SINTESI
Medical Mockup Modelling.
Il progetto MMM si prefigge come obiettivo la creazione di mockup medicali 3D partendo da immagini 2D. UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA (capofila svizzera) e ALGO4U svilupperanno un algoritmo ed un software di capturing e conversione in immagini 3D delle immagini 2D "cardiac imaging" che arriveranno dagli ospedali. Il primo focus sarà sull’apparato circolatorio con particolare attenzione al cuore, poiché MMM si interfaccia col progetto Interreg ICCACI (proposto da AREU e TicinoCuore che hanno lavorato sugli arresti cardiaci). CE ADVICE svolgerà la fase di creazione di CRM E CSM per la gestione criptata di dati, informazioni, immagini 2D e 3D.
TECHINNOVA (capofila italiana), grazie al suo fablab svilupperà un laboratorio dedicato allo studio dei materiali e alle tecniche di stampa assieme al FABLAB CASACORSINI di Modena, mediante l’utilizzo di stampanti a PLA e SLA sia con materiali noti che con polimeri realizzati ad hoc per il progetto.
MTM, mediante tecniche di elaborazione in realtà virtuale sezionerà le immagini 3D per poter poi assemblare nuovi mockup sulla base delle richieste specifiche che verranno commissionate via via dagli ospedali e dalle scuole di medicina. CNR svolgerà un’analisi comparativa dei mockup sulla base dei parametri di stampa 3D scelti. Infine HFI si occuperà della fase di system integration andando a creare una piattaforma web di interscambio di informazioni.

DURATA PROGETTO
44 mesi

DATA INIZIO
28/3/2019

DATA FINE
24/11/2022

ASSE
ASSE 1 - COMPETITIVITÀ DELLE IMPRESE

OBIETTIVI
Obiettivo specifico 1.1 - Maggiore collaborazione transfrontaliera tra imprese e altri attori dello sviluppo

AZIONE
B) Interventi congiunti di innovazione di prodotto/servizio (product-service innovation), innovazione di processo (process innovation), innovazione strategica e organizzativa (business innovation).

GRUPPI TARGET
Il prodotto è indirizzato ad un ampio gruppo di utenza. Principalmente, i dottori sia in ambito ospedaliero sia privatamente, possono trovare aiuto nella pianificazione di interventi chirurgici e per presentare le terapie ai pazienti. Tale utilizzo può significativamente arricchire il rapporto fra dottori e pazienti. Inoltre, i mockup possono essere utilizzati in ambito educativo, in università che offrono corsi di medicina o in ambito biomedico. Questo è particolarmente importante all’USI, in quanto è imminente la creazione di una nuova Facoltà in Scienze Biomediche.
Per quanto riguarda il coinvolgimento delle PMI si intende sviluppare un network congiunto transnazionale coordinato dalle due capofila che vada a coinvolgere i fablab e le aziende specializzate nella realizzazione di prototipi. Nella fattispecie verranno organizzati degli incontri e dei workshop per diffondere l’uso della piattaforma web utile per la creazione dei mockup. Alcuni dei servizi e del tutoraggio verranno offerti in maniera gratuita, altri invece comporteranno dei costi per le PMI aderenti. L’idea è quella di sviluppare un network di realizzatori di mockup che supportino gli ospedali, le università, le scuole di medicina e i centri di ricerca che non si possono munire di tecnologie e know-how per realizzare i mockup in autonomia. Infine, il laboratorio VR che verrà realizzato potrà essere utilizzabile a livello trans-settoriale anche per implementare piattaforme di sezionamento e assemblaggio 3D. Alcuni settori considerabili potranno ad esempio essere quelli della medicina protesica, dell’artigianato digitale e più in generale dell’industria 4.0.

STAKEHOLDER
Algo4U e USI possiedono già un network con l’Ente Ospedaliero Regionale e il Cardiocentro Ticino e altri ospedali a Lugano. Inoltre, Algo4U sta completando lo sviluppo di un software di pianificazione per la osteotomia periacetabolare (PAO). Ulteriori cooperazioni con ospedali in Bellinzona e Sant’Anna sono in corso. Techinnova, grazie al ruolo di coordinatore del tavolo salute della Fondazione Cluster SCC della Regione Lombardia ha contatti con i principali ospedali, università e centri di ricerca che lavorano in ambito medico sul territorio lombardo. Ci sono inoltre contatti nella Svizzera tedesca e verso la Germania nei settori di biomedica e biomeccanica. Quindi, è già presente un solido network nel settore medico di interesse per il prodotto. Tra gli altri stakeholder che verranno coinvolti, ruolo fondamentale sarà dato dal network di PMI che verrà organizzato a livello transnazionale e che coinvolgerà fablab e aziende che realizzano prototipi. Stakeholder e partner saranno anche i soggetti del progetto Interreg ICCACI con il loro network. Infine saranno coinvolti stakeholder istituzionali al fine di promuovere e far conoscere l'innovativa piattaforma di ausilio alla realizzazione dei mockup medicali 3D.

PARTNER DI PROGETTO
TECHINNOVA S.R.L. / Università della Svizzera italiana / HUMAN FACTOR & INNOVATION S.R.L. start-up costituita a norma dell'art. 4 comma 10 bis del decreto legge 24 gennaio 2015, n. 3 / Associazione Lumen / MTM S.R.L. / CE Advice Sagl / Algo4U Sagl / Consiglio Nazionale delle Ricerche

SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE
Il progetto MMM non ha effetti di particolare rilievo riguardo il contesto paesaggistico, in quanto non va ad impattare sull'ambiente. Non sono previste infrastrutture o comunque interventi fisici sul territorio, pertanto l'impatto ambientale può considerarsi vicino allo zero.

CAPOFILA ITALIA
TECHINNOVA S.R.L.

CAPOFILA SVIZZERA
Università della Svizzera italiana

VALORE TOTALE DEL PROGETTO
€ 516.096,28
CHF 300.145,00
CONTRIBUTO PUBBLICO FESR
€ 303.202,21
CONTRIBUTO PUBBLICO NAZIONALE ITALIANO
€ 2.650,72

WORKPACKAGES

1) PREPARAZIONE DEL PROGETTO
2) COORDINAMENTO E GESTIONE
Gli obiettivi di questo work package sono il coordinamento e la gestione dello sviluppo progettuale, la definizione delle strategie, il monitoraggio dell’evoluzione del progetto in ogni sua fase al fine di garantire la conformità con i tempi di programmazione del lavoro. La prima azione di questo WP prevedrà la stesura di un documento di pianificazione che descriva analiticamente i compiti di ciascun partner, il programma di lavoro, i suoi tempi e la conseguente metodologia. Tale documento sarà redatto dal coordinatore del progetto sulla base delle esigenze di quest’ultimo. Altre importanti attività di questo WP riguardano la gestione quotidiana e il coordinamento del lavoro, il monitoraggio dello stato di avanzamento dei lavori, nonché la gestione finanziaria. Tutte queste attività saranno realizzate attraverso l'utilizzo di uno speciale strumento di gestione condiviso tra tutti i partner. Un altro strumento fondamentale per questo WP saranno gli incontri transnazionali. Sette incontri saranno organizzati durante il corso del progetto. Prima di ogni riunione il coordinatore del progetto provvederà a pubblicare e diffondere tra i partner l’ordine del giorno e, dopo l'incontro, il resoconto della riunione stessa. Il monitoraggio sullo stato di avanzamento dei lavori sarà fatto anche attraverso la redazione di 7 relazioni di monitoraggio trimestrali, nonché attraverso la relazione intermedia e finale del progetto. Ogni organismo partner nominerà una persona responsabile per la gestione del progetto al proprio interno. Il coordinamento del progetto sarà in capo al capofila italiano Techinnova. Verranno identificati, inoltre, dei KPI per la valutazione dei risultati di progetto, che verranno condivisi tra tutti i partner al fine di monitorarne l'evoluzione e migliorarne il campionamento. I dati raccolti sui KPI saranno oggetto di una relazione specifica i cui risultati verranno divulgati nel workshop finale.

3) COMUNICAZIONE
Il WP2 sulla comunicazione dei risultati sarà coordinato dal capofila italiano e leader di WP Techinnova, coadiuvato dal capofila svizzero USI e dal partner MTM. Il WP2 si svilupperà nella fase finale di progetto con l'elaborazione di materiale informativo sui risultati ottenuti (flyer, brochure, ecc). Queste attività dovrebbero continuare anche oltre time frame del progetto per mantenere in vita i vantaggi della piattaforma realizzata, una volta conclusa e dettagliata. La diffusione e lo sfruttamento di ciò che il progetto MMM andrà a creare è una missione importante del team. Verrà redatto un “manuale” di sintesi relativo alle performance richieste e alla loro partecipazione al progetto. Il manuale riporterà il logo e i claim previsti per l’intero progetto comunicativo. Inoltre all’accettazione del progetto saranno avviate una serie di iniziative quali l’ideazione e l’elaborazione del logo e dei claim della campagna, in compartecipazione tra i Capofila ed una conferenza stampa congiunta di lancio del progetto sia in Italia e che in Svizzera, possibilmente nella stessa giornata. Verranno poi definite le informazioni da pubblicare sui siti web di Techinnova e Università della Svizzera italiana e sui rispettivi social twitter e Facebook. Sarà congiuntamente realizzato un video di breve durata da pubblicare su youtube (con specifico link nei siti web) da utilizzare in tutte le occasioni comunicative. La possibilità di raccontate la storia del progetto (story telling) verrà declinata sulla base dei risultati operativi e comunicativi via via raggiunti; tali risultati verranno presentati ai convegni nazionali e internazionali di settore. Ogni iniziativa di comunicazione sarà gestita da Techinnova, realizzata e condivisa con il capofila svizzero ed i partner designati. Il progetto complessivo di comunicazione sarà seguito dal team responsabile del WP, in collaborazione con un addetto condiviso tra i due Capofila. Alla fine del progetto è previsto un evento di sintesi aperto agli addetti ai lavori e al grande pubblico al fine di enfatizzare il progetto stesso e attrarre interessi ulteriori di altri possibili stakeholder.

4) CREAZIONE DI UN ALGORITMO E DI UN SOFTWARE DI CAPTURING DELLE IMMAGINI 2D E CONVERSIONE IN IMMAGINI 3D
La fase preparatoria del progetto, precedente allo sviluppo dell’algoritmo dedicato e alle funzionalità basilari del prodotto/servizio, servirà per meglio identificare la problematica che sta alla base del progetto e contestualizzarla a livello territoriale sia sul suolo italiano che sul suolo svizzero. Il periodo preliminare servirà inoltre per identificare gli stakeholders al fine di un futuro coinvolgimento nonché condurre un’analisi dello stato dell’arte sia a livello organizzativo che di fattibilità tecnica relazionandolo con le capacità dei partners. Questa fase propedeutica soddisferà inoltre le esigenze per gestire al meglio l’organizzazione del progetto e dei WP che ne derivano. Verranno infine condotti i meeting preparatori per organizzare i planning di progetto. Fondamentale sarà la fase di progettazione del network di PMI e stakeholder che sarà funzionale alla buona riuscita del progetto MMM. USI e Algo4U svilupperanno un algoritmo e un software per catturare immagini 2D e convertirle in geometrie 3D (Cardiac Imaging). L’obiettivo finale è la creazione di mockup per scopi medici per ospedali e centri medici. USI e Algo4U lavoreranno in cooperazione con CE Advice, i quali si occuperanno della creazione e utilizzo condiviso di CRM e CMS per gestire dati, informazioni e immagini 2D/3D. In questo WP verrà creato un software per il caricamento delle parti di immagine 2D prodotte da dispositivi di scansione medica (Cardiac Imaging). Le immagini caricate saranno quindi elaborate dal nostro algoritmo per estrarre le superfici e creare da esse modelli 3D. I risultati verranno visualizzati dal nostro software, consentendo all'utente di visualizzare diverse superfici in colori distinti con trasparenza controllabile, visualizzando le parti selezionate dall'utente del modello 3D ed evidenziando le regioni di interesse. Il software evidenzia inoltre le anomalie del modello 3D che sono state rilevate dal nostro algoritmo durante il processo di conversione delle immagini 2D al modello 3D. Permette inoltre di memorizzare le parti complessive - come pure le singole parti selezionate - del modello 3D in uno qualsiasi dei formati standard per la modellazione 3D (obj, stl, ply, ecc.). Questi modelli possono quindi essere utilizzati per ulteriori elaborazioni o per eseguire simulazioni specifiche del paziente. Il software sarà costituito da una GUI che consente di visualizzare i file DICOM e di selezionarli. Una volta scelto un file, viene creato il modello 3D che può essere visualizzato nella finestra principale. La GUI consentirà una facile selezione di diverse modalità di visualizzazione mentre il modello 3D viene ruotato e zoomato attraverso l'interazione del mouse direttamente nell'area di visualizzazione. Inoltre verranno manipolati direttamente in questo visualizzatore 3D le sezioni tagliate per mostrare diverse porzioni del modello. La visualizzazione 3D consente anche la selezione di singoli oggetti. A questi oggetti selezionati possono essere assegnati attributi diversi, come il colore, la trasparenza, ecc., rendendo più facile concentrarsi sui dati importanti per l'attività corrente o per scartare oggetti privi di importanza.

5) STUDIO DEI MATERIALI E DELLE TECNICHE DI STAMPA
In questo WP si andranno ad elaborare dei modelli 3D provenienti dal lavoro svizzero e verranno adattati alle esigenze delle diverse tecniche di stampa, anche andando a rielaborare i modelli con l’inserimento delle piste elettriche o degli spazi per dei fluidi simil fisiologici. Si potranno costruire, ove necessario, delle strutture per i supporti di stampa. I file di stampa verranno adeguati in base alle specifiche stampanti, tentando, qualora fosse possibile di creare modelli universali per facilitare il coordinamento degli enti partecipanti usando un modello di stampante a sinterizzazione. Inoltre verranno valutati i materiali al fine di riprodurre gli oggetti 3D al massimo della somiglianza con gli organi da replicare. In questo senso sarà importante per Techinnova e CasaCorsini interconnettersi con i risultati del laboratorio VR del task 3. La velocità di evoluzione dei materiali impiegati per la stampa con tecniche FDM, SLS a e SLA richiederà uno scouting tecnologico da ripetere ogni sei mesi. Lo scouting tecnologico si focalizzerà su quelle formulazioni e semilavorati (ad es. filamenti) che garantiscano la maggiore riproducibilità. È ben noto infatti che alcuni polimeri non sono prodotti con caratteristiche chimico-fisiche costanti; questo impedisce il trasferimento dei risultati ottenuti in un laboratorio ad altri senza un ulteriore processo di messa a punto del metodo di stampa. La riproducibilità verrà valutata attraverso rigorose valutazioni metrologiche al fine di stimare la variabilità in termini di dimensioni, proprietà meccaniche e proprietà chimico-fisiche, in particolare per quanto riguarda le superfici dei pezzi. Sarà possibile inoltre selezionare o modificare i materiali oggi in commercio al fine di migliorare le performance di stampa, ad esempio andando ad inserire delle piste elettriche con adeguati sensori tecnologici per interagire con i mockup. La modifica dei materiali presenti in commercio prevedrà l’aggiunta alle formulazioni commerciali di additivi. Tali additivi hanno lo scopo di modificare le proprietà meccaniche e chimico-fisiche dei pezzi sia a livello del bulk che a livello superficiale con lo scopo di simulare al meglio le caratteristiche dei tessuti. Per quanto riguarda la stampa verranno utilizzate stampanti a deposizione o sinterizzazione per la realizzazione dei mockup, così come stampanti multi-ugello per la creazione di piste elettriche/elettroniche da collegare a sensori al fine di monitorare l’oggetto nella fase di utilizzo. I dettagli dei mockup verranno migliorati mediante l’utilizzo di stampanti a sinterizzazione. Ove necessario verranno utilizzate specifiche miscele di solventi con proprietà in grado di solubilizzare e ridepositare (grazie ad una rapida evaporazione dei fluidi) il materiale di stampa sulla superficie dell’oggetto per correggere le naturali imperfezioni della stampa. Verranno infine utilizzati materiali da far aderire alla superficie o all’interno dell’oggetto in stampa per ricreare condizioni di similitudine visiva o fisiologica, come ad esempio cute sintetica o fluidi simil sangue. Infine, nell'ultima parte del WP, MTM, mediante laboratorio di realtà aumentata VR, sezionerà le immagini 3D al fine di ottenere un database quanto più ampio possibile, che permetta di creare nuovi mockup assemblando le sezioni ottenute, così da poter personalizzare nel dettaglio il mockup sulla base delle caratteristiche fisiche dell'organo cardiaco richiesto volta per volta.

6) OTTIMIZZAZIONE DEI PROCESSI ED INTERFACCIA WEB
Il WP5 sarà dedicato alla selezione e analisi delle immagini cardiache da utilizzare per la costruzione dei mockup. Videoclip presenti nell’archivio dell’Istituto di Fisiologia Clinica del CNR, derivanti da esami di cardiac imaging, fra cui l’ecocardiografia, la risonanza magnetica, l’angioTC, la PET, saranno esaminati e classificati a seconda della patologia riscontrata durante l’esame. Le tecniche di imaging saranno di volta in volta scelte in base alla specifica patologia presa in considerazione. Come primo prototipo saranno selezionati video relativi a cuori affetti da stenosi aortica emodinamicamente significativa, rappresentando questa una delle cardiopatie di interesse cardiochirurgico più frequenti in Europa. Le immagini selezionate verranno poi convertite in immagini 3D, utilizzando il software implementato con l’algoritmo sviluppato nel WP3. I mockup stampati con diversi materiali e diverse metodiche di stampa verranno confrontati e analizzati per individuare la combinazione materiale/metodica migliore. L’analisi sarà condotta sui mockup, ciascuno ottenuto a partire da un’immagine 2D. Ciascun mockup verrà realizzato con parametri di precisione, densità, temperatura e composizione chimica del materiale di estrusione, diversi uno dall'altro. In questo modo, seppur partendo da un'immagine 3D identica o derivante dall'elaborazione VR, avremo che il mockup finale avrà sia caratteristiche chimico-fisiche che dinamiche dei singoli mockup differenti. Le varie strutture cardiache verranno sezionate, misurate e confrontate con l’immagine 2D e quella 3D da cui hanno avuto origine. L’analisi statistica operata dal CNR valuterà la concordanza tra l’immagine 2D ed il mockup 3D andando ad integrare ed ottimizzare l'algoritmo di trasformazione creato dalla componente svizzera del partenariato del progetto. Ne deriverà una continua fase di miglioramento dei processi. HFI svolgerà le attività di system integration tra le varie componenti di progetto realizzando anche l'interfaccia web user friendly che verrà messa a disposizione di tutti gli stakeholders interessati ad essere coinvolti nel progetto. Ne deriverà, ad opera di HFI, un'analisi del grado di utilizzabilità del sistema e la redazione di un protocollo di utilizzo. I risultati verranno poi presentati nella fase di divulgazione del progetto. Nell'attività 5.3 invece si svolgeranno una serie di test utili per verificare sia l'affidabilità di sistema che per apportare le modifiche richieste dagli utilizzatori finali nella fase di beta testing. Nella fase di test sarà importante coinvolgere il network (sviluppato nel corso del progetto) di PMI e stakeholder, sia italiani che svizzeri. Questi ultimi adotteranno le procedure, i protocolli e i sistemi di realizzazione dei mockup sviluppati, al fine di realizzare una rete capillare di servizi di stampa prossimali alle strutture ospedaliere e ai centri di ricerca che adotteranno i mockup. Si prevede infatti che non tutte queste strutture saranno in grado di automunirsi di tecnologie e know how per realizzare i mockup in remoto. La strategia di marketing e commercializzazione dei prodotti e servizi erogati da MMM è infatti quella di adottare un modello diffuso di attori (PMI e altri stakeholder) che siano in grado di operare autonomamente, piuttosto che di realizzare una propria rete logistica complessa sul territorio. Tempi, costi e difficoltà tecniche e burocratiche verranno così ridotti.

MODULO AGGIUNTIVO COVID (MAC)

Realizzazione di una piattaforma cloud per la visualizzazione e simulazione di interventi chirurgici in un laboratorio virtuale. Il trasferimento a piattaforme cloud del laboratorio di realtà virtuale e dei mockup realizzati con il progetto MMM, consente l’accesso ai clinici ad esercitazioni e simulazioni digitali in modalità immersiva ovunque essi si trovino.

Partner coinvolti nel MAC:
Techinnova SpA (Capofila)
MTM srl