Sviluppo di un metodo per la realizzazione di un modello funzionale di valvola tricuspide polimerica destinato al training chirurgico

Surgery, especially when related to vital anatomical districts such as the heart, is a practice that requires extreme accuracy and steadiness, related to a very tiny margin for error. Therefore, training medical personnel becomes essential, in order to significantly decrease learning time and accumulate experience concerning both traditional and minimally invasive operations. The present thesis work fits into this context, and specifically proposes a method for the fabrication of a functional polymeric tricuspid valve model intended for surgical training. Starting from eco 3D images of a porcine valve, through the steps of segmentation, CAD modeling and 3D printing, a mold is formed, inside which a silicone mixture is cast by injection molding, combined (or not) with a gauze. The workflow also involves the design and fabrication of a module that replicates the subvalvular apparatus through the action of magnets: the magnets can be shifted in order to obtain numerous configurations and thus simulate different degrees of pathology, modifying the tension of the tendon cords. Integration into hydraulic setups allows the models' behavior in response to fluid dynamics to be analyzed by extracting indices, including Cardiac Output, diastolic transvalvular pressure, and regurgitant volume, in order to verify their similarity to physiological reference values. Fluid-dynamic results and a surgeon’s opinion suggest that he protocol offers the possibility of giving feedback of the surgery performed by comparing these indices before and after surgery; in addition, the compatibility of the simulator with imaging techniques gives the input to perform transcatheter operation training through appropriate accesses.

La chirurgia, specialmente se relativa a distretti anatomici vitali come il cuore, è una pratica che necessita di estrema precisione e fermezza, abbinate ad un margine di errore pressoché nullo. Diventa quindi di fondamentale importanza l’allenamento del personale medico, per diminuire notevolmente i tempi di apprendimento ed accumulare esperienza riguardante operazioni sia tradizionali sia mininvasive. Il presente lavoro di tesi si inserisce in questo contesto, e nello specifico propone un metodo per la realizzazione di un modello funzionale di valvola tricuspide polimerica destinata al training chirurgico. Partendo da immagini eco 3D di valvola suina, queste sono state segmentate e processate tramite modellazione CAD per la progettazione di un mould, ottenuto tramite stampa 3D. Al suo interno viene colata una miscela siliconica per compression molding, abbinata o meno ad una garza. Per integrare i modelli all’interno di setup di testing idraulici, ma anche per replicare l’apparato subvalvolare, il metodo prevede anche la progettazione e realizzazione di un modulo che permette di simulare l’azione dei muscoli papillari grazie alla presenza di magneti: questi possono essere spostati per ottenere numerose configurazioni e simulare così diversi gradi di patologia, modificando la tensione delle corde tendinee. L’integrazione in setup di prova idraulici consente di analizzare il comportamento dei modelli in risposta alla fluidodinamica tramite l’estrazione di indici, tra cui il Cardiac Output, la pressione transvalvolare diastolica media e il volume di rigurgito, al fine di verificarne la somiglianza con valori fisiologici di riferimento. I risultati fluidodinamici e il riscontro di un chirurgo mostrano che il protocollo offre la possibilità di dare un feedback della chirurgia effettuata confrontando le performance prima e dopo l’intervento; inoltre, la compatibilità del modulo con le tecniche di imaging dà l’input per poter eseguire il training di operazioni transcatetere, attraverso accessi appositamente creati.