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Tesi etd-02062012-102543


Tipo di tesi
Tesi di laurea specialistica
Autore
VIGLIALORO, ROSANNA MARIA
URN
etd-02062012-102543
Titolo
Simulatore fisico paziente-specifico per colecistectomia laparoscopica
Struttura
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA BIOMEDICA
Commissione
relatore Prof. Di Puccio, Francesca
relatore Ing. Carbone, Marina
relatore Ing. Condino, Sara
relatore Dott. Ferrari, Vincenzo
Parole chiave
  • colecistectomia laparoscopica
  • simulatore fisico paziente-specifco
Data inizio appello
21/02/2012;
Disponibilità
parziale
Data di rilascio
2052-02-21
Riassunto analitico
Lo sviluppo delle tecnologie di simulazione è stato fortemente promosso nel campo chirurgico con l’avvento della chirurgia laparoscopica che richiede particolari abilità psicomotorie ed elevati livelli di coordinazione occhio-mano.
I simulatori fisici, ottenuti usando modelli in plastica, gomma e lattice inseriti in box, imitano meglio l’interazione in termini di ritorno di forza con l’anatomia rispetto ai simulatori basati sulla realtà virtuale attualmente disponibili. Questi modelli fisici sono usati per rappresentare differenti organi e patologie e permettono di eseguire specifici task come il taglio, sutura, afferraggio o clipping.
Un limite dei simulatori fisici attuali è che riproducono una o poche strutture anatomiche aventi anatomia standard. Altro limite è relativo ai task distruttivi che richiedono un nuovo, e a volte costoso, phantom per ogni prova. Infine, i simulatori fisici non prevedono un sistema di valutazione automatica e quantitativa delle prestazioni, ma l’apprendista deve essere valutato da un chirurgo esperto che giudica se l’atto chirurgico è eseguito correttamente.
Lo scopo di questo lavoro è la progettazione e realizzazione, a livello prototipale di un simulatore fisico paziente-specifico per colecistectomia laparoscopica che si propone di superare i limiti precedentemente menzionati. In particolare il simulatore è volto a simulare l’atto di identificazione e isolamento delle strutture cistiche che delimitano il triangolo di Calot, fase cruciale dell’intervento.
Il simulatore, sviluppato a partire dall’elaborazione di immagini TC anonimizzate, comprende la replica, in termini di topologia, morfologia e colore delle strutture rilevanti per un intervento di colecistectomia: fegato, colecisti, dotto cistico, coledoco, dotto epatico comune, albero arterioso comprendente arteria cistica e arterie epatiche, e piccolo omento. Le immagini preoperatorie TC sono state segmentate usando uno strumento semiautomatico per ottenere modelli 3D di fegato, colecisti, vie biliari e albero arterioso. Partendo da questi modelli 3D, sono stati disegnati gli stampi per la replica delle parti anatomiche che sono stati ottenuti mediante prototipazione rapida.
La replica del fegato è stata ottenuta colando silicone platinum-cured e mescolato con pigmenti colorati all’interno del relativo stampo. Il modello cavo della colecisti è stato realizzato applicando vari strati di silicone sullo stampo ottenuto come replica del suo volume interno. Per ottenere l’elasticità ottimale, spessore e robustezza, agli strati di silicone, sono state aggiunte fibre naturali. Infine la colecisti è stata riempita con idrogel.
Il piccolo omento è stato prodotto sotto forma di sottili fogli di silicone rinforzato con cotone. Al silicone è stato inoltre aggiunto un additivo siliconico (Slacker) per silicone platinum-cured. Lo Slacker permette di ottenere una consistenza molto simile a quella del tessuto naturale e di ottenere inoltre la sua adesione alle altre parti anatomiche.
Una comune strategia è stata usata per la riproduzione del dotto cistico, coledoco e dotto epatico comune (vie biliari). La strategia ha previsto l’uso di maglie schermanti conduttive e flessibili ricoperte con uno strato di silicone.
L’albero arterioso è stata realizzato usando un’anima in nitinol, ricoperta con due strati di silicone colorato.
Ogni componente del simulatore è stata valutata da tre chirurghi esperti e quattro specializzandi di chirurgia generale. Sulla base dei loro commenti sono state apportate delle modifiche e si è raggiunto il 90% di opinioni positive.
Tutte le componenti sono state assemblate all’interno di un torso di un phantom commerciale, ottenendo una loro posizione realistica al fine di realizzare un ambiente verosimile. Infine, la maglia schermante all’interno del dotto biliare e l’anima in nitinol all’interno dell’albero arterioso sono state connesse elettricamente ai poli negativi di due distinti allarmi acustici. Un uncino chirurgico, usato comunemente per questo tipo di intervento, è stato connesso alla massa di un alimentatore il cui polo positivo è stato connesso direttamente agli allarmi. In questo modo, se l’uncino taglia la copertura di silicone dei dotti biliari o dell’albero arterioso, e tocca l’elemento conduttivo interno, per la chiusura del circuito si ha l’attivazione del relativo allarme che segnala l’errore rispettivamente di lesione dei dotti biliari o dell’albero arterioso.
Queste strutture sono state incluse nell’omento simulato come in un reale paziente.
Per simulare lo pneumoperitoneo caratteristico della procedura laparoscopica è stata realizzata una copertura in materiale plastico termoformabile con finestre in silicone soffice per l’inserimento degli strumenti laparoscopici.
L’ultimo passo ha previsto la valutazione del simulatore eseguita da due chirurghi che hanno simulato l’isolamento dell’dotto cistico e dell’arteria cistica. Durante l’isolamento delle strutture, a volte l’omento si è mosso in modo non realistico in quanto lo slacker, usato anche come colla, non ha sempre aderito adeguatamente.
I chirurghi hanno valutato positivamente il realismo del manichino ai fini di un corretto apprendimento dell’ uso degli strumenti chirurgici laparoscopici. Inoltre hanno valutato che le parti interne del manichino offrono un feedback di forza e una risposta meccanica al taglio realistici ed hanno apprezzato entusiasticamente l’idea dei contatti elettrici per simulare la lesione del dotto cistico e dell’arteria.
Un altro punto di forza di questo simulatore è che al termine di ogni sessione di addestramento solo il piccolo omento dovrà essere sostituito tenendo così bassi i costi per il training.
Questo approccio permette la realizzazione di dotti biliari e albero arterioso con differenti morfologia e topologia, offrendo la possibilità all’utente di cimentarsi in situazioni rese complesse da varianti anatomiche.
Il prototipo di simulatore realizzato può essere ritenuto un’utile piattaforma di training laparoscopico ed eventualmente robotico per i giovani chirurghi che potranno imparare velocemente ed in modo sicuro la procedura chirurgica.

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