Un movimento delicato protegge le costole dalle lesioni

Anche se può sembrare incredibile, alcuni strumenti oggi utilizzati nella chirurgia invasiva sono stati progettati negli anni 1930 e da allora sono stati migliorati pochissimo. Nella maggior parte dei casi, tali strumenti sono ancora adatti per i loro scopi anche se la guarigione diviene lunga e difficile. Questo vale in particolare per gli interventi alla cassa toracica, come le operazioni al cuore o ai polmoni.

Per tali operazioni, esistono attualmente due metodi per aprire la cassa toracica e garantire l’accesso al medico: la toracotomia, vale a dire la sezione nello spazio intercostale, e la sternotomia, ossia il taglio longitudinale dello sterno. Nel caso della toracotomia, l‘accesso ha luogo mediante un taglio tra due costole. Nella sternotomia, invece, il chirurgo taglia longitudinalmente lo sterno per aprire la gabbia toracica. In entrambi i casi, il chirurgo divarica le costole o le due sezioni di sterno servendosi di un divaricatore.

La divaricazione delle costole richiede tuttavia molta forza. Il team di progettazione dell’azienda statunitense Physcient di Durham, North Carolina, ha scoperto che la forza necessaria corrisponde all’incirca al peso del paziente. Ciò significa che l’applicazione di un divaricatore può comportare fratture ossee, schiacciamento di nervi, iperestensione delle articolazioni e strappo di legamenti con conseguenti danni postoperatori durevoli.

Simili effetti collaterali indesiderati possono essere frequenti a causa della costruzione antiquata degli attuali divaricatori e del numero delle operazioni realizzate: secondo il “National Heart, Lung, and Blood Institute“, attualmente solo negli Stati Uniti vengono effettuate 1 milione di operazioni al cuore. Se si aggiungono le centinaia di migliaia di interventi ai polmoni, la necessità di strumenti migliori diviene subito più evidente.

È su questa base che ha preso forma l’idea di un nuovo ausilio, il cosiddetto Assuage Smart Retractor. Questo dispositivo riduce notevolmente i danni causati durante la divaricazione del torace. L’approccio è stato realizzato da Chuck Pell e Hugh Crenshaw, due esperti di biomeccanica che hanno fondato l’azienda Physcient. “Cerchiamo di trasferire nella tecnologia le nostre conoscenze sul movimento degli esseri viventi” spiega Chuck Pell. Recentemente i due fondatori e i loro collaboratori hanno rivolto la loro attenzione agli strumenti chirurgici, “un settore molto interessante” secondo Pell, perché molti degli strumenti utilizzati oggi sono stati progettati prima che la biomeccanica fosse una scienza matura. Crenshaw e Pell hanno riconosciuto che le forze applicate dai divaricatori di costole erano state poco studiate e hanno formato un team per misurarne gli effetti e sviluppare le tecnologie necessarie per ridurre i danni.

Le ossa in sé sono flessibili e possono essere piegate parecchio prima che si rompano. Il fatto che ciò avvenga dipende tuttavia dalla velocità, perché le fibre ossee necessitano di tempo per estendersi. Se una costola viene piegata bruscamente, come spesso accade per esempio con un divaricatore manuale, esiste il rischio che si rompa.

Grazie a sensori incorporati nel divaricatore di costole automatico Assuage, è più facile comprendere se le ossa hanno possibilità sufficienti di estendersi: i sensori comunicano se le fibre diventano instabili. Queste informazioni vengono inviate allo strumento, di modo che possa reagire immediatamente. Ciò presuppone la presenza di un circuito di regolazione tra sensore e motore, che operi in modo molto preciso e assolutamente affidabile, altrimenti non sarebbe possibile utilizzarlo in apparecchiature medicali.

Physcient ha costruito i suoi primi prototipi sulla base di un motore dell’azienda svizzera Maxon Motor AG di Sachseln. Una delle specifiche principali era che anche con numeri di giri bassi, il motore non presentasse coppie di arresto. Il divaricatore per costole deve muoversi in modo delicato e fluido per ridurre al minimo il carico a cui viene sottoposto il paziente. I motori a corrente continua e senza spazzole utilizzati in questa applicazione sono alimentati a batteria. Un comando incorporato con sistema di sensori aiuta a controllare con precisione il processo di divaricazione.

Per poter gestire le forze importanti, i progettisti di Physcient hanno scelto motori con elevata erogazione di coppia. “I motori da noi acquistati presso Maxon non devono solo gestire le forze di divaricazione più alte misurate nella storia medica, ma devono anche lavorare con grande precisione per ridurre al minimo i danni a legamenti e tessuti molli” afferma Pell. Due erano i grandi problemi da risolvere: “Da una parte il nostro divaricatore non poteva essere più grande degli apparecchi utilizzati nelle sale operatorie. Dall’altra era necessario poterlo sterilizzare molto spesso.“

Il team di Physcient ha costruito un prototipo con due file di denti metallici ricurvi che afferrano una costola. Mentre il divaricatore allontana automaticamente le costole, il motore, con l’ausilio del segnale proveniente dai sensori, viene regolato in modo da garantire un processo di divaricazione delicato. Come avviene per la maggior parte dei progetti di ricerca nell’ambito della chirurgia cardio-toracica, il rispetto di Assuage Smart Retractor della fisica di ossa e tessuti è stato controllato nell’ambito di esperimenti preliminari su materiale biologico prelevato da maiali. La loro biomeccanica è molto simile a quella umana.

Negli esperimenti, il nuovo divaricatore ha ridotto notevolmente i traumi ai tessuti e i dolori. La respirazione è risultata facilitata e la guarigione più rapida. L‘introduzione nel mercato dell’Assuage Smart Retractor è prevista per il 2013. Appena verrà avviata la produzione, il team di progettazione si occuperà di altri apparecchi medicali che da tempo non vengono migliorati: si prevede di automatizzare e migliorare tutti gli strumenti operatori utilizzati dai chirurghi.

Forte, preciso, piccolo – e sterilizzabile