VIDEO | A Bologna condotta prima operazione con realtà aumentata

La sala operatoria era reale ma il chirurgo, durante l’intervento, vedeva di fronte a sé anche elementi virtuali. È successo al Policlinico Sant'Orsola Malpighi di Bologna

BOLOGNA – Si è conclusa con successo al Policlinico Universitario Sant’Orsola di Bologna la prima operazione chirurgica al mondo condotta in una sala operatoria reale, ma in cui il chirurgo, durante l’intervento, vedeva di fronte a sé anche elementi virtuali, in grado di supportarlo e guidarlo. Questo è stato possibile grazie a un visore di Realtà Aumentata all’avanguardia, il Vostars, che il chirurgo ha indossato durante l’intervento ed in grado di aggiungere alla realtà informazioni essenziali sul paziente e guidarlo durante la procedura. Il visore, di nuova generazione, è il risultato di un progetto europeo coordinato dall’Università di Pisa e che vede l’Università di Bologna come partner responsabile della sperimentazione clinica.

“Fino a questo momento- spiega Vincenzo Ferrari, ingegnere biomedico al Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa e coordinatore del team europeo che ha progettato Vostars- la realtà aumentata non è stata sfruttata appieno in sala operatoria. I visori attualmente in commercio rendono disponibili direttamente nel campo visivo alcuni contenuti digitali, come per esempio l’immagine tridimensionale dell’organo da operare. Queste immagini virtuali, ottenute dagli scanner radiologici (come TAC e Risonanza Magnetica) vengono di solito visualizzate dal medico prima dell’operazione, per aiutarlo nella preparazione dell’intervento. Non era mai accaduto fino ad ora, però, che un visore fosse usato per guidare il vero e proprio atto chirurgico, a causa della difficoltà per il nostro occhio nel mettere a fuoco gli oggetti reali e virtuali contemporaneamente”.

La messa a fuoco degli oggetti virtuali implica infatti che quelli reali siano visti sfocati, perché l’occhio li percepisce a due distanze diverse. Questo non può ovviamente accadere nel momento in cui il medico ha un bisturi in mano, e fino ad ora è stato quindi impossibile sfruttare l’informazione virtuale per guidare l’operazione. Eventuali informazioni aggiuntive su paziente e intervento devono quindi essere riportate su un monitor esterno, obbligando il medico a spostare lo sguardo e la concentrazione dal paziente al monitor, con un continuo passaggio che risulta faticoso e talvolta inefficace. Il visore Vostars è stato sviluppato per far fronte a questi problemi.

Frutto di un progetto europeo (www.vostars.eu) coordinato dall’Università di Pisa, ha visto scienziati e tecnici di quattro paesi diversi lavorare per tre anni con lo scopo di mettere a punto un visore chirurgico indossabile altamente innovativo, in grado di rendere disponibili direttamente nel campo visivo del chirurgo, anche durante l’operazione, le informazioni specifiche relative al paziente e quelle più generali che riguardano gli organi coinvolti nell’intervento.

“Per farlo- prosegue Ferrari- abbiamo dovuto risolvere problemi molto complessi, che riguardano principalmente la coordinazione occhio-mano e la coerenza tra l’immagine reale e quella virtuale temporalmente, spazialmente ed in termini di messa a fuoco. E’ ovvio che se il chirurgo deve seguire una linea di taglio virtuale queste deve apparire nel posto giusto ed al momento giusto dell’intervento, ma ottenerlo non è banale. Inoltre, la guida virtuale ed il paziente devono essere poter essere messi a fuoco contemporaneamente per permettere al chirurgo di seguirla col bisturi”.

Grazie a una videocamera, Vostars combina le immagini di fronte al chirurgo con le immagini radiologiche del paziente, e fa in modo che le due restino perfettamente coerenti e a fuoco. Inoltre, durante le fasi dell’intervento dove la guida virtuale accurata non è richiesta (come all’inizio o alla fine), il visore può diventare trasparente permettendo al chirurgo di avere una vista naturale del campo operatorio direttamente con i propri occhi. La possibilità di passare tra la vista mediata dalla videocamera – ‘video see-through’ – a quella naturale con il visore trasparente – ‘optical see through’ – è la caratteristica distintiva di VOSTARS il cui acronimo significa appunto ‘Video-Optical See-Through Augmented Reality System'”.

L’intervento pilota, un’operazione di chirurgia maxillo-facciale, consisteva nel resecare e riposizionare mascella e mandibola di un paziente per ripristinare le funzionalità del morso. “Grazie al visore Vostars- commenta il dottor Giovanni Badiali, responsabile del progetto presso il Policlinico Universitario Sant’Orsola di Bologna, che ha eseguito l’operazione- prima dell’intervento abbiamo visualizzato nella realtà aumentata l’anatomia di scheletro facciale, mascellari e linee di taglio. Nel passo successivo, durante l’operazione il dispositivo ha consentito di visualizzare una linea tratteggiata in 3D direttamente sull’osso del paziente, mostrando il percorso da seguire con lo strumento chirurgico. Con l’aiuto del visore siamo riusciti ad eseguire il taglio della mascella con la precisione richiesta”. Ulteriori sperimentazioni sono in calendario al Policlinico. Una volta a regime, il sistema permetterà una riduzione dei tempi degli interventi e un aumento della precisione.

IL CHIRURGO: CORONATO LAVORO DI ANNI

“E’ il coronamento di un lavoro durato anni”. E’ grande la soddisfazione di Giovanni Badiali, ricercatore e chirurgo del Policlinico Sant’Orsola di Bologna, che per primo ha utilizzato la realtà aumentata per eseguire un intervento maxillo-facciale. Una tecnologia che lui stesso ha contribuito a realizzare, in collaborazione con l’istituto di Fisica dell’Università di Pisa, nell’ambito di un progetto di ricerca finanziato dall’Europa.

Ricercatore a tempo determinato di tipo B dell’Alma Mater di Bologna, 39 anni, per Badiali la realtà aumentata applicata alla chirugia maxillo-facciale è un vero pallino. All’Ateneo felsineo ha conseguito il dottorato di ricerca con una tesi proprio su questo tema. E oggi appunto ha il frutto di anni di studio e lavoro tra le mani. “E’ una tecnologia- spiega Badiali, oggi in conferenza stampa al Policlinico- che consente in sala operatoria di visualizzare direttamente sul paziente molte informazioni aggiuntive, che aiutano il chirurgo a conoscere l’anatomia e a seguire piani di intervento programmati al computer il giorno prima”.

Ad esempio, nel caso dell’intervento in questione, la realtà aumentata è servita per guidare la mano del chirurgo nell’eseguire un taglio dell’osso mascellare e nel riposizionarne un segmento. Le indicazioni del visore compaiono “direttamente sul paziente– spiega il chirurgo- è come avere sul parabrezza dell’auto le indicazioni del navigatore, invece che in uno schermo sul cruscotto. Quello che a volte ci fa sbagliare in macchina è che serve un certo tempo per passare con lo sguardo dal navigatore alla strada. Se le indicazioni sono mostrate direttamente sulla strada, questo tempo si annulla e l’incrocio non viene più perso”.

Sul visore, spiega ancora il chirurgo del Sant’Orsola, si vede allo stesso tempo sia il paziente sia tutte le informazioni virtuali sulle linee di taglio da seguire, l’anatomia della persona da operare e le indicazioni su come riposizionare le parti dello scheletro facciale. “Uno dei lavori fatti nello sviluppo del visore- rimarca Badiali- è stato rendere il sistema il più ergonomico possibile per il chirurgo, quindi evitare i disturbi legati alla visione di due cose simultaneamente. L’obiettivo è proprio riuscire a fondere dal punto di vista percettivo il virtuale con il reale”.

Dall’utilizzo della realtà aumentata in sala operatoria, continua il chirurgo del Sant’Orsola, “ci aspettiamo che possa aumentare la precisione e la velocità” degli interventi, ma anche “ridurre l’invasività” di certe operazioni chirurgiche. Solo però con ulteriori prove “sapremo se è una tecnologia che ci dà davvero dei vantaggi”, sottolinea Badiali. Altre operazioni sono già state programmate per questo. “Il visore è stato utilizzato per la prima volta in un intervento abbastanza standard- spiega il chirurgo- la prospettiva è estendere questa tecnologia a tutti i possibili interventi sull’apparato scheletrico”. Prima di sperimentare la realtà aumentata in sala operatoria, “sono stati fatti numerosi test su manichini– continua Badiali- creati su misura dei pazienti che sono stati operati, in modo da rendere la procedura già ‘vissuta’ dal chirurgo”.