Progettazione, realizzazione, validazione di un catetere sensorizzato per la diagnosi di patologie del tratto gastrointestinale

Lo scopo dell’elaborato è di sviluppare un sistema sensorizzato per la palpazione delle pareti interni del colon in grado di discriminare irrigidimenti del tessuto dovuti a lesioni cancerose. Da letteratura è, infatti, risaputo che un tessuto tumorale ha un modulo di rigidezza superiore rispetto a quello di un tessuto sano. È quindi possibile, misurando tale variazione, aiutare il medico nella diagnosi, migliorando così la sensibilità della procedura. Dopo una prima fase di analisi dei requisiti di sistema e di scelta della tecnologia più idonea, si è passato alla progettazione dello strumento, quindi alle simulazioni, alla produzione ed infine alla validazione sperimentale in vitro. Si è scelto di usare fibre a reticolo di Bragg in quanto presentano molteplici vantaggi, primo tra tutti le dimensioni facilmente integrabili in uno strumento per endoscopia che deve passare attraverso il canale operativo del colonscopio (2.8mm di diametro). Per poter valutare sia la rigidezza del tessuto sia la morfologia superficiale è risultato necessario progettare un sistema che abbia tre punti di contatto con il tessuto per stimare la velocità relativa del movimento del sensore. Dal momento che ogni punto di contatto (diametro di circa 1mm) rappresenta la ripetizione di un stesso sottosistema, è stato progettato e simulato solo un sottosistema in modo da alleggerire le simulazioni. Dopo le fasi di progettazione e di simulazione delle possibili strutture, si è scelta una struttura con alleggerimenti meccanici, lavorata in modo da risentire sia dei carichi tangenziali sia dei carichi assiali. Il sensore per la fase di test è stato prodotto in scala 3:1 in modo da poter essere prodotto nell’officina del laboratorio. È seguita una fase di test sperimentali con un manipolatore robotico (RVMSDL, Mitsubischi Corp., Japan) su cui è stata montata una cella di carico a 6-assi (NANO17,ATI Industrial Automation, USA) interfacciata allo strumento sensorizzato. La punta dello strumento è stata poggiata su di un simulatore siliconico con rigidezza paragonabile a quella del tessuto sano ed è stata eseguita la procedura di indentazione al variale degli angoli di pitch e di roll. Dall’analisi dei risultati si vede che i dati sperimentali sono sovrapponibili ai dati simulati e la precisione del sensore è TBD con una variazione standard di TBD. In futuro sarebbe necessario riuscire a miniaturizzare il sistema fino alle sue dimensioni definitive (diametro di circa 1mm per ogni punto di contatto), eseguire test ex-vivo per verificare la sensibilità su tessuti a differente rigidezza ed inserire un sistema di controllo della posizione in modo da poterla misurare durante l’indentazione anche in condizioni cliniche