I “Medical Phantoms” – simulacri medicali che simulano l’anatomia e i tessuti umani – utilizzano PLC e Servo Unitronics per riprodurre condizioni cardiovascolari
Sintesi
Pangolin Medical ha collaborato con RDT, un distributore di Unitronics, per sviluppare azioni di controllo e movimento per i suoi ‘simulacri’ medicali – simulatori biomimetici progettati per simulare l’anatomia e i tessuti umani, da utilizzare per la formazione dei medici e nello sviluppo di dispositivi medicali. Con i controller e i servocomandi di Unitronics e il supporto di RDT, Pangolin ha trovato la soluzione in 2 settimane.
L’azienda
Pangolin Medical produce sistemi di biomimetica che imitano la realtà clinica per medici e ricercatori, consentendo la pratica reale di procedure complesse, ad alto rischio e innovative in configurazioni non cliniche sicure e accurate. Il loro team è composto da ingegneri biomedici, radiologi e medici specialisti di cateterizzazione – professionisti nel posizionamento di stent e cateteri, e altre procedure endovascolari.
I simulatori Pangolin possono essere utilizzati nei centri di formazione di medici e dai produttori di apparecchi medicali che sviluppano dispositivi medici per l’inserimento e posizionamento di stent, valvole cardiache e altro ancora.
La sfida
La sfida di Pangolin Medical era quella di creare un simulatore biomimetico, un “simulacro” medicale, che includesse un “cuore” pulsante e un “midollo allungato”, quella parte del cervello umano che controlla autonomamente il battito cardiaco e la pressione sanguigna.
Per consentire a medici, formatori e studenti di esercitarsi con procedure endovascolari come stenting, cateterizzazione e sostituzione valvolare in un ambiente clinico realistico, Pangolin ha creato una replica del cuore umano a quattro camere in silicone flessibile, inclusi gli atri e i ventricoli destro e sinistro, le arterie coronarie e le vene che alimentano il cuore. Ciò consente ai medici di eseguire procedure che richiedono un accesso trans aortico e transettale tramite vene o arterie femorali.
Il “midollo allungato” doveva replicare esattamente la pulsazione – il battito effettivo – del cuore umano. In sostanza, il cuore è una pompa e quindi contiene valvole proprio come qualsiasi pompa. Il midollo allungato umano controlla il flusso di sangue a pressioni specifiche; la sfida era quindi controllare questa pressione per replicare i vari stati del paziente; ad esempio, quelli di un paziente con insufficienza cardiaca che si sta sottoponendo a diverse procedure.
Un altro aspetto critico del sistema era l’assoluta necessità di dare supporto ai sensori dei dispositivi medici standard, come i cateteri.
La Soluzione
Pangolin Medical ha collaborato con RDT, un distributore Unitronics con sede a Petah Tikva, fornendo a quest’ultimo un “phantom” in silicone (i phantom medicali sono dispositivi specificamente progettati per simulare l’anatomia umana e le proprietà dei tessuti), nonché la strumentazione medica necessaria, come i sensori, familiari ai medici. RDT, invece, ha fornito i controlli hardware e la competenza di controllo; insieme sono stati in grado di sviluppare rapidamente il sistema in 2 settimane.
La funzionalità del “midollo allungato” è stata replicata da un PLC UniStream Unitronics, da un touch screen da 7″ e da un servoazionamento EtherCAT con STO integrato, sempre di Unitronics. Le uscite dei sensori comunemente utilizzati negli ospedali durante le procedure cardiache, ad esempio i sensori di pressione, vengono inviate al PLC e al servo. Il servo è collegato ad un attuatore lineare, che funziona come una pompa a impulsi.
La pompa a impulsi modella un’onda sinusoidale, basata sulla frequenza e sul volume degli stessi impulsi e sulla pressione diastolica/sistolica; il PLC controlla le valvole per impostare la pressione “sanguigna” e la quantità di flusso di volume durante il modello di utilizzo simulato. Ciò consente alla simulazione biomimetica di Pangolin di replicare accuratamente la pressione sanguigna sistolica e diastolica dei mutevoli stati del paziente.
I dati rilevati che riflettono lo stato emodinamico del paziente durante le procedure vengono ricevuti dal PLC e visualizzati sull’HMI.
Pangolin ha richiesto che questi dati fossero visualizzati esattamente come in una sala operatoria durante le procedure cardiache; pertanto, gli schermi degli HMI UniStream sono progettati per visualizzare tutti i dati normalmente forniti sui display medicali, come animazioni, grafici in tempo reale che mostrano pressione, volume sistolico, valori di output cardiaci, cicli di lavoro diastolico, flusso totale, battiti al minuto e altro ancora.
L’utente finale può facilmente utilizzare il display dell’HMI per programmare forme d’onda complesse, ad esempio modificando il ciclo di lavoro.
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Poiché gli utenti sono in grado di accedere ai dati storici, possono facilmente rivedere lo stato in diverse fasi della procedura. Tutti i dati vengono raccolti e archiviati e possono essere esportati a piacimento.
Oltre alla pompa ad impulsi, le procedure cardiache richiedono strumenti specifici. I cateteri cardiaci utilizzati per eseguire queste procedure sono tubi sottili e flessibili che vengono introdotti nel sistema circolatorio del paziente, ad esempio nell’arteria femorale, e guidati delicatamente verso il cuore tramite fluoroscopia (raggi X).
I cateteri stessi sono tubicini pieni di un liquido che permette di trasmettere i dati ai trasduttori di pressione, consentendo al medico di misurare la pressione in qualsiasi parte del cuore in cui può essere manovrato un catetere; queste pressioni sono state visualizzate anche sull’HMI UniStream.
Benefici
I PLC Unitronics consentono a Pangolin Medical di sviluppare nuove funzionalità con facilità e di modificare rapidamente quelle esistenti. Ad esempio, modificare una forma d’onda non è altro che un semplice compito di modifica del suo ciclo di lavoro, che serve ad influenzare la funzione delle valvole del simulatore e quindi a replicare condizioni come fibrillazione atriale, reflusso, tachicardia e bradicardia.
Utilizzando un PLC per controllare il proprio sistema, Pangolin Medical ottiene un vantaggio competitivo rispetto alle aziende del settore dei dispositivi medicali che si affidano a tecnologie obsolete, che tendono a limitare lo sviluppo delle funzionalità.
Il CEO di Pangolin Medical, Ohad Shafran, ha dichiarato: “Utilizzando Unitronics, siamo stati in grado di completare lo sviluppo del nostro simulatore biomimetico, incluso il controllo del movimento e l’applicazione dell’interfaccia utente, in sole due settimane!”
