follow-up geometry of thoraco-abdominal aortic aneurysms treated with multilayer flow modulator stent (2020) Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering: Imaging and Visualization, 8 (2), pp. 126-133.
11. Spinella, G., Finotello, A., Pane, B., Salsano, G., Mambrini, S., Kamenskiy, A., Gazzola, V., Cittadini, G., Auricchio, F., Palombo, D., Conti, M. In Vivo Morphological Changes of the Femoropopliteal Arteries due to Knee Flexion After Endovascular Treatment of Popliteal Aneurysm (2019) Journal of Endovascular Therapy, 26 (4), pp. 496-504
12. Spinella, G., Finotello, A., Conti, M., Faggiano, E., Gazzola, V., Auricchio, F., Chakf, N.D.S., Palombo, D., Pane, B. Assessment of geometrical remodelling of the aortic arch after hybrid treatment (2019) European Journal of Cardio-thoracic Surgery, 55 (6), pp. 1045-1053.
13. Finotello, A., Marconi, S., Pane, B., Conti, M., Gazzola, V., Mambrini, S., Auricchio, F., Palombo, D., Spinella, G. Twelve-year Follow-up Post–Thoracic Endovascular Repair in Type B Aortic Dissection Shown by Three-dimensional Printing (2019) Annals of Vascular Surgery, 55, pp. 309.e13-309.e19.
14. Spinella, G., Finotello, A., Faggiano, E., Pane, B., Conti, M., Gazzola, V., Auricchio, F., Palombo, D.Midterm Follow-up Geometrical Analysis of Thoracoabdominal Aortic Aneurysms Treated with Multilayer Flow Modulator (2018) Annals of Vascular Surgery, 53, pp. 97-104.e2.

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