La realtà aumentata nella pratica medica: dalla chirurgia della colonna vertebrale all'assistenza remota

Frontiers in Surgery, 30 marzo 2021
La realtà aumentata nella pratica medica: dalla chirurgia della colonna vertebrale all'assistenza remota

Creare una vera e propria 'bacheca' digitale con le informazioni necessarie in sala operatoria, come le immagini radiologiche del paziente. Da oggi è possibile grazie a occhiali e visori intelligenti che permettono di visualizzare contenuti digitali sovrapposti al campo visivo del chirurgo e del suo team.

Fabio Cofano^1,2, Giuseppe Di Perna¹, Marco Bozzaro², Alessandro Longo³, Nicola Marengo¹, Francesco Zenga¹, Nicola Zullo⁴, Matteo Cavalieri⁵, Luca Damiani^5,6, Daniya J. Boges^5,7, Marco Agus⁸, Diego Garbossa¹ and Corrado Calì^9,10*

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In sala operatoria i chirurghi e gli operatori devono accedere a informazioni cruciali come la pianificazione pre-operatoria, le immagini radiologiche del paziente e le procedure operative per l’operazione. L'accessibilità di questi dati spesso si basa sulla presenza di tecnici e medici specialisti, sempre più difficile a causa delle limitazioni imposte dall'emergenza COVID per evitare ambienti sovraffollati o personale esterno.

In altri casi ci si affida all’aiuto di schermi in sala o ricostruzioni eseguite al PC, difficilmente maneggiabili dal chirurgo quando indossa camice e guanti sterili, e quindi destinate a essere consultate soprattutto prima dell’intervento. Inoltre, ai fini didattici sono spesso coinvolti medici specializzandi che devono apprendere le fasi degli interventi e il loro razionale tecnico-scientifico.

Da oggi è invece possibile testare diversi scenari operativi grazie a occhiali e visori intelligenti che permettono di visualizzare contenuti digitali sovrapposti al campo visivo dell’operatore, creando una vera e propria “bacheca” digitale a servizio del chirurgo e del suo team.

Lo dimostrano i risultati dello studio pubblicato su Frontiers in Surgery dall'équipe del professor Diego Garbossa dell'Unità spinale - Dipartimento di Neuroscienze Rita Levi-Montalcini dell’Università di Torino e AOU Città della Salute e della Scienza di Torino - in collaborazione con il team interdisciplinare di ingegneri e tecnici guidati da Corrado Calì, ricercatore del NICO e Dipartimento di Neuroscienze UniTo, e co-fondatore della start up Intravides insieme ai dott. Matteo Cavalieri e Luca Damiani.

Nello studio – realizzato su un totale di 12 artrodesi lombari - il personale della sala operatoria è stato equipaggiato con occhiali che permettono di visualizzare contenuti digitali sovrapposti al campo visivo dell'operatore: una tecnica chiamata realtà aumentata (AR) che permette agli specialisti di supporto, da remoto, di vedere la sala operatoria con gli occhi dell’operatore.

Condividendo con l'operatore contenuti e istruzioni utili - e permettendo al chirurgo di sovrapporre contenuti digitali e ricostruzioni tridimensionali sul campo operatorio - la realtà aumentata può essere adattata tramite occhiali AR commerciali a diversi scenari operativi tramite app su misura in base alle esigenze del chirurgo.

In questo modo si è riusciti a fornire un aiuto chirurgico valido, super accurato ed ergonomico. In un caso specifico, l’utilizzo di ologrammi ha permesso al chirurgo di visionare e “maneggiare” in tempo reale l’anatomia del paziente in 3D, con la possibilità di applicare lo specifico trattamento con la guida spaziale della realtà aumentata sovrapposta al campo chirurgico.

L'APPLICAZIONE PER LA DIDATTICA

Questi strumenti, grazie alla possibilità di trasmettere in video-streaming, sono anche dei potentissimi mezzi di didattica: il loro utilizzo permette infatti di condividere la procedura con studenti e giovani chirurghi di modo da favorire fasi cruciali dell’apprendimento, peraltro limitate fisicamente da un anno a questa parte per le restrizioni Covid. Commentare l’atto operatorio attraverso un vero e proprio live-surgery - ma senza posizionare telecamere fisse esterne, spesso ingombranti e poco maneggevoli, con invece la visuale diretta del chirurgo - può rappresentare un vantaggio didattico notevole in forza alle Scuole di Specializzazione chirurgiche. Si crea, di fatto, una comunità di persone che può partecipare all’esperienza immersiva al fianco del chirurgo.

Il dott. Fabio Cofano, primo autore dello studio, e i colleghi co-firmatari dello studio, hanno eseguito diversi interventi chirurgici indossando occhiali e visori AR. L’operatore interagisce con diversi soggetti e ha a disposizione immagini bi-dimensionali, ricostruzioni tridimensionali e ologrammi di dettagli anatomici del paziente sotto i suoi occhi in sovrapposizione alla visione reale. Teoricamente non avrebbe più bisogno di guardare immagini su schermo, stampate o nei formati tradizionali.

L'interfaccia tra tecnologia e medicina è stata realizzata da Intravides, startup incubata presso 2i3T, l’incubatore dell’Università di Torino. La società è partita come cellula di ricerca in KAUST (King Abdullah University of Science and Technology - Arabia Saudita) grazie ad un'idea del dott.Calì – oggi in forza al NICO - e della dott.ssa Daniya Boges, ricercatrice presso la stessa istituzione. Questi ultimi e il nuovo team multispecialistico (medici, imprenditori del settore biomedicale e digitale) stanno lavorando allo sviluppo e al perfezionamento di questa tecnologia. In particolare, il dott.Matteo Cavalieri, già CEO di Intravides, ha contribuito in maniera cruciale allo sviluppo della prima piattaforma usata per i test in sala operatoria.

Rappresentazione grafica del flusso di informazioni AR (Realtà Aumentata) tra sala operatoria e utenti remoti.
Il neurochirurgo che opera con gli occhiali ARBT-300. Pannello superiore: personale in sala operatoria (ad esempio, medico, specialisti tecnici, chirurghi) che indossa occhiali AR dotati di software per la sovrapposizione di contenuti digitali (app personalizzata Unity) e / o streaming video e interazione (ad esempio, Teamviewer Pilot) dalla sala operatoria. Modelli di occhiali da sinistra: Microsoft Hololens, VuzixBlade, Epson BT-350, Epson BT-300.
Pannello inferiore: il personale esterno alla sala operatoria può visualizzare lo streaming video da occhiali dotati di Teamviewer Pilot tramite l'app TeamViewer su laptop, tablet o smartphone. 

Importante contributo è stato fornito dalla consulenza tecnica del Dott. Luca Damiani, co-founder Intravides, esperto di medical device e tecnologia medica applicata alla chirurgia. Diverse strutture sanitarie del nord Italia - primi tra tutti il dipartimento universitario di Neurochirurgia dell'Università di Torino e la Clinica Ortopedica universitaria dell’ospedale San Martino di Genova, che già collaborano col dott. Luca Damiani, hanno manifestato interesse e collaborazione attiva nello sviluppo di questa tecnologia.

¹ Neurosurgery Unit, Department of Neuroscience “Rita Levi Montalcini,” University of Torino, Turin, Italy
² Spine Surgery Unit, Humanitas Gradenigo, Turin, Italy
³ Spine Surgery Unit, Humanitas Cellini, Turin, Italy
⁴ Spine Surgery Unit, Casa di Cura Città di Bra, Bra, Italy
⁵ Intravides SRL, Palazzo degli Istituti Anatomici, Turin, Italy
⁶ LD Consulting, Chiavari, Italy
⁷ BESE Division, King Abdullah University of Science and Technology, Thuwal, Saudi Arabia
⁸ College of Science and Engineering, Hamad Bin Khalifa University, Doha, Qatar
⁹ Neuroscience Institute Cavalieri Ottolenghi, Orbassano, Italy
¹⁰ Department of Neuroscience “Rita Levi Montalcini,” University of Torino, Turin, Italy