Realtà virtuale e stampa 3D, simulatore di punzione del seno

Lina María Ramírez Palomino racconta la sua carriera di ingegnere biomedico e come è riuscita a creare un simulatore di biopsia al seno.

Sono un ingegnere fisico, ma sono sempre stata appassionata di medicina: nel corso della mia carriera, ho persino preso in considerazione l’idea di perseguire entrambe le carriere contemporaneamente, anche se le circostanze personali me lo hanno impedito. Ciononostante, sono sempre rimasta immersa sia nel campo medico che in quello ingegneristico, partecipando attivamente a progetti multidisciplinari in cui ho collaborato strettamente con professionisti medici e colleghi ingegneri.

Per il mio progetto di laurea finale, ho realizzato un “videogioco” con il motore grafico Unity 3D, che ha permesso di utilizzare un robot UR5 per l’estrazione di tumori nell’ipofisi con un approccio endonasale, il tutto controllato intuitivamente attraverso la tastiera del computer. Questo progetto è stato realizzato in collaborazione con l’Istituto Andaluso di Automatica e Robotica Avanzata e l’Università del Cauca in Colombia.

Dopo aver completato gli studi universitari, ho avuto l’opportunità di essere selezionata come stagista nel laboratorio di fabbricazione digitale e stampa 3D, noto come FabLab Malaga. Durante questa esperienza, mi sono immersa completamente nel mondo della stampa 3D e della sua applicazione in campo medico. Con impegno, ho sviluppato un modello anatomico progettato specificamente per l’esplorazione dell’orecchio interno, riuscendo a stampare accuratamente le ossa dell’orecchio in scala reale.

Dopo aver osservato l’impatto significativo che il mio progetto ha generato durante il Congresso CASEIB 2020, ho deciso di iniziare il mio programma di master in Ingegneria biomedica presso l’Università pubblica di Navarra. In questa istituzione ho ricevuto un valido supporto per avviare un progetto che mi ha fatto conoscere e apprezzare profondamente l’affascinante mondo della simulazione medica.

Dato il mio background in progetti sia virtuali che fisici, ho concepito l’idea di combinare entrambe le tecniche in questo particolare progetto. Il mio obiettivo era progettare un intervento medico in realtà virtuale con la possibilità di fornire un feedback tattile, sfruttando la tecnologia di stampa 3D.

Uno dei compiti cruciali è stato quello di identificare la parte del corpo più adatta per integrare la realtà virtuale e la stampa 3D nel mio progetto. Ho considerato varie opzioni, come il cervello o l’addome, tra le altre. Tuttavia, dato il mio impegno nei progetti legati alla salute delle donne e il mio status di donna, ho scelto di affrontare la procedura di biopsia mammaria guidata dagli ultrasuoni. A mio avviso, questa procedura rappresenta un momento traumatico per le donne che vi si sottopongono. Pertanto, ho affrontato questo progetto con una profonda sensibilità e rispetto per le persone interessate.

Il Servizio Sanitario della Navarra mi ha dato l’opportunità di assistere a questi interventi medici, il che mi ha permesso di osservare la procedura nel dettaglio e di acquisire le informazioni necessarie per iniziare a sviluppare il futuro simulatore.

Una delle preoccupazioni condivise con me dal medico interventista era la necessità di un’elevata precisione nell’esecuzione di questa procedura, che prevede il posizionamento di un ago nell’adenoma mammario sulla base della sola osservazione ecografica. Data la complessità di questo compito e la richiesta di pratica e formazione per acquisire questa competenza, è nata l’idea di creare un simulatore che fornisse un’esperienza interattiva per facilitare l’apprendimento di questa abilità in modo più efficace.

Ho iniziato il progetto concentrandomi su una delle fasi fondamentali: la creazione dell’ambiente di realtà virtuale. L’uso del motore per videogiochi Unity 3D si è rivelato essenziale per lo sviluppo di questo ambiente virtuale. In questa fase ho progettato meticolosamente tutti gli elementi che compongono l’intervento vero e proprio, in modo da fornire agli utenti un’esperienza immersiva della procedura e aumentarne significativamente il livello di realismo. A tal fine, ho modellato accuratamente tutti i dispositivi necessari, adattandone i colori e le texture per renderli il più possibile simili alla realtà.

Dopo aver terminato la fase di progettazione virtuale e averla testata con gli occhiali per la realtà virtuale Oculus Quest 2, che offrono una tecnologia avanzata e un’esperienza visiva più confortevole per l’immersione in scenari virtuali, ho iniziato la fase di sviluppo fisico del progetto. In questa fase, la stampa 3D ha svolto un ruolo fondamentale, permettendomi di creare le strutture necessarie per facilitare l’integrazione dell’ambiente fisico con quello virtuale, il cosiddetto “tracking”.

Ho stampato una sonda a ultrasuoni per simulare le ecografie eseguite nell’ambiente virtuale. Questa sonda fisica è stata progettata per integrarsi perfettamente con la sua controparte virtuale, consentendo un’esperienza utente coerente e realistica.

Oltre alla sonda, ho progettato anche uno strumento specializzato per il trasporto degli aghi necessari durante l’intervento. Questo strumento non solo è compatibile con i controller degli occhiali per la realtà virtuale, ma incorpora anche un meccanismo di adattabilità universale che ne facilita l’uso con gli aghi medici convenzionali. Ciò consente di sostituire facilmente gli aghi utilizzando gli adattatori corrispondenti, estendendo la sua versatilità e utilità nel contesto della simulazione medica.

Il processo di progettazione e sviluppo degli adattatori è stato condotto con precisione, con l’obiettivo primario di garantire la piena compatibilità con i controller degli occhiali Oculus. Questa fase è stata di vitale importanza per garantire il funzionamento ottimale degli adattatori e la loro capacità di operare senza problemi durante la simulazione.

Per quanto riguarda la progettazione del modello del seno, sono state effettuate diverse prove utilizzando la stampa 3D e altri materiali. Tuttavia, non è stato possibile raggiungere il livello di realismo necessario per fornire un’esperienza soddisfacente all’utente Pertanto, è stato scelto un seno in silicone, comunemente utilizzato come protesi per la mastectomia. Questo modello di silicone si è rivelato resistente ai danni da ago e ha rappresentato la scelta ideale per il progetto.

Una volta ottenute le misure precise del seno in silicone, è stato creato un modello virtuale tridimensionale di una donna di mezza età, incorporando le caratteristiche del seno compatibili con il modello fisico. Questo modello virtuale è stato implementato nell’ambiente virtuale e il seno da operare è stato tracciato. Ho anche progettato una base per sostenere il seno in silicone e mi sono assicurata che le sue dimensioni fossero adeguate, poiché questa base simulava l’altezza del fianco della paziente. In questo modo è stato completato l’ultimo follow-up, che ha coinvolto il tavolo che fungeva da barella nel simulatore virtuale e la base del simulatore che rappresentava il fianco della paziente. Questo ha permesso di adattare efficacemente l’altezza del seno in silicone al seno virtuale, fornendo un’esperienza coerente e realistica nell’ambiente di simulazione.

È fondamentale integrare diverse tecnologie nello sviluppo dei simulatori, in particolare la combinazione di realtà virtuale e stampa 3D. Questa sinergia ha permesso di progettare un simulatore con un feedback tattile altamente efficiente.

Il passo successivo è la realizzazione di test con gli utenti per convalidare il prototipo.

A questo proposito, il mio ruolo di tecnico di simulazione clinica presso il Centro di Simulazione della Facoltà di Medicina dell’Università di Navarra mi dà l’opportunità di effettuare questi test con gli studenti laureandi che svolgono il tirocinio di patologia mammaria, oltre che con gli specialisti incaricati della loro supervisione.

Il mio impegno appassionato nel mondo della simulazione medica mi spinge a continuare a crescere professionalmente per realizzare altri progetti in questo ambito e continuare a contribuire al progresso della formazione medica e al miglioramento delle competenze cliniche dei professionisti della salute.

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