Giuseppe Petitto, Giovanni Schipani, Lorenzo Corbetta *
6. Procedure computazionali utilizzate: analisi fluidodinamica CFD (Computational Fluid Dynamics)
Con l’intento di elaborare una modellazione 3D del nuovo broncoscopio e di tutti gli organi ad esso contenuti anche dal punto di vista funzionale, è stato deciso di procedere con un’analisi basata sostanzialmente sul metodo numerico dei volumi finiti. Obiettivo principale di tale approccio è la valutazione della portata volumetrica di O2 garantita dal- le sezioni di passaggio del nuovo strumento concepito. Oltre all’ossigeno introdotto – e libero di fluire – attraverso il canale centrale del broncoscopio, l’analisi ha riguardato la sezione delle finestre d’ossigenazione presenti sulla superficie esterna del broncoscopio e direttamente connesse ai canali d’apporto di O2. L’analisi CFD (Fig. 8) ha consentito non soltanto di arrivare alla definizione ottimale della sezione di passaggio delle aper- ture sopra citate (in termini di sezione individuale e di sezione complessiva delle intere
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finestrature) ma anche di determinare i raggi di raccordo e le posizioni circonferenziali attraverso lo studio delle velocità, delle pressioni e di eventuali criticità soniche. Non sono state escluse dallo studio le temperature del gas introdotto (Fig. 9) ed eventuali variazioni di densità (Fig. 10).
Il valore di portata volumetrica considerato è quello necessario a garantire condizioni di perfetta ossigenazione ad un paziente – tipo di 70 kg, per il quale il protocollo prevede una somministrazione di 9 ml/kg di O2 e, quindi, una globale di 630 ml/s (0,63 l/s). Con- siderando una densità di O2 pari a 1.429 kg/m^3, il valore della portata volumetrica che l’analisi ha consentito di confermare nelle fasi di valutazione è pari a 0,009 kg/s.
Di seguito vengono riportati risultati grafici delle analisi condotte, prima facendo ri- ferimento ad una singola finestra e, successivamente – come già spiegato – riferendosi all’intera finestratura.
Figura 8 – Analisi CFD: traiettorie di flusso, densità O2.
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Figura 10 – Analisi CFD: traiettorie di flusso, densità O2.
7. Conclusioni
L’analisi fluido dinamica ha permesso di validare le innovazioni geometriche imple- mentate sul broncoscopio. Il modello CAD 3D definitivo è il frutto di questo studio, dal momento che soltanto l’attenta analisi delle condizioni del flusso attraverso il canale di connessione al ventilatore, prima, ed attraverso i canali principali condivisi, dopo, ha per- messo di ottimizzare dimensioni, sezioni di passaggio, volume ed andamento delle sezio- ni interne dei canali e raggi di connessione fra le superfici di questo studio. Le innovazioni più significative sono rappresentate quindi dalle finestre laterali di ventilazione con un migliore rapporto di volume/pressione di O2 nel bronco escluso, grazie alla loro particola- re forma e al loro orientamento in relazione ai flussi che attraversano l’interno del bronco- scopio. Un’altra innovazione è rappresentata dal posizionamento della telecamera CCD in testa allo strumento che determina un notevole miglioramento dell’immagine broncosco- pica e una migliore definizione della sua tridimensionalità. L’esistenza del manico di tipo ergonomico facilita l’impugnatura dello strumento poiché consente di non tenere tre stru- menti diversi in mano contemporaneamente (ottica, sondino, e broncoscopio) essendo gli stessi contenuti all’interno della camicia. La presenza di un canale di aspirazione contenu- to nella camicia e di un canale per la sonda del Laser ND: YAG anch’esso contenuto nella camicia clivabile rendono lo strumento già pronto per la broncoscopia senza tempi morti o possibili ostacoli che ne possono allungare la procedura stessa. Attualmente in Italia le procedure di broncoscopia rigida rappresentano circa il 2% delle totali, in considerazione della estrema difficoltà digito-manuale nella gestione dello strumento endoscopico. Infat- ti l’utilizzo del broncoscopio flessibile, che è di gran lunga più maneggevole del rigido, ha consentito a specialisti diversi per disciplina l’utilizzo di questa metodica a discapito della rigida. Questa condizione se dal punto di vista diagnostico ha comportato risultati raggiungibili più agevolmente, ha altresì impoverito la manualità per la procedura rigida nelle indicazioni in cui essa è il Gold-Standard. Pertanto si può asserire che il nuovo mo- dello 3D in formato CAD è il tentativo di questo studio di superare le limitazioni del pre- cedente modello, e che, le sue migliorate performance possano consentire una procedura più fluida, meno indaginosa, e soprattutto più facilmente acquisibile dalla maggioranza
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dei broncologi esistenti nel nostro territorio. Pertanto possiamo asserire che in un prossi- mo futuro, alla luce dei risultati raggiunti si potrebbe realizzare un prototipo funzionale per una successiva fase di sperimentazione clinica.
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L. Corbetta (a cura di), Hot Topics in Pneumologia Interventistica: volume 2, ISBN 978-88-6453-681-1 (print) ISBN 978-88-6453-682-8 (online), CC BY 4.0, 2018 Firenze University Press