Valutazione delle performance di sutura di materiali stampati in 3D per lo sviluppo di phantom di simulazione chirurgica: sviluppo del set-up e confronto con tessuto animale

Attualmente, si stima che il settore sanitario rappresenti l’11% del mercato complessivo delle tecnologie di stampa 3D, ed è ad oggi uno dei settori in più rapida crescita. La stampa 3D, va incontro all’esigenza di sviluppare dispositivi patient-specific e consente, a partire dalle immagini diagnostiche, di ottenere delle fedeli riproduzioni delle strutture anatomiche di interesse, sia dal punto di vista morfologico, sia dal punto di vista delle caratteristiche meccaniche. La possibilità di avere delle piattaforme di simulazione realistiche, per la pianificazione e la simulazione dell’intervento, è di grande aiuto per i chirurghi. Il loro utilizzo, infatti, consente di anticipare eventuali problematiche tecniche, di ridurre i tempi e aumentare le probabilità di successo dell’intervento. I modelli anatomici patient-specific realizzati mediante stampa 3D sono molto più istruttivi rispetto alle immagini diagnostiche o ai rispettivi modelli virtuali; l’avere in mano un oggetto fisico consente al cervello di correlare il feedback visivo con il feedback tattile e di avere una persistenza mnemonica più lunga. Ottenere informazioni sull’anatomia specifica di un paziente prima di una procedura medica, inoltre, può essere fondamentale, soprattutto in caso di presenza di patologie rare o complesse. È proprio in questo contesto che si inserisce il presente elaborato di tesi. L’obiettivo del presente lavoro è stato quello di sviluppare un set-up sperimentale che permettesse, tramite misurazioni quantitative, di valutare la resistenza alla penetrazione di un ago chirurgico, al fine di identificare una combinazione e una configurazione di materiali stampati in 3D, idonee a simulare le performance di sutura nei principali vasi addominali. Lo sviluppo del set-up ha richiesto la realizzazione di strumentazione specifica per la macchina di prova a trazione e compressione MTS Insight System presente presso il laboratorio del Dipartimento di. Ingegneria civile e Architettura, e il conseguente sviluppo di tutti la strumentazione accessoria necessaria allo svolgimento dei test. Le prove di resistenza alla perforazione sono state eseguite su dei campioni stampati 3D di materiali fotopolimerici prodotti da Stratasys, e su dei campioni di aorta di maiale. Nello specifico, è stata valutata l’influenza sulla forza di perforazione di alcune variabili, quali: la velocità, lo spessore del campione, il materiale, l’angolo di incidenza dell’ago rispetto al tessuto e, infine, l’orientamento dei layers del campione. Il fine è stato quello di caratterizzare l’andamento della forza al variare dei parametri e di cercare di riprodurre il comportamento dei tre principali tratti dell’aorta: arco aortico, aorta toracica e aorta addominale. In totale sono stati effettuati 121 test: dai risultati è emerso che la forza cresce proporzionalmente all’aumentare dello spessore del campione e dell’angolo di incidenza dell’ago, mentre diminuisce man mano che l’ago va a incidere in prossimità dell’unione tra due layers. Infine l’aumento della velocità di penetrazione fa si che il campione si irrigidisca, ma la risposta varia a seconda delle caratteristiche del materiale in analisi. I test effettuati hanno permesso di sviluppare una metodologia di caratterizzazione utile, e di ottenere informazioni circa la capacità di questi materiali nel replicare la dinamica della sutura. Un ulteriore sviluppo vedrà il coinvolgimento dei medici, al fine di ottenere, oltre alle misure quantitative, anche dei feedback qualitativi. Sarebbe inoltre utile andare a sensorizzare la strumentazione utilizzata durante le procedure di sutura, per ottenere delle misurazioni in vivo.