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Il diaframma, un muscolo a forma di cupola localizzato sotto i polmoni, svolge un ruolo importante nella respirazione. La sua contrazione determina l’espansione della cavità toracica e dei polmoni, necessaria al richiamo dell’aria nelle vie aeree durante l’inspirazione. Nell’espirazione, invece, esso si solleva, riducendo il volume della cavità toracica e facendo uscire l’aria dai polmoni. Presso l’istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna è stato realizzato un simulatore ad alta fedeltà di chirurgia robotica polmonare, che risulta essere anatomicamente fedele al torace umano, ma non lo è dal punto di vista fisiologico, in quanto il diaframma è fisso. Questo lavoro di tesi ha lo scopo di progettare e realizzare un sistema che vada a simulare il movimento del diaframma durante la normale respirazione. È stata progettata e realizzata la camera, che simula la cavità addominale, sulla quale è stata integrata una membrana specifica – in termini di spessore ed elasticità, che simula il diaframma. L’inserimento di aria all’interno della camera permette il movimento della membrana, simulando il movimento del diaframma durante la respirazione. La progettazione ha coinvolto un modello Comsol che è stato validato sperimentalmente in laboratorio con un set up dedicato. L’utilizzo di un modello validato sperimentalmente permette di realizzare sistemi in grado di simulare il meccanismo della respirazione sia condizioni fisiologiche che patologiche.



The diaphragm, a dome-shaped muscle located below the lungs, has an important role in breathing and is. Its contraction, which determines the expansion of the thoracic cavity and the lungs, is required for the air return to the airways during inhalation. In exhalation, it rises, reducing the chest cavity volume and expelling air from the lungs. At the Biorobotics Institute of the Scuola Superiore Sant'Anna, a high-fidelity simulator for pulmonary robotic surgery has been realized. It is anatomically similar to the human chest, but not it lacks physiological features, being the diaphragm in static condition. This thesis aims to design and implement dedicated components to be integrated in the current pulmonary robotic simulator for simulating the movement of the diaphragm during normal breathing. The abdominal cavity and the diaphragm membrane have been designed by using a dedicated COMSOL model, properly validated in lab. The insertion of air into the chamber allows the movement of the membrane, simulating the movement of the diaphragm during breathing. The system here described has been designed to be general and therefore able to simulate different working conditions, i.e. normal conditions and pathological conditions.