Advanced Medical Design and Engineering for Physical Anatomic Phantom

Negli ultimi anni, il settore medicale ha sperimentato una spinta propulsiva sia dal punto di vista socioeconomico che tecnologico, con miglioramenti non solo nelle performance cliniche, ma anche nell’evoluzione delle pratiche terapeutiche e delle strumentazioni mediche. Le tecnologie abilitanti come la robotica, la digital manufacturing e l’augmented reality hanno svolto un ruolo determinante nell’innovazione di attrezzature e procedure medico-chirurgiche tanto da richiedere una nuova formazione chirurgica atta a utilizzare correttamente le nuove strumentazioni.

Il progetto “Phygital Twins Technologies for innovative surgical training and planning” nell’ambito del FP4 di Rome Technopole, mira a sviluppare Phygital Phantoms per la simulazione chirurgica in grado di replicare un segmento anatomico sia dal punto di vista fisico, tramite Additive Manufacturing, che digitale, attraverso la simulazione di modelli 3D. La connessione in tempo reale del modello fisico e digitale permetterà, da un lato, di implementare la pianificazione chirurgica di procedure più o meno complesse, dall’altro, di fornire soluzioni avanzate per la formazione chirurgica, comprese modalità di accesso remoto al Phygital Phantom e ambienti di simulazione avanzata e l’addestramento a distanza.

La Linea Tematica 1 ha l’obiettivo di sviluppare e prototipare modelli anatomici fisici (Physical Anatomic Phantoms) per il training e il planning chirurgico di base e avanzato, utili sia all’insegnamento dell’anatomia chirurgica sia alla sperimentazione di tecniche e procedure chirurgiche. La possibilità di praticare la dissezione anatomica è infatti fondamentale per acquisire capacità e conoscenze per interventi particolarmente complessi, oltre che per sperimentare nuovi approcci e tecniche dove il processo di apprendimento del gesto chirurgico non può prescindere dal feedback fisico del tessuto manipolato.
A partire dallo sviluppo di protocolli per l’acquisizione di immagini diagnostiche via MRI e CT per la generazione di modelli 3D parametrici e sfruttando le tecnologie di Additive Manufacturing, i modelli anatomici fisici sono in grado di simulare fedelmente la complessità anatomica della porzione interessata sia in termini morfologici che di caratteristiche fisiche di colore, consistenza ed elasticità dei tessuti, con l’obiettivo di riprodurre esattamente lo stesso feedback propriocettivo che un’operazione dal vero fornirebbe al chirurgo. Inoltre, l’approccio “make to stock” e “lead-time” che caratterizza l’Additive Manufacturing permette di rispondere alla richiesta “on-demand” di specifiche esigenze patologiche, soprattutto in fase di planning chirurgico.

La Linea Tematica 1 si propone quindi: (1) di “replicare” l’esperienza dell’interazione anatomica del chirurgo potenziata dalla possibilità di simulazione di tutte le possibili patologie grazie a processi di parametrizzazione dei modelli tridimensionali e customizzazione dei Physical Phantoms; (2) di costruire un database digitale di pratiche chirurgiche che possono essere replicate secondo processi di digital fabbrication e gestite secondo protocolli collaudati di “behavioral analysis” permettendo la circolazione di conoscenze in ambito tanto di formazione che ospedaliero.

I modelli tridimensionali e il database digitale generati vengono condivisi con la Linea Tematica 2, responsabile dello sviluppo del Gemello Digitale.

Entrambe le Linea Tematiche, prevedono di avviare azioni coordinate per sfruttare industrialmente i risultati, tramite la creazione di Start-up di ricerca, e di istituire un Joint-Lab interdisciplinare focalizzato sulle tecnologie del progetto e aperto a partner e stakeholder del Rome Technopole.