Il futuro dell'healthcare è sempre più hi-tec. Oggi la realtà aumentata, che già sostiene il paziente durante l’iter terapeutico, è entrata anche nelle sale operatorie e si candida a diventare uno strumento che migliora le performance chirurgiche, contribuendo alla riduzione dei tempi degli interventi e all’aumento della precisione nell’atto chirurgico. Lo sanno bene i ricercatori di Vostars (Video and Optical See Through Augmented Reality surgical Systems): progetto europeo coordinato dal Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione dell'Università di Pisa, che ha sviluppato un visore per realtà aumentata di nuova concezione in grado di fornire al chirurgo la visione del teatro operatorio, le informazioni specifiche relative al paziente e quelle più generali che riguardano gli organi coinvolti nell’intervento. Per capire meglio il mondo della realtà aumentata applicata all’healthcare abbiamo incontrato Vincenzo Ferrari, ingegnere biomedico, da ottobre anche professore al Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa e coordinatore del team europeo che ha progettato Vostars, con cui sta eseguendo importanti test nell’ambito della neurochirurgia, della chirurgia maxillo-facciale e otorinolaringoiatrica.

 

Dottor Ferrari, ci può raccontare come la realtà aumentata entra nell’ambito dell’ healthcare?

Le tecnologie di realtà virtuale e aumentata hanno destato interesse in ambito medico fin dagli albori della computer grafica. Le prime applicazioni con la realtà virtuale hanno permesso una visualizzazione più efficace di immagini diagnostiche volumetriche acquisite sotto forma di fette virtuali bidimensionali, come TAC o Risonanza Magnetica, permettendo di passare a una rappresentazione tridimensionale dell’anatomia. In seguito, queste tecnologie sono state usate per guidare la terapia in ambito chirurgico e riabilitativo, dove già si assiste all’impiego di realtà virtuale e aumentata per permettere al paziente di interagire con oggetti reali e fare esercizi mirati rendendoli meno noiosi e ripetibili. Quando parliamo delle applicazioni per fini chirurgici si ha la possibilità di avere una rappresentazione tridimensionale dell’anatomia dello specifico paziente, mettendo a disposizione del medico una mappa dettagliata da studiare puntualmente ancora prima di incidere la cute del paziente. Poi, in sala operatoria, lo strumentario chirurgico può essere riferito in tempo reale e coerentemente rispetto al modello tridimensionale anatomico del paziente, come avviene nei vari navigatori chirurgici con realtà virtuale commercialmente disponibili. Il meccanismo di funzionamento è analogo a quello del navigatore satellitare dell’auto, permettendo di avere in sala operatoria una mappa dell’anatomia del paziente sulla quale sono mappati i movimenti degli strumenti, in modo da migliorare la quantità di informazioni disponibili e il grado di efficacia e qualità dell’intervento del medico.

 

Come funziona nel dettaglio la realtà aumentata e come si applica in chirurgia?

Per la chirurgia endoscopica, esistono già i primi navigatori in grado di sovrapporre in realtà aumentata la mappa tridimensionale dello specifico paziente direttamente sulle immagini dell’endoscopio. Con questa soluzione il chirurgo continua a guardare il monitor dell’endoscopio sul quale vede le informazioni aggiuntive. Nel caso della chirurgia aperta, non endoscopica, con la realtà aumentata possiamo proiettare direttamente tutte le informazioni davanti agli occhi del chirurgo, che indossa un particolare visore. Il primo vantaggio è che il chirurgo non deve più distogliere lo sguardo dal paziente che ha davanti per guardare il monitor del navigatore tradizionale con realtà virtuale, si tratta quindi di un vantaggio di ergonomia. Questa metodologia permette, inoltre, di implementare dei paradigmi per guidare il chirurgo che non sono possibili guardando sul monitor. Si pensi che oggi alcuni chirurghi, come nelle chirurgie che riguardano le ossa, possono pianificare in dettaglio alcuni interventi decidendo lungo quali piani ossei tagliare per poi ricomporre. Con il monitor esterno è impossibile coordinare correttamente la mano con l’occhio e seguire le linee di taglio pianificate, mentre con la proiezione di fronte agli occhi diventa facile come nel gioco “unisci i puntini”. In Vostars siamo partiti con la chirurgia maxillofacciale, in particolare a persone che hanno una morfologia fuori standard per motivi congeniti e che devono essere operate per riposizionare alcune ossa del volto. Una fase di riposizionamento che il chirurgo può pianificare nel dettaglio e che grazie a Vostars può eseguire accuratamente. E proprio questo è quello che facciamo con Vostars, che abbiamo applicato già su sei pazienti, permettendo al chirurgo di vedere le linee di taglio di fronte a sé, proiettate sul visore, in modo da usare il bisturi in maniera ancora più precisa.

 

Ecco, a questo punto approfondiamo Vostars.

Si tratta di un progetto europeo coordinato dal Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione dell'Università di Pisa. É un navigatore che guida la mano del chirurgo durante le fasi dell’intervento, fornendo anche preziose informazioni in tempo reale. Grazie al visore il chirurgo può focalizzarsi solo sul paziente e combinare le immagini pre-operatorie con un progetto chirurgico che garantisce una precisione millimetrica. Il dispositivo non solo permette di accedere a dati, come la pressione o la frequenza cardiaca del paziente, ma mette proprio davanti agli occhi del chirurgo le informazioni geometriche di cui ha bisogno per eseguire l’intervento. L’informazione virtuale allineata con quella reale permette di ottenere, oltre a una maggiore precisione anche una potenziale riduzione dei tempi d'intervento.

 

In generale come interpreta il potenziale di queste tecnologie in medicina?

C’è molto interesse sia da parte della comunità scientifica che da parte dell’industria. Il numero delle pubblicazioni scientifiche è aumentato in maniera esponenziale. E anche l’industria, sia come start-up che come imprese mature, si sta muovendo con i primi prototipi. Con Vostars non abbiamo semplicemente riproposto una tecnologia, ma abbiamo sviluppato da zero sia il visore che il software, tenendo conto delle esigenze cliniche. Le potenzialità del nostro visore, che abbiamo creato grazie a un finanziamento della comunità europea, sono tali da riuscire a far tagliare lungo una linea con una accuratezza di circa 1 millimetro, quasi al limite della capacità umane. Gli altri visori in commercio non ti permettono di scendere sotto ai 5 millimetri. Per questo siamo i primi al mondo ad aver implementato questo tipo di tecnologia, dando la possibilità al chirurgo di essere guidato con estrema precisione.

 

Guardando al futuro, quali opportunità e quali considerazioni?

Sono convinto che la tecnologia sia uno strumento utile, che però non soppianta tutto il resto. Diciamo che è una risorsa in più che non stravolge il lavoro del medico ma che lo migliora. Come per tutte le cose, anche in questo caso, si attivano delle logiche di convivenza utili a portare miglioramenti a specifiche necessità. Nei prossimi anni puntiamo a ingegnerizzare questa tecnologia, sia per la parte hardware che software, al fine di portare i benefici all’utente finale, il paziente. Ci stiamo confrontando con diverse aziende interessate allo sviluppo commerciale del dispositivo, ognuna ha il proprio ambito chirurgico con esigenze diverse. La chiave di volta sarà trovare l’azienda giusta con l’esigenza giusta e con le spalle sufficientemente grandi per supportare l’investimento necessario.

 

Per concludere sempre parlando di realtà aumentata, è notizia di poche settimane fa che la giovane Virginia Mamome, dottoranda del Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione dell'Università di Pisa ha ottenuto un finanziamento dal Ministero della Salute per un progetto molto interessante. Può darci qualche dettaglio?

Virginia è una mia dottoranda al terzo anno. È giovane, molto preparata e con una gran voglia di innovare. Sta dimostrando che un più semplice proiettore può essere una valida alternativa al visore indossabile in alcune chirurgie. E’ questa l’idea di base del finanziamento che ha vinto con il progetto POLARS - HMP (POlarized Light Augmented Reality in Surgery - Head Mounted  Projector). L’idea è quella di usare il paziente come fosse uno schermo, come un telo di proiezione. Si è già verificato che è una soluzione efficace, per esempio per le linee di taglio, e soprattutto dal punto di vista ergonomico, si tratta di una soluzione più semplice per il chirurgo che non deve necessariamente indossare niente sulla testa. Al netto di alcune problematiche legate alla superficie di proiezione “particolare”, che il chirurgo potrà contenere, io credo che il progetto di Virginia sia una soluzione vincente, che fa onore alla passione e alla dedizione di questa giovane dottoranda.

 

 

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