ITTO20110865A1 - Simulatore per training laparoscopico - Google Patents

Description

Simulatore per training laparoscopico.

DESCRIZIONE

La chirurgia mininvasiva rappresenta ad oggi una realtà ampiamente affermata, attualmente applicabile con riferimento ad un’ampia varietà di operazioni.

L’acquisizione delle abilità tecniche necessarie al fine di potere operare in laparoscopia richiede un periodo di training per il chirurgo piuttosto lungo ed accurato, ricorrendo a mezzi ad hoc per l’addestramento; l’utilizzo della suddetta tecnica richiede infatti specifiche abilità psicomotorie, sensibilmente differenti da quelle usualmente impiegate nell’ ambito della chirurgia aperta tradizionale, fra le quali:

- il passaggio da una visione 3D e diretta del campo operatorio ad una visione bidimensionale a mezzo di un monitor collocato sulla colonna laparoscopica;

- la differente postura per il chirurgo, rivolta verso il monitor e non diretta sul campo operatorio;

- la differente percezione delle profondità e delle relazioni spaziali per il soggetto operante;

- lo sviluppo di un ottimo coordinamento video-occhiomano;

- l’adattamento all’ effetto-fulcro conseguente al ricorso a strumenti lunghi, dai quali deriva parimenti una più debole percezione tattile ed un minore grado di libertà, nonché la necessità di una differente gestione dei tremori;

- l’adattamento ad una visione ridotta del campo operatorio. Sono attualmente disponibili, allo stato della tecnica, talune tipologie di simulatori, da adoperarsi nell’ambito delle operazioni di insegnamento ed esercizio in laparoscopia (sia in sala operatoria che fuori), finalizzati all’apprendimento delle tecniche di chirurgia mininvasiva prima di operare sui pazienti. Anzitutto, vi sono i tradizionali box trainer, caratterizzati dal fatto di essere implementati a mezzo strumenti chirurgici reali, comprendenti, nella loro configurazione base: una colonna laparoscopica, un video, una fonte luce, una telecamera e fibra ottica; viene poi utilizzata una scatola, solitamente realizzata in materiale plastico ed avente le dimensioni all’incirca pari a quelle della cavità addominale di un uomo adulto, comprendente delle fessure fisse sulla superficie anteriore, mediante le quali vengono inseriti i trocar.

Il box trainer presenta indubbi profili di vantaggio:

- favorisce l’allenamento ad una visione 2D dello scenario operatorio, posto che l’operatore, nell’esecuzione dei task programmati, agisce facendo riferimento al monitor e non direttamente al campo operatorio;

- rende possibile la necessaria coordinazione video-occhiomano;

- nell’ipotesi in cui vi siano due operatori, di cui uno incaricato di tenere la telecamera, si rivela altresì utile ai fini dell’ apprendimento del corretto posizionamento ed uso della telecamera, nonché della fondamentale coordinazione fra i soggetti agenti;

- favorisce l’apprendimento della postura corretta, dal momento che nell’ ambito dell’ esercitazione l’operatore si trova ad assumere una posizione molto simile a quella reale, dal momento che agisce guardando direttamente il monitor posto sulla colonna laparoscopica;

- favorisce una realistica percezione tattile e di gestione delle forze in relazione alle differenti operazioni, dal momento che il suddetto sistema di training si serve di strumenti chirurgici reali.

Si rileva peraltro come il box trainer sia lo strumento in grado di consentire il più rapido apprendimento delle tecniche di intervento laparoscopico; trattasi peraltro di un dispositivo caratterizzato da un elevato livello di versatilità, potendo infatti essere utilizzato in relazione a differenti operazioni e a differenti livelli di apprendimento.

Sono disponibili differenti tipologie di box, dai più semplici comprendenti unicamente una colonna laparoscopica ed una scatola sino a tipologie maggiormente complesse aventi box che riproducono con un buon livello di fedeltà l’anatomia umana.

L’effettivo valore aggiunto di questi ultimi modelli, spesso caratterizzati da costi molto elevati, è tuttavia ampiamente posta in discussione: si rileva infatti come, ai fini dell’ addestramento per l’acquisizione degli skill di base (taglio, clippaggio, esecuzione di nodi intra ed extra corporei), non sia necessario ricorrere a strumenti che riproducano fedelmente l’anatomia umana; in aggiunta, i suddetti modelli non si rivelano effettivamente in grado di riprodurre taluni processi molto importanti in sede operatoria (per esempio, il sanguinamento), con l’inevitabile conseguenza per cui, pur presentandosi anatomicamente verosimili, sono tuttavia piuttosto distanti dall’effettiva realtà che il chirurgo affronterà in sala operatoria. Il punto di maggiore criticità per quanto riguarda i box trainer è indubbiamente rappresentato dagli elevati costi della struttura, specie per quanto concerne la colonna laparoscopica (che costituisce un vero e proprio presidio chirurgico), significativi al punto da non poterne per lo più permettere l’acquisto per scopi didattici da parte di università e strutture sanitarie. L’uso dei suddetti dispositivi risulta dunque circoscritto a poche specifiche strutture, sotto stretta supervisione di soggetti responsabili, richiedendo dunque ai soggetti interessati all’ apprendimento ovvero al perfezionamento della tecnica di recarsi fisicamente presso le medesime, con quanto ne consegue in termini di disagio e dispendio di tempo.

Un’altra possibile soluzione è rappresentata dal ricorso a simulatori di realtà virtuale (VR), i quali rappresentano l’evoluzione più recente nell’ambito del training laparoscopico. I suddetti dispositivi sono usualmente caratterizzati dal fatto di comprendere una postazione dotata di un PC provvisto di un monitor, sul quale viene rappresentata un’immagine virtuale generata dal PC stesso, ed appositi strumenti costituiti da due manici provvisti di sensori applicati sulla parte distale, ricorrenti ad un sistema di rilevamento a cinque gradi di libertà,

II PC è provvisto di un sistema software appositamente sviluppato al fine di replicare fedelmente le abilità critiche necessarie, ed in alcuni casi addirittura intere procedure d’intervento.

I simulatori a realtà virtuale presentano indubbi profili di vantaggio:

- possibilità di registrazione di svariate tipologie di parametri nell’arco dell’esecuzione di ciascun task, fra i quali: eventuali danneggiamenti dei tessuti, movimenti eccessivi, tempistiche di esecuzione, percorsi effettuati dagli strumenti utilizzati, scorrevolezza degli strumenti nonché la possibilità di visualizzare qualora l’esercizio sia o meno stato effettuato con successo;

- possibilità di salvataggio dei suddetti parametri e della registrazione video relativa all’esercitazione, con la conseguente possibilità di rivedere il video al fine di meglio comprendere eventuali errori nonché di monitorare eventuali miglioramenti nel tempo servendosi di strumenti obiettivi.

Da un’analisi comparatistica di confronto con le funzionalità del box trainer, sono tuttavia emersi dei punti di debolezza: in modo particolare, gli utilizzatori all’uopo interpellati hanno sottolineato la mancanza di feedback di tipo tattile nel corso dell’utilizzo del simulatore, rimarcando la propria preferenza per un contesto di tipo non virtuale, nel quale operare a mezzo di strumenti reali su oggetti reali (come nel caso del box trainer). In aggiunta, ricorrono alcuni ordini di problematiche già riscontrati in relazione al box, specialmente per quanto concerne l’elevatezza dei costi e la conseguente circoscritta possibilità di utilizzo, limitata a luoghi specifici e sotto la stretta supervisione di responsabili.

Scopo primario della presente invenzione è quello di fornire una soluzione per il training laparoscopico in grado di consentire le stesse funzionalità già raggiungibili mediante un box trainer, ma con costi più contenuti e con una possibilità di diffusione maggiormente capillare nell’ambito di strutture sanitarie ed università.

Alla base della soluzione proposta vi è anzitutto un’accurata analisi volta alla determinazione ed alla quantificazione delle abilità ritenute necessarie ai fini dell’ approccio alla chirurgia mininvasiva, sulla base della quale è emerso che:

- prioritaria è anzitutto la necessità di acquisizione della manualità, quindi la capacità di corretto utilizzo degli strumenti, di esecuzione dei movimenti di base, di posizionamento e spostamento di oggetti, di effettuazione dei tagli, di esecuzione di nodi, di posizionamento di clip, ecc., per Γ apprendimento della quale si ritiene opportuno che lo strumento di training sia in grado di fornire un buon livello di feedback tattile (come nel caso del box trainer, il quale ricorre addirittura a strumenti chirurgici reali);

- in secondo luogo, si ritiene fondamentale il raggiungimento di un buon livello di coordinazione occhio-mano-video posto che, come anticipato, la chirurgia laparoscopica richiede un atteggiamento sensibilmente differente rispetto alla tradizionale chirurgia aperta,

- infine, è necessario acquisire un ottimo livello di maneggevolezza dell’ ottica, nonché della coordinazione fra colui che interviene e colui che maneggia Γ ottica, dal momento che per una corretta e rapida esecuzione dell’ intervento è fondamentale allontanare e riavvicinare debitamente la telecamera al fine di avere sempre il giusto fuoco sulla zona di intervento.

Effettivamente il box trainer, a differenza del simulatore VR, può dirsi pienamente in grado di offrire un buon livello di training cn riferimento a ciascuno di questi aspetti. Tuttavia, è altresì doveroso osservare come molte caratteristiche della colonna laparoscopica rimangano effettivamente inutilizzate nel corso delle operazioni di training: quest’ultima rappresenta infatti un apparecchio elettrico elettromedicale, sottoposta a specifiche norme di costruzione ed utilizzo piuttosto restrittive, in quanto finalizzata ad essere utilizzata su pazienti in sala operatoria, E’ evidente come simulatori a scopo didattico non necessitino di sottostare alle suddette normative né tantomeno di essere elettromedicali, non essendo destinati ad essere utilizzati nell’ ambito di una sala operatoria, né su un paziente.

L’utilizzo di apparecchiature differenti rispetto alla colonna ma egualmente in grado di mantenerne inalterate le funzioni didattiche, potrebbe rappresentare una valida soluzione per abbattere sensibilmente il costo dell’attrezzatura senza pregiudicarne le funzionalità.

In particolare, le componenti della colonna laparoscopica effettivamente utilizzate a fini didattici sono essenzialmente le seguenti:

- monitor, ed in particolare un monitor a colori specificamente ideato per l’utilizzo in ambito medicale, caratterizzato dal fatto di fornire un’immagine con risoluzione orizzontale ad elevatissima definzione;

- telecamera, di tipo mono CCD (non sufficiente ai fini della laparoscopia reale) ovvero triplo CCD, in grado di fornire un’immagine sensibilmente più definita e nitida, nonché una maggiore sensazione di profondità del campo, correntemente utilizzato negli interventi in laparoscopia; - ottiche, caratterizzate da un sistema di lenti lunghe (rodlens), aventi la primaria funzione di garantire brillantezza, risoluzione luminosità e fedeltà deH’immagine e dei relativi contorni;

- fonte di luce allo xenon, caratterizzato dal fatto di avere una “temperatura colore” pari a 6500 °K, considerata ad oggi la migliore disponibili quanto a realtà cromatica; - fibra ottica, necessaria ai fini del trasporto della luce dalla luce all’ottica stessa.

La soluzione per un kit alternativo di training laparoscopico, così come proposta nell’ambito della presente invenzione, parte proprio dall’analisi delle suddette componenti ritenute funzionali a fini didattici, per arrivare in tal modo a proporre una soluzione egualmente funzionale, ma caratterizzata da un costo drasticamente più contenuto.

Queste ed altre caratteristiche inerenti la portata innovativa del trovato in oggetto emergeranno con maggiore evidenza nell’ ambito della descrizione dettagliata di una realizzazione preferenziale fornita qui di seguito, facente riferimento alla tavola n. 1/1, dove:

- la Figura 1 rappresenta una realizzazione esemplificativa del simulatore laparoscopico oggetto della presente invenzione.

Come anticipato, il ricorso ad una colonna laparoscopica a scopi didattici, pur rivelandosi effettivamente idoneo ai fini dell’ apprendimento, manifesta tuttavia alcune criticità in termini di efficienza complessiva, essendo caratterizzata da specifiche obiettivamente eccessive rispetto al suddetto fine.

Nell’ottica di un ridimensionamento dei costi, la soluzione qui proposta prevede anzitutto la sostituzione delle luci allo xenon con lampadine a basso consumo: queste ultime, producendo luce secondo il medesimo principio funzionale proprio delle lampade fluorescenti, si rivelano tali da garantire la medesima “temperatura colore” delle luci allo xenon, ma con il vantaggio di essere disponibili sul mercato a costi sensibilmente più contenuti.

Le suddette lampade, collocate alFintemo della scatola 1 ovvero, in caso di scatola 1 trasparente od opaca, al di sopra del box 1 stesso, sono pienamente in grado di svolgere le funzionalità proprie della fonte di luce allo xenon, consentendo di operare validamente nell’ ambito di ambienti scarsamente illuminati.

La durata delle suddette lampade a risparmio energetico è variabile a seconda delle applicazioni effettuate, della tensione di rete costante e del numero di accensioni e spegnimenti.

In aggiunta, come immediata conseguenza dell’ eliminazione della fonte di luce allo xenon, non sarà più necessario l’utilizzo della fibra ottica.

E’ possibile l’utilizzo di microcamere, disponibili sul mercato a prezzi contenuti, aventi una risoluzione sensibilmente inferiore a quella delle microcamere associate alle colonne laparoscopiche, ma indubbiamente sufficienti a scopi didattici; il costo delle microcamere può peraltro subire un ulteriore abbattimento mediante l’aumento delle dimensioni del cavo a fibra ottica.

Un kit per il training laparoscopico come quello rappresentato nell’esempio di realizzazione preferita di cui alla figura 1, è caratterizzato dal fatto di comprendere almeno i seguenti componenti:

- una lampada a basso consumo, finalizzata all’ illuminazione del campo operatorio 5;

- un box 1 ;

- almeno due specchi 2 contrapposti;

- un monitor, preferibilmente di dimensioni almeno pari a 15”;

- una telecamera;

- due trocar laparoscopici 4, inseriti aH’intemo degli appositi fori 3 praticati sul box 1, necessari allo scopo di simulare le manovre necessarie nell’ambito dell’ intervento chirurgico.

E’ possibile, nella prospettiva di un ulteriore contenimento dei costi, l’impiego di un box 1 realizzato in cartone: tuttavia, considerata la deteriorabilità e la durata media tendenzialmente limitata del suddetto materiale, è consigliabile l’utilizzo di una scatola 1 in materiale plastico tradizionale,

Nella parte anteriore della suddetta scatola 1 sono praticati due ordini di fori 3, aH’intemo dei quali vengono inseriti i trocar laparoscopici 4, finalizzati all’ acquisizione delle capacità di manipolazione di strumenti chirurgici lunghi e all’adattamento rispetto all’effetto fulcro da essi derivante.

II ricorso ad un sistema comprendente due specchi 2 contrapposti, tale per cui il primo specchio 2 è collocato in modo tale da impedire la visuale del campo di simulazione 5, si rivela particolarmente efficace ai fini didattici, dal momento che:

- non permettendo la visuale diretta del campo di simulazione 5, favorisce il passaggio da una visione 3D ad una visione 2D, mediante monitor;

- per lo stesso ordine di ragioni, risulta altresì facilitata l’acquisizione del coordinamento video-occhio-mano, fondamentale per operare in laparoscopia;

- posto che il primo specchio 2 impedisce la visualizzazione diretta del campo operatorio 5, ed il secondo specchio 2 raddrizza rimmagine, è altresì facilitata l’acquisizione della postura necessaria al chirurgo che operi nell’ambito della chirurgia mininvasiva;

- infine, detto sistema favorisce l’acquisizione delle differenti profondità e relazioni spaziali, nonché l’adattamento a condizioni di ridotta visibilità.

Si riscontra dunque come, a mezzo del dispositivo in oggetto, sia possibile garantire in modo esaustivo l’apprendimento delle operazioni base di un intervento laparoscopico, rendendo al contempo possibile un sensibile contenimento dei costi rispetto a quelli propri dei simulatori già noti allo stato dell’arte.

Si è descritta una forma di realizzazione esemplificativa e non limitativa del trovato in oggetto: eventuali modifiche ovvero integrazioni, purché rientranti nell’alveo della medesima idea inventiva, sono da ritenersi parimenti rientranti nell’ ambito della tutela della presente invenzione.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1) Simulatore laparoscopico a scopi didattici, caratterizzato da fatto di comprendere almeno: - una scatola (1); - due specchi (2), collocati fra loro in posizione contrapposta; - due trocar laparoscopici (4); - una fonte di luce; - un monitor; - una telecamera.
2. 2) Simulatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la scatola (1) è realizzata in materiale plastico.
3. 3) Simulatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la scatola (1) è realizzata in cartone.
4. 4) Simulatore secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che i trocar (4) sono inseriti in appositi fori (3) praticati sulla parte anteriore della scatola (1).
5. 5) Simulatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fonte di luce è una lampada a basso consumo energetico.
6. 6) Simulatore secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che la telecamera è una telecamera a fibra ottica.