Chirurgia Assistita da Computer e Chirurgia Robotica

Preferiresti essere operato da un chirurgo o da un robot?

La chirurgia robotica e assistita dai computer, che fino a poco tempo fa sembrava fantascienza, sta trasformando le sale operatorie di tutto il mondo. Questa tecnologia consente di eseguire interventi con un’elevata precisione, sia per procedure minori, che per operazioni complesse.

Ma come siamo arrivati a questo punto e quali sono le componenti necessarie per una chirurgia assistita dai computer?

La chirurgia assistita dai computer

Prima di entrare nello specifico della chirurgia robotica, esaminiamo in modo più generale la chirurgia assistita dai computer, un paradigma all’interno del quale rientra la chirurgia robotica. La chirurgia assistita dai computer (Computer Aided Surgery, CAS) è una tecnica che sfrutta computer e tecnologie avanzate per aumentare la precisione, l’accuratezza e la sicurezza delle operazioni chirurgiche. Il tipico workflow di una chirurgia assistita dai computer è formato dalle seguenti tre fasi: visualizzazione/modellizzazione, pianificazione, ed esecuzione.

La fase pre-operatoria

Il paradigma della CAS inizia a modificare la procedura clinica ben prima del momento dell’operazione. Infatti, per poter applicare tale paradigma è necessario svolgere una serie di operazioni molto importanti nella cosiddetta fase pre-operatoria. Tale fase, come dice il nome, precede l’intervento chirurgico.

Visualizzazione e modellizzazione

La fase pre-operatoria inizia con l’acquisizione di un’immagine tridimensionale dell’anatomia del paziente, fondamentale per comprendere lo stato delle strutture corporee che saranno oggetto di intervento chirurgico. Questo viene generalmente realizzato mediante una TAC (Tomografia Assiale Computerizzata). La TAC è una tecnica di imaging medico che fornisce dettagliate informazioni sull’anatomia del paziente, particolarmente utile per valutare le condizioni delle strutture ossee. Quando è necessario concentrarsi sui tessuti molli, invece, si può ricorrere alla Risonanza Magnetica, che offre una migliore visualizzazione di tali strutture.

Una volta acquisite le immagini, nella fase pre-operatoria, si procede alla visualizzazione e modellizzazione delle strutture corporee di interesse attraverso un processo chiamato “segmentazione”.

La segmentazione consiste nell’identificare e delimitare le diverse strutture anatomiche, o le regioni di interesse all’interno delle immagini mediche, tracciandone chiaramente i contorni. Questo processo può essere eseguito manualmente, in modo semiautomatico, oppure automaticamente, utilizzando algoritmi di elaborazione delle immagini.

Al termine della fase di visualizzazione e modellizzazione, si ottiene un accurato modello specifico del paziente. Tale modello mostra chiaramente l’anatomia del paziente e ne mette in evidenza le strutture corporee di interesse per l’intervento chirurgico. Queste informazioni sono fondamentali per le fasi successive e, in generale, per la buona riuscita dell’operazione.

Pianificazione

Durante la fase di pianificazione di un intervento chirurgico, si sfrutta il modello anatomico specifico del paziente creato nella fase precedente per sviluppare un piano chirurgico virtuale dettagliato e personalizzato. Questo processo implica l’ottimizzazione delle procedure chirurgiche attraverso l’utilizzo delle moderne tecnologie digitali.

In questa fase in particolare, i chirurghi possono esaminare attentamente il modello 3D del paziente e identificare le strutture anatomiche coinvolte nell’intervento. Utilizzando software specializzati, è possibile definire con precisione i punti di incisione, l’angolo di taglio, e altre variabili pertinenti all’operazione. Questo livello di dettaglio consente ai chirurghi di pianificare con precisione ogni passo dell’intervento, riducendo al minimo il rischio di errori, e massimizzando l’efficacia dell’intervento stesso. Inoltre, durante la fase di pianificazione, possono essere impostati parametri quantitativi che guidano l’esecuzione dell’intervento; ad esempio, questi possono includere la profondità di incisione o la direzione del movimento degli strumenti chirurgici.

La fase intra-operatoria

Una volta terminata la fase pre-operatoria, si passa alla fase intra-operatoria, durante la quale vengono impiegate altre tecniche avanzate per guidare il medico nel seguire e completare il piano chirurgico precedentemente elaborato.

Esecuzione

La fase intra-operatoria rappresenta il momento cruciale in cui il chirurgo mette in atto il piano chirurgico precedentemente pianificato. Durante questa fase, il chirurgo si può avvalere di strumenti di navigazione, capaci di fornire indicazioni in tempo reale sulla posizione degli strumenti chirurgici.

Ad esempio, il chirurgo potrebbe aver bisogno di conoscere se, mentre sta per tagliare il paziente, il bisturi sia posizionato esattamente nel punto previsto dal piano chirurgico. Questa informazione viene fornita dal sistema di navigazione, che sfrutta un sistema di telecamere posizionate nella sala d’intervento e una serie di markers posizionati sullo strumento chirurgico. Tale sistema è in grado di mostrare al chirurgo, tramite una croce rossa disegnata sul piano chirurgico elaborato, la posizione dello strumento in tempo reale. Se la posizione nel “mondo reale” corrisponde a quella pianificata, il chirurgo può iniziare l’intervento.

Chirurgia robotica

Durante l’esecuzione dell’intervento, il chirurgo può avvalersi di dispositivi robotici che possono migliorare la precisione, l’accuratezza e la sicurezza delle operazioni chirurgiche. Questi dispositivi possono possedere diversi gradi di autonomia. Nella maggior parte dei casi, essi rimangono sotto il controllo del chirurgo, che li manovra per eseguire l’intervento; talvolta, invece, i robot possono eseguire l’intervento in totale autonomia, basandosi sul piano chirurgico elaborato. In particolare, esistono tre diversi livelli di autonomia per i robot chirurgici.

I robot privi di autonomia sono dispositivi passivi, in cui il chirurgo controlla il movimento dei manipolatori da una consolle. In questo caso, il vantaggio sta principalmente nel fatto di riuscire a eseguire operazioni mini-invasive.

I robot con autonomia parziale sono in grado di imporre vincoli geometrici e di movimento che, in ultima analisi, aumentano l’accuratezza e la sicurezza. Ad esempio, qualora il chirurgo stia per compiere un movimento non previsto all’interno del piano chirurgico e potenzialmente dannoso, il robot interviene bloccando tale movimento. Un’altra applicazione di questi dispositivi è, invece, la riduzione del tremore durante l’intervento.

I robot con completa autonomia, invece, sono i più complessi, e sono in grado di realizzare un piano chirurgico senza alcun intervento umano. In questi casi è ancora più importante realizzare un piano chirurgico dettagliato e preciso, in quanto questa sarà l’unica fonte su cui si basa la procedura del robot.

Chirurgia assistita dai computer – Ne vale la pena?

In conclusione, la chirurgia assistita dai computer si presenta come un ambito in continua evoluzione, capace di offrire notevoli vantaggi nel migliorare la precisione, ridurre il rischio di errori e ottimizzare i risultati chirurgici. Tuttavia, come abbiamo visto la sua applicazione è piuttosto complessa, e questo solleva interrogativi sulla sua applicazione generalizzata. La decisione di adottare questo paradigma deve essere ponderata attentamente, tenendo conto dei suoi benefici potenziali e delle sfide pratiche.

Ad oggi, si osserva che le tipologie di intervento chirurgico che traggono maggior beneficio dalla CAS sono quelle ad elevata complessità e precisione, come ad esempio la neurochirurgia e la chirurgia ortopedica. Questi ambiti possono trarre vantaggio dall’ausilio della tecnologia per migliorare la precisione e ridurre al minimo i rischi durante le procedure. Tuttavia, è fondamentale continuare a investigare e sviluppare la CAS, affinché possa essere sempre più accessibile e efficace in una gamma più ampia di contesti chirurgici.