Loran biomedicina

1. LORAN S.R.L.
Titolo del progetto:
Sviluppo di un software medicale con interfaccia tattile
per la simulazione pre-operatoria di interventi di
protesizzazione a carico del rachide lombo-sacrale
Codice del progetto: HTGWI94
Intervento cofinanziato dall’U.E.
F.E.S.R. sul P.O. Regione Puglia 2007-2013
Asse I – Linea 1.1 “Aiuti agli investimenti in ricerca per le PMI - Azione 1.1.2
UNIONE EUROPEA
FONDO EUROPEO DI SVILUPPO REGIONALE
REGIONE PUGLIA
AREA POLITICHE PER LO SVILUPPO IL LAVORO
E L’INNOVAZIONE

2. Chi siamo
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La ditta LORAN S.r.l. opera nel settore Sanità dal 1988, successivamente
ha esteso il proprio core business nel settore Ambientale, Informatico e
dei servizi. È certificata ISO 9001 dal 1998 per la “Commercializzazione,
consegna ed assistenza tecnica di apparecchiature e prodotti per uso
medicale, scientifico ed ambientale. Erogazione di servizi di logistica
presso strutture sanitarie. Progettazione e produzione di software”.
L’azienda è inoltre in possesso del NULLA OSTA DI SEGRETEZZA,
rilasciato dalla Presidenza del Consiglio dei Ministri – Autorità Nazionale
per la Sicurezza – CESIS – III REPARTO (U.C.S.), con l’abilitazione a
trattare informazioni classificate come “segrete/riservate”.
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3. I nostri servizi
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Siamo in grado di fornire numerosi servizi tra i quali:
- Fornitura di apparecchiature medicali e prodotti marcati CE;
- Agenzia di primari marchi nazionali ed internazionali;
- Interventi di riparazione, contratti di manutenzione ed assistenza
tecnica,
- Contratti Full Risk e Verifiche di sicurezza;
- Analisi progettazione e sviluppo di progetti software e gestionali web;
- Sistemi per il controllo analitico;
- Produzione, fornitura e gestione di sistemi per il monitoraggio
ambientale;
- Ricerca & Sviluppo
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4. Referenze
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3M Italia S.p.A.
Fornitura di software applicativo web per la gestione delle sale operatorie.
Fornitura di servizi di logistica integrata nelle sale operatorie.
Informatica e Servizi
Ambiente
Regione Puglia – Progetto TIZIANO
Progetto del sistema di monitoraggio qualitativo e quantitativo dei corpi
idrici sotterranei della Regione Puglia.
Sanità
Azienda Consorziale Policlinico di Bari
Fornitura di arredi ed apparecchiature elettromedicali – Servizi di Assistenza
Tecnica e Verifiche di sicurezza elettrica.
Ricerca & Sviluppo
Progetto studiato per il telecontrollo e per la sicurezza dei trasporti pericolosi
sul territorio regionale.
Tele.Sicur.Tras.

5. Il Progetto e i Partner
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Il progetto ha visto la partecipazione sinergica dei seguenti partner:
- Politecnico di Bari – Dipartimento di Ingegneria
Meccanica e Gestionale (DIMeG)
- Centro Laser S.c.r.l. (Valenzano – BA)
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6. Il Progetto: Obiettivi e risultati
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Scopo finale del progetto era quello di implementare una piattaforma virtuale per la simulazione pre-operatoria e la
relativa validazione biomeccanica di interventi di protesizzazione a carico del distretto lombo-sacrale del rachide umano.
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7. Il Progetto: Obiettivi e risultati
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La piattaforma implementata consiste di due moduli:
1) un modulo per la simulazione virtuale pre-operatoria di un intervento di protesizzazione a carico del distretto lombo-
sacrale del rachide umano;
2) un modulo per la validazione biomeccanica dell’intervento simulato, basato su tecniche di analisi agli elementi finiti
(FEA-Finite Element Analysis).
Il modulo di protesizzazione virtuale (1) si avvale di una metafora di interazione uomo-macchina che abbiamo battezzato con l’acronimo
Medi-MUI (Medical Multimodal User Interface). Esso consente al medico di simulare virtualmente un intervento di protesizzazione a carico
del rachide lombo-sacrale dello specifico paziente in esame, previa estrazione del modello 3D dei corpi vertebrali interessati da una scansione
TAC (Tomografia Assiale Computerizzata). Questi dati vengono importati nel modulo in forma tassellata secondo lo standard ben diffuso
“.stl”.
In particolare, il modulo si compone di:
- un’interfaccia grafica utente (GUI-Graphic User Interface) per la visualizzazione del distretto anatomico in questione, munita di
apposita libreria contenente le riproduzioni CAD (Computer-Aided Design) delle più comuni protesi adoperate nella pratica chirurgica:
protesi interspinose di assistenza discale, quali Coflex “U” (Paradigm Spine), Viking (Sintea Biotech), X-Stop (St. Francis Medical
Technologies), Bacjac (Pioneer Surgical Technologies), nonché protesi rigide a barre di accoppiamento vertebrale;
- un dispositivo di navigazione (pan, rotate, zoom) in ambiente 3D a 6 gradi di libertà;
- un braccetto robotizzato a 6 gradi di libertà per l’innesto della protesi, visualizzato sul monitor con un avatar dello strumento
chirurgico atto a manipolare la singola protesi.
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8. Il Progetto: Obiettivi e risultati
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Nello specifico, l’utente finale ha la possibilità di:
 caricare e visualizzare il modello 3D del rachide estratto dalla TAC;
 scegliere il tipo e le dimensioni della protesi più indicata per il caso in esame
dall’apposito database di dispositivi protesici;
 selezionare una o più coppie di vertebre da protesizzare;
 simulare il movimento (apertura o scivolamento) della coppia di vertebre tra le
quali impiantare il dispositivo protesico, come avviene nella realtà;
 interagire con l’ambiente virtuale in modo bi-manuale: (i) con la mano
dominante, il chirurgo controlla il braccetto robotizzato che simula lo strumento
chirurgico per manovrare la protesi, e (ii) con la mano non dominante, il chirurgo
controlla il dispositivo di navigazione (pan, rotate, zoom) della scena, ovvero la
colonna vertebrale (l’interfaccia è intuitiva ed elimina la naturale avversione del
medico ad operare con mouse e tastiera);
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 inserire e posizionare manualmente nella scena 3D, con l’ausilio del braccetto, la protesi scelta all’interno del database con modalità
drag&drop;
 fornire un ritorno di forza al medico per simulare l’interferenza della protesi con le strutture anatomiche (osso, tessuti molli, ecc.);
 verificare il corretto accoppiamento geometrico della protesi con i corpi vertebrali;
 verificare la bontà della scelta operata, valutando eventualmente protesi diverse, che verranno sostituite a quella precedentemente scelta
dal chirurgo, mantenendone la posizione e l’orientamento rispetto alla colonna vertebrale.

9. Il Progetto: Obiettivi e risultati
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Successivamente (modulo 2), vengono realizzati i modelli per l’analisi agli
elementi finiti (FEA), sia per il caso pre-operatorio sia per quello (o quelli)
protesizzati.
L’analisi FEA ha lo scopo di definire quale, fra gli interventi di protesizzazione
simulati, abbia dato la migliore risposta dinamica in termini di funzionalità
residua del tratto di colonna vertebrale interessato. Tale analisi viene
condotta prendendo in considerazione tutti i vincoli funzionali legati
all’anatomia del distretto in questione: giunzione intervertebrale, legamenti,
ecc..
In particolare, vengono eseguite quattro differenti analisi per ciascun
modello, da cui si ricavano le seguenti informazioni:
- stima dell’angolo di rotazione relativo fra le coppie di vertebre sotto carichi
di flessione, estensione e rotazione laterale;
- analisi delle sollecitazioni a carico dei dischi intervertebrali negli stessi
movimenti considerati sopra.
Il raffronto tra il caso pre-operatorio ed il modello protesizzato può essere
reso fruibile al medico secondo due modalità:
- animazione della funzionalità del distretto anatomico;
- mappatura in scala di colori degli stress a carico dei dischi.
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10. Il Progetto: Soluzioni identificate
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Il progetto proposto costituisce una novità di assoluto rilievo nel campo della biomeccanica
della colonna vertebrale.
I benefici principali della prassi descritta sono:
- maggiore sicurezza sulla prevedibilità del risultato atteso per una certa scelta di protesi, in
quanto tutto il processo muove dal modello 3D della colonna vertebrale del paziente da
sottoporre ad intervento; inoltre, l’analisi agli elementi finiti è calibrata su dati morfometrici
ottenuti in vivo; il tutto consente al medico di valutare preventivamente se la protesi scelta è
adatta a ristabilire la biomeccanica della colonna vertebrale del paziente in esame;
- riduzione dei tempi di intervento e quindi della durata dell’anestesia: il chirurgo sa già, al
momento di entrare in sala operatoria, quale protesi andrà ad impiantare;
- eliminazione di eventuali controversie medico-legali connesse con la riuscita dell’operazione;
- realizzazione preventiva di protesi custom, perfettamente adattabili all’anatomia del
paziente, grazie alla possibilità di estendere il database dei dispositivi protesici.
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11. Il Progetto: Utilizzabilità dei risultati e brevetti
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Il risultato del progetto, ovvero il pacchetto software integrato in grado
di simulare l’intervento di protesizzazione e di valutarne la riuscita
chirurgica dal punto di vista della funzionalità residua del distretto
anatomico in esame, è direttamente trasferibile in produzione, ma non
ancora disponibile sul mercato in quanto sono necessari ulteriori casi
studio per la validazione finale a scopi diagnostici e terapeutici.
A questo scopo sono già in corso ulteriori sperimentazioni in
collaborazione con l’equipe di neurochirurgia della Casa di Cura
“Bernardini” di Taranto (diretta dal dott. N. Martellotta) ed il reparto di
radiologia dell’Ospedale Cantonale di Bellinzona, sotto la direzione del
dott. R. Cartolari.
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12. Il Progetto: Utilizzabilità dei risultati e brevetti
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L’azienda proponente ha già
presentato, in data 22/04/2011,
deposito di domanda di
brevetto europeo n. I124

13. Il Progetto: Mercato e ricadute
industriali
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Ricadute economiche ed occupazionali dei risultati attesi
L’azienda proponente ha un fatturato annuo consolidato di oltre 1,7 mln di euro e
prevede, grazie alla commercializzazione del pacchetto software, un incremento
percentuale annuo del 10% per i prossimi 5 anni.
Si ipotizza un incremento in termini occupazionali del 20%, sia per la commercializzazione
del sistema, sia per i corsi di istruzione ed aggiornamento da eseguire presso le unità
ospedaliere utilizzatrici del prodotto.
Oltre al mercato Nazionale, si ipotizza un forte interessamento per l’utilizzo del sistema
anche nel mercato estero, da cui la domanda di brevetto europeo.
Contestualmente, l’azienda ha appena sostenuto ingenti investimenti finanziari per
trasferire la direzione operativa dalla vecchia sede di via Quarto, in Bari, presso un nuovo
opificio ubicato nella zona industriale del capoluogo, dove sono stati creati idonei spazi
sia per assistenza remota, sia adeguate sale per corsi locali.
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14. Il Progetto: Scenari Applicativi
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Il principale scenario applicativo del risultato del progetto è costituito dal campo della
diagnostica radiologica e della neurochirurgia della colonna vertebrale.
La protesizzazione del rachide lombo-sacrale è, infatti, uno degli interventi chirurgici più
diffusi e ad esso si ricorre a seguito dell’insorgenza di patologie degenerative dolorose quali
la lombalgia o la lombosciatalgia, patologie che inducono gravi modificazioni a carico della
morfologia dell’articolazione, per cui il chirurgo ricorre a strumenti come la TAC per la
diagnosi e la pianificazione pre-operatoria.
Il software oggetto della presente ricerca è un ambiente di pianificazione pre-operatoria
basato su una ricostruzione tridimensionale dell’anatomia del paziente, a partire dalle
immagini TAC del paziente, e su modelli tridimensionali
di protesi commerciali. All’utente clinico, l’anatomia del paziente è presentata attraverso
un’interfaccia intuitiva che consente di visualizzare in ogni momento il posizionamento
della protesi rispetto all’anatomia del paziente.
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15. Il Progetto: Diffusione dei risultati
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 In data 19 dicembre 2010, la Loran ha pubblicato sul quotidiano nazionale “la Repubblica” un
pregevole redazionale che illustra e sintetizza lo sviluppo del gruppo imprenditoriale nell’ultimo
anno solare e si sofferma sui progetti di ricerca in itinere. In particolare, l’articolo, oltre a
ricordare l’impegno profuso dall’azienda nel campo dell’innovazione ambientale, in quello
ospedaliero), nonché in ambito informatico, presenta un riquadro che dà ampio risalto al
principale risultato conseguito nell’ambito del progetto, ovvero lo sviluppo di un software con
interfaccia tattile per la simulazione pre-operatoria di interventi di protesizzazione a carico del
distretto lombo-sacrale della colonna vertebrale.
 Il Centro Laser, dal canto suo, ha svolto un’intensa campagna di promozione partecipando
attivamente alla seconda edizione del Festival dell’Innovazione che si è tenuta presso la Fiera del
Levante di Bari, dal 1° al 3 dicembre 2010, attraverso un proprio stand, all'interno del padiglione
n. 11 (stand n. 10). Nello specifico, lo spazio espositivo del Centro Laser, che ha riscosso
peraltro un ampio successo di pubblico, ospitava un poster avente ad oggetto le tematiche
biomedicali affrontate dal progetto.
 Inoltre, è stato sottoposto il seguente articolo “FROM A COMPUTATIONAL MODEL OF A HUMAN
LUMBOSACRAL SEGMENT TO A FINITE ELEMENT (FE) ANALISYS OF A REAL WORKING SPINE” al
congresso della Società Europea di Neuroradiologia, che si è tenuto a Barcellona (Spagna) dal 1°
al 3 luglio 2011.
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16. Il Progetto: Riferimenti
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Referente tecnico per la Loran S.r.l. (080/5427032 - www.loransrl.net):
- Dott. Nicola Lorusso (nicola.lorusso@loransrl.net)
Referenti tecnici per il Politecnico di Bari-DIMeG:
- Prof. Carmine Pappalettere (carpa@poliba.it)
- Prof. Antonello Uva (a.uva@poliba.it)
- Ing. Vincenzo Moramarco (v.moramarco@poliba.it)
Referenti tecnici per il Centro Laser S.c.r.l. (080/4674314 - ww.centrolaser.it):
- Dott.ssa Patrizia Boffi (patrizia.boffi@centrolaser.it)
- Dott. Pierpaolo Solaro (pierpaolo.solaro@centrolaser.it)
- Ing. Eliana Pupilla (eliana.pupilla@centrolaser.it)
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