S3-InNeo

Cos’è S3-InNeo

Il progetto S3-InNeo (Simulatore e Strumentazione Sensorizzata per Intubazione Neonatale) ha ottenuto il finanziamento pari a 805.000,04 euro del PAR FAS 2007-2013 – Linea di intervento 1.1.2 Bando FAS Salute 2014 vedendo la collaborazione di:

• Azienda Ospedaliero-Universitaria Pisana (AOUP)
• Scuola Superiore di Studi Universitari e di Perfezionamento Sant’Anna [SSSA]

E la partecipazione delle seguenti imprese:

• Filistrucchi s.n.c., che vanta una centennale esperienza nella realizzazione di manichini, maschere e protesi con fisionomia naturale in lattice, silicone e cartapesta per i vari settori di moda e spettacolo.
• Ernesto Invernizzi s.p.a., che ha contribuito notevolmente nel progetto per gli aspetti tecnici relativi alla modifica della lama per video intubazione

Cos’è l’intubazione neonatale?

L’intubazione endotracheale è una procedura invasiva delicata e complessa, indicata sia in emergenza-urgenza che in elezione, per numerose situazioni cliniche: rianimazione cardio-polmonare, insufficienza respiratoria grave, malattie congenite o acquisite dell’apparato respiratorio che comportano la necessità di ventilazione meccanica, anestesia generale per interventi di chirurgia maggiore. La complessità procedurale aumenta per i pazienti pediatrici o neonati, sia in relazione alle loro peculiarità anatomiche, sia in relazione al rischio di complicanze ed eventi avversi. D’altra parte per quanto si cerchi di ricorrere il nemo possibile alla procedura di intubazione, talvolta tale evenienza capita anche al di fuori di strutture di alta specializzazione, laddove il paziente debba essere stabilizzato nelle sue funzioni primarie in attesa di trasferimento: questo amplifica ulteriormente le difficoltà connesse con l’acquisizione e il mantenimento di importanti competenze cliniche, che devono essere sviluppate e corroborate attraverso gli studi di base e la formazione medica continua.

Come si effettua la procedura di intubazione?

Parte teorica tratta dalla Lezione 5 del Manuale di Rianimazione Neonatale 7a edizione Gary M. Weiner.

Gli step per l’intubazione sono descritti brevemente di seguito:

1. Posizionare correttamente il bambino con la testa nella posizione “sniffing”.
2. Usare l’indice destro per aprire gentilmente la bocca del bambino.
3. Impugnare la lama endotracheale con la mano sinistra. Inserire la lama del laringoscopio nel lato destro della bocca del bambino e farla scivolare sul margine destro della lingua verso la linea mediana. Spingere gentilmente la lingua verso il lato sinistro della bocca ed avanzare la lama finché la punta sia appena dentro alla base della lingua nella vallecula.
4. Sollevare l’intera lama spingendola nella direzione dell’impugnatura spostando così la lingua dal campo visivo, in modo da rendere visibile la glottide. Per sollevare l’epiglottide può essere necessario inclinare delicatamente la lama. Quando si impara la procedura l’operatore ha la tendenza a piegare il polso tirando il manico verso di sé con un movimento di rotazione che carica la gengiva del neonato. Questo non produrrà una visione ottimale delle linee aeree e può danneggiare le labbra e le gengive del neonato.
5. Identificare i punti di repere, se la lama risulta correttamente posizionata nella vallecula si dovrebbero identificare l’epiglottide in alto e subito sotto le corde vocali, che appaiono come sottili linee verticali a forma di “V” rovesciata. Se queste strutture non fossero immediatamente visibili, sarà necessario correggere la posizione della lama finché le strutture non si visualizzano. Potrebbe essere necessario sfilare e infilare nuovamente la lama con delicatezza.
6. Una volta identificare le corde vocali, tenere il laringoscopio fermo e chiedere all’assistente di passare il tubo endotracheale nella mano destra. Dopo l’inserimento dirigere il tubo nell’ipofaringe ed avanzare la punta attraverso le corde vocali, una volta in prossimità delle corde vocali ruotare il tubo rivolgendo la concavità sul piano verticale così la punta si dirige verso l’alto. Se le corde sono chiuse aspettare che si aprano e non forzare il tubo attraverso di esse. Se dopo 30 secondi le corde sono ancora chiuse, tornare alla ventilazione in maschera.
7. Rimuovere il laringoscopio senza spostare il tubo, rimuovere il mandrino se è stato utilizzato.
8. Collegare il dispositivo per la ventilazione a pressione positiva al tubo ed iniziare la ventilazione assistita con intubazione.

Quali sono i rischi nell’eseguire un’intubazione neonatale?

Gli step per l’intubazione dovrebbero essere completati entro 30 secondi poiché il bambino non è ventilato durante tale procedura. Se i parametri vitali peggiorano è consigliabile interrompere e tornare alla ventilazione in maschera. Si consiglia di non effettuare tentativi ripetuti di intubazione, poiché aumenta la possibilità di trauma dei tessuti molli che rende la gestione delle vie aeree più complicata. Se i tentativi iniziali sono falliti valutare le altre opzioni: richiedere aiuto, posizionare una maschera laringea o continuare la ventilazione in maschera facciale.

A cosa serve S3-InNeo?

S3InNeo è un sistema biorobotico innovativo, costituito da un manichino testa-collo e un videolaringoscopio, entrambi sensorizzati, per l’intubazione neonatale. Questo sistema, ad alto profilo tecnologico e manifatturiero ma di facile utilizzo, serve per perfezionare l’apprendimento della procedura di intubazione endotracheale nel neonato. Entrambe le componenti sono utilizzabili sia in un sistema integrato complesso, sia singolarmente, connesse a un software ad hoc per il controllo computerizzato. La strumentazione
biorobotica troverà applicazione sia nella formazione e training del personale clinico in simulazione, per supportare il medico a discriminare una manovra corretta da una dannosa tramite un sistema di allarmi basato sul controllo delle forze applicate.

Funzionamento di S3-InNeo

S3-InNeo è un dispositivo robotico costituito da un manichino testa-collo di un neonato. Il dispositivo è altamente realistico sia esteticamente che anatomicamente grazie allo studio sui siliconi realizzato con l’obiettivo di fornire un ritorno aptico fedele e permettere all’utente di addestrare la sua memoria muscolare nell’eseguire la procedura.
Durante l’esecuzione della manovra, l’utilizzatore potrà beneficiare di un feedback visivo, fornito da una schermata (vedi immagine a seguire) che informa sulla forza e la posizione di attuazione della stessa, eseguita durante la procedura ed uno sonoro che allarma l’utente quando questo arrivi ad esercitare una forza eccessiva e che risulterebbe dannosa per i tessuti del neonato.

Attraverso l’uso di diversi sensori di forza e posizione si riesce a fornire l’informazione della forza applicata in corrispondenza dei punti di contatto con l’arcata superiore e  l’epiglottide (mostrati all’utente nella parte sinistra del pannello di feedback visivo). Sono stati sensorizzati anche diversi elementi della trachea del neonato, in particolare l’arcata superiore, inferiore e l’epiglottide, che vengono mostrati nella parte destra del pannello visivo. Questa soluzione è stata scelta per fornire la possibilità di usare entrambi gli strumenti (lama sensorizzata e testina sensorizzata) insieme o separatamente, riuscendo in entrambi i casi ad ottenere le medesime informazioni essenziali per apprendere la procedura in modo ottimale.

S3-InNeo e la realtà aumentata

S3-InNeo prevede anche la possibilità di optare per un pannello visivo di visualizzazione dei feedback di tipo “immersivo”. In questa modalità sono stati realizzati due software: il primo è utilizzabile grazie ad un qualunque computer con sistema operativo Windows; mentre il secondo è utilizzabile grazie all’uso degli Hololens.

Nel primo caso l’utente esegue la procedura visualizzando l’entità e la posizione della forza che sta eseguendo attraverso una renderizzazione 3D dell’anatomia neonatale. Durante la procedura si possono modificare le viste per ottenere maggiori informazioni e si può registrare l’intera esecuzione per osservarla successivamente.

Nel secondo caso l’utente dovrà indossare il caschetto Hololens per immergersi in una realtà aumentata dove vedrà aggiungersi alle sue informazioni visive, un ologramma tridimensionale della trachea del neonato e durante l’esecuzione della procedura, su di essa vedrà comparire dei vettori con colori di urgenza crescente, in base alla forza rilevata sulla lama.

S3-InNeo e i Google Glass

Un’ulteriore evento di innovazione del progetto S3-InNeo ha visto l’integrazione dei Google Glass all’interno del processo di formazione della procedura. I Google Glass sono risultati essere degli strumenti tecnologici molto utili nel fornire una guida vocale e minimamente invasiva per l’utente, che lo aiutasse nel seguire i principali step richiesti nell’esecuzione della skill. Mentre il discente apprende la procedura seguendo le istruzioni fornite dai Google Glass e utilizzando S3-InNeo per capire se i livelli di forza eseguiti durante la procedura sono corretti, da remoto un esperto poteva vedere il “point of view” dell’utilizzatore e interagire con lui comunicandogli alcuni consigli.

Pubblicazioni

Disseminazione dei risultati in eventi nazionali e internazionali e su riviste scientifiche specializzate [SSSA, AOUP].

Articoli su riviste internazionali

1. Panizza D, Scaramuzzo RT, Moscuzza F, Vannozzi I, Ciantelli M, Gentile M, Baldoli I, Tognarelli S, Boldrini A, Cuttano A. Technical realization of a sensorized neonatal intubation skill trainer for operators’ retraining and a pilot study for its validation. Ital J Pediatr. 2018 Jan 4;44(1):4. doi: 10.1186/s13052-017-0435-z. PMID: 29301562 (open access)
2. A Covelli, S Bardelli, RT Scaramuzzo, E Sigali, M Ciantelli, M Del Pistoia, A Longo, S Tognarelli, A Menciassi, A Cuttano. Effectiveness of a new sensorized videolaryngoscope for re training on neonatal intubation in simulation environment. Ital J Pediatr (open access)
3. A Cuttano, S Tognarelli, RT Scaramuzzo, S Bardelli, M Ciantelli, A Covelli, E Sigali, A Longo, M Del Pistoia, M Brancadoro, A Menciassi, P Ghirri. Simulator and Sensorized System for Neonatal Intubation (S3-inNeo): an original bioengineering system for medical training. Medical Devices: Evidence and Research (submitted)
4. Bardelli S, Covelli A, Del Pistoia M, Scaramuzzo RT, Ciantelli M, Sigali E, Mattiola A, Tognarelli S, Longo A, Menciassi A, Cuttano A. Perceived stress related to learning process of neonatal intubation conduced with an innovative active training mannequin. Stress and Health (submitted)
5. N Albertini, S Bardelli, A Covelli, M Del Pistoia, E Sigali, M Ciantelli, RT Scaramuzzo, A Cuttano. A new approach to virtual assisted medical training for neonatal intubation: NINA virtual trainer.  International Journal of Medical Informatics (submitted)
6. A Mattiola, A Covelli, S Bardelli, M Del Pistoia, RT Scaramuzzo, M Ciantelli, E Sigali, A Cuttano. Simulation as a didactic methodology: qualitative analysis conducted to assess the effectiveness of a new learning platform for the neonatal intubation procedure. Education for Primary Care (submitted) 
7. A Longo, S Tognarelli, A Cuttano, A Menciassi. Neonatal high-fidelity simulators: a comparative analysis. Advances in Neonatal Care (submitted) 
8. S Tognarelli et al. An active neonatal videolaryngoscope for high fidelity simulation of newborn intubation procedure, Proc IMechE Part H: J Engineering in Medicine (ready for the submission)
9. A Longo et al. An high fidelity active platform for neonatal intubation training process: a statistically investigation Medical engineering and physics (ready for the submission)
10. A Longo et al. A miniaturized active system for neonatal intubation procedures: design, realization and assessment Medical engineering and physics (ready for the submission)

Contributo a congressi nazionali/internazionali

1. A. Cuttano, S. Tognarelli, A. Longo, R. Scaramuzzo, E. Sigali, M. Ciantelli, P. Ghirri, A. Boldrini, A. Menciassi. Simulazione ad alta fedeltà in neonatologia: quando la neonatologia incontra la bioingegneria. (Poster) XXIII Congresso Nazionale della Società Italiana di Neonatologia (SIN), 25-28 September 2017, Milan (Italy)
2. S. Tognarelli, A. Longo, RT Scaramuzzo, M Ciantelli, A Cuttano, A Menciassi. An active device for high fidelity simulation in newborn intubation. (Oral presentation) 29th International Congress of the Society for Medical Innovation and Technolog, SMIT 2017, 9-10 November 2017
3. S Tognarelli, P Dario, A Menciassi. An active high fidelity device for newborn respiratory care: a multidisciplinary experience. 2017 IEEE International conference on cyborg and bionics systems. (Best cyborg system paper award 2017)
4. M. Del Pistoia, M. Ciantelli, R. T. Scaramuzzo, C. Tuoni, D. Panizza, I. Baldoli, S. Tognarelli, C. Laschi, F. Vangi, E. Sigali, P. Ghirri, A. Menciassi and A. Cuttano. A multidisciplinary medical-engineering teamwork for high fidelity simulation in neonatology. (Poster) CRAS conference 2017, 14-15 September 2017, Montpellier (France)
5. L Truppa, M Brancadoro, S Tognarelli, and A Menciassi. A wearable device for real-time monitoring of the labour progress. (Poster) GNB2018, June 25th-27nd 2018, Milan (Italy)
6. A. Cuttano, A. Longo. S.Bardelli, A. Menciassi, R.Scaramuzzo, S.Tognarelli, M.Ciantelli, E.Sigali SIMULATORE E STRUMENTAZIONE SENSORIZZATA PER INTUBAZIONE NEONATALE (S3INNEO). (Poster) “Generiamo il Futuro. Conferenza sulla ricerca nelle scienze della vita in Toscana”, 14-15 Settembre 2018, Siena (Italy)

Tesi di laurea magistrale

1. Studio, design e validazione preclinica di un videolaringoscopio neonatale ingegnerizzato per il training ad alta fedeltà del personale di terapia intensiva. Candidata: Isadora Bracchi. Relatore: prof.ssa Arianna Menciassi. Anno accademico: 2018/2019 (sessione di luglio 2018), Università di Pisa, Facoltà di Ingegneria. https://etd.adm.unipi.it/t/etd-06152018-150829/ 

In aggiunta a quanto detto sopra, i risultati, sotto forma di demo e di materiale cartaceo informativo/divulgativo, sono stati presentati dal consorzio a eventi e fiere nazionali, che hanno permesso di mostrare sia alla comunità scientifica del settore di competenza dei partner che al grande pubblico le conoscenze sviluppate e i risultati raggiunti:

1. Festival della Robotica (7-13 settembre 2017, Pisa)
2. Romecup (16-17 aprile 2018, Campus Biomedico, Roma)
3. Arab Health (Gennaio 2018, Dubai)
4. The International Symposium on Medical Robotics 2018 (Atlanta)
5. Scienza e Vita 2018 (Maggio 2018, Roma)
6. Master in Risk Management, Scuola Superiore Sant’Anna (30-31 Maggio 2018, Pisa) 
7. Festival della Robotica (28 settembre – 3 ottobre 2018, Pisa)
8. Conviviale Lions – “Conversazione su Formazione ad alta fedeltà oggi ed esperienze del Centro Nina Dell’Ospedale Santa Chiara di Pisa” (8 novembre 2018, Pisa) 
9. Bimbi dei Miracoli (Gennaio 2019, Pisa)
10. One day. Il rischio clinico e simulazione ad alta fedeltà. Società Italiana di Neonatologia (Giugno 2019, Milano)
11. 40° Meeting dell’amicizia tra i popoli – sez: Meeting salute, Innovazione tecnologica in ambito sanitario (Agosto 2019, Rimini)
12. Bright 2019 – La notte dei ricercatori in Toscana, Stand “I primi 1000 giorni del bambino: dal feto ai primi mesi di vita”  (Settembre 2019, Pisa)