Metodologia e basi del modello

1. Oggetto e finalità di questo documento

Questo documento illustra la formulazione matematica e biofisica di MioAtlas. Nella simulazione medica interattiva, la trasparenza algoritmica è fondamentale: ciascun parametro quantitativo, vettore di derivazione e costante di propagazione deve essere supportato da fonti pubblicate o chiaramente identificato come semplificazione geometrica.

La pubblicazione di questa specifica consente a studenti, docenti e ricercatori di verificare rigorosamente l'origine dei tracciati a 12 derivazioni e la correlazione tra occlusioni coronariche e pattern ECG.

Cronologia di sviluppo: La prima versione funzionale del simulatore (cuore 3D, arterie coronarie, ischemia ed ECG a 12 derivazioni) è stata realizzata in un solo giorno. Il sistema di conduzione, il catalogo di 43 aritmie, il polso giugulare e la realtà aumentata sono stati sviluppati nei giorni successivi, tra il 9 e il 12 settembre 2026.

2. Ricostruzione dell'anatomia coronarica

L'albero vascolare coronarico modella 11 arterie sulla superficie epicardica: tronco comune sinistro (LM), discendente anteriore (LAD), circonflessa (LCx), coronaria destra (RCA), diagonali (D1, D2), marginali ottuse (OM1, OM2), marginale acuta (AM), discendente posteriore (PDA) e rami posterolaterali (PLB).

Per preservare la continuità di tangenza nei solchi anatomici, si combinano due tipi di spline:

• Spline Bezier cubici (LAD e LM): Ricostruiti mediante punti di controllo di posizione e vettori di tangenza, valutati con THREE.CubicBezierCurve3 all'interno di un THREE.CurvePath continuo.
• Spline Catmull-Rom centripeti (LCx, RCA e collaterali): Interpolati da sequenze di vertici con filtraggio dei punti degeneri via THREE.CatmullRomCurve3(points, false, 'centripetal') per evitare loop anomali.

Trasformazione di coordinate canonica

Le curve originali sono create in Blender (+Z verso l'alto, regola della mano destra). Per il rendering WebGL in standard glTF (+Y verso l'alto), viene applicata la trasformazione lineare canonica:

Questa conversione viene verificata all'avvio della simulazione mediante asserzioni automatiche (assertCoordinateConversion).

Validazione anatomica dei territori ischemici

La delimitazione dei 6 territori di infarto miocardico con sopraslivellamento ST (STEMI) si basa sul modello a 17 segmenti AHA/ACC (Cerqueira et al., 2002).

I volumi ischemici sono stati verificati pixel per pixel in condizioni standardizzate (cuore in telediastole a 0,0 s, opacità al 100%, fase stabilita a intensità 0,98), confermando l'assenza di dispersioni necrotiche nei tessuti adiacenti.

3. Modellazione del sistema di conduzione

Il sistema di conduzione è rappresentato su un taglio coronale che visualizza le quattro cavità e il setto interventricolare. Comprende:

• 17 tronchi anatomici nominati: Nodo senoatriale (SAN), tratti internodali anteriore, medio (Wenckebach) e posteriore (Thorel), fascio di Bachmann, nodo atrioventricolare (AVN, triangolo di Koch), vie nodali lenta e rapida, fascio di His, branca destra (RBB), fascio moderatore, tronco della branca sinistra (LBB), fascicoli anteriore (LAF), posteriore (LPF), settale (LSF) e fascio di Kent.
• 84 ramificazioni di Purkinje: Rete sottoendocardica per l'attivazione del miocardio ventricolare di entrambe le cavità.

Velocità di conduzione tissutale

L'avanzamento dell'impulso rispetta le velocità elettrofisiologiche di riferimento:

• Nodo senoatriale (uscita): 0,05 m/s.
• Miocardio atriale e tratti internodali: 1,0 m/s.
• Nodo atrioventricolare (ritardo decrementale): 0,05 m/s.
• Fascio di His e sistema His-Purkinje: 2,0 a 4,0 m/s.
• Miocardio ventricolare: 0,4 a 0,5 m/s.

Cronometria di propagazione (ritmo sinusale)

Dall'impulso iniziale nel nodo del seno (t = 0 ms), il modello applica finestre di attivazione fisiologiche (conductionTimingMs):

4. Sintesi matematica dell'elettrocardiogramma

Il monitor sintetizza in tempo reale le 12 derivazioni standard (I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1–V6) e 5 derivazioni aggiuntive (V7–V9, V3R e V4R).

Accumulatore deterministico a 120 Hz

Il motore opera con un accumulatore a frequenza fissa di 120 Hz (Δt = 8,333 ms) che garantisce calibrazione clinica rigorosa:

• Velocità di scorrimento: 25 mm/s (1 mm = 0,04 s; 5 mm = 0,20 s).
• Voltaggio: 10 mm/mV (1 mm = 0,1 mV; 10 mm = 1,0 mV).
• Pannelli a 12 derivazioni: 2,5 secondi (300 campioni a 120 Hz).
• Striscia di ritmo continuo (DII): 10,0 secondi (1.200 campioni a 120 Hz).

Intervalli di riferimento del modello

In ritmo sinusale a 72 bpm, il modello applica i parametri standard (referenceIntervalsMs):

• Onda P (p): 90 ms (riferimento: 80–100 ms).
• Intervallo PR (pr): 160 ms (riferimento: 120–200 ms).
• Complesso QRS (qrs): 90 ms (riferimento: 80–100 ms).
• Intervallo QT basale (qt): 390 ms a 72 bpm (riferimento: 350–430 ms).

Adattamento del QT: formula di Fridericia vs Bazett

Per adeguare il QT alla frequenza cardiaca, il simulatore impiega la formula di Fridericia (radice cubica di RR) anziché quella di Bazett (radice quadrata):

Motivazione: La formula di Bazett sovrastima alle frequenze elevate e sottostima nelle bradicardie. Fridericia offre stabilità fisiologica lungo tutto lo spettro, delimitando il QT tra 200 e 600 ms.

Vettori toracici 3D e dipolo cardiaco

Le coordinate toraciche tridimensionali degli elettrodi sono: RA [-0.080, +0.070, -0.025], LA [+0.080, +0.065, +0.025], LL [0.000, -0.090, +0.055] e precordiali V1–V6. La tensione istantanea deriva dal prodotto scalare tra il dipolo bioelettrico dinamico e i vettori di derivazione (teoria di Frank, 1956).

5. Cosa NON fa il simulatore: semplificazioni fisiologiche

Per consentire un'esecuzione fluida a 60 FPS nei browser convenzionali, MioAtlas adotta semplificazioni tecniche esplicite:

7. Stato editoriale e collaborazione tecnica