Robot-assisted surgery

Chirurgia robotica: cosa ci riserva il futuro?

Robot chirurgici sempre più intelligenti potranno operare in tutto il mondo, anche a distanza, grazie a intelligenza artificiale e realtà aumentata. Il 5G su larga scala sarà tecnologia abilitante. E in Italia?

Pubblicato il 11 Ott 2021

La necessità di ridurre le complessità delle procedure chirurgiche, la crescente domanda di una ridotta invasività e di una maggiore efficienza in campo medico hanno trovato una risposta: l’impiego di robot chirurgici. Questi sistemi, che offrono alta precisione, elevata sicurezza e ridotta invasività, hanno fornito alla chirurgica robotica un importante impulso. La logica conseguenza è un sensibile aumento del mercato.
Nel 2020, secondo la società di ricerca Statzon, la dimensione del mercato globale dei robot chirurgici è stata di circa 5,4 miliardi di dollari, ma è prevista una crescita a un CAGR del +13,8% fino al 2028, quando si raggiungeranno i 15 miliardi di dollari. Le tendenze chiave e i driver che hanno trainato la crescita sono da attribuire a maggiori finanziamenti per la ricerca sui robot medici, all’ottimizzazione dei costi nella riabilitazione post-operatoria dei pazienti, all’invecchiamento della popolazione e alla crescente domanda di automazione sanitaria.

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Mercato globale dei robot chirurgici (fonte: Statzon)

Robot chirurgici sempre più intelligenti 

Data la complessità del corpo umano e le differenze fisiologiche tra gli individui, i sistemi robotici chirurgici sono progettati per fungere da partner per i medici così che li possano aiutare a svolgere interventi in modo efficiente, sicuro e semplice. Rispetto alla tradizionale chirurgia open, la chirurgia robot-assistita comporta un basso trauma e un breve tempo di recupero. Tuttavia, per i chirurghi assistiti da robot, la chirurgia mininvasiva spesso necessita di un rigido apprendimento a causa dell’uso di strumenti instabili all’interno di un campo operatorio che viene visualizzato solo indirettamente tramite monitor. Piuttosto che essere semplicemente un bisturi in mano a un dottore, il robot chirurgico ideale dovrebbe essere abbastanza intelligente da risultare un’estensione del braccio del medico, dovrebbe mostrare flessibilità operativa ed essere facilmente controllabile.

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Per raggiungere questo obiettivo, i sistemi robotici dovrebbero avere una certa “comprensione” dello scopo dell’intervento chirurgico e anche informazioni sull’intervento stesso, compreso l’ambiente chirurgico, la pianificazione e i processi. Pertanto, si dovrebbe avere un’evoluzione verso sistemi robotici chirurgici intelligenti che identifichino le operazioni di un medico durante gli interventi (al fine di migliorare la precisione dell’incisione e della sutura) e che possano guidare e pianificare tutto il processo di un’operazione chirurgica.

La navigazione guidata dalle immagini

Il futuro della chirurgia robotica si sta spostando verso sistemi più utilizzabili e intelligenti, in grado di eseguire una gamma più ampia di procedure. La navigazione guidata dalle immagini, che può incorporare l’imaging da scansioni tomografiche, ultrasuoni o fluoroscopia, sta diventando uno standard nelle piattaforme robotiche perché fornisce una visione diretta dell’anatomia altrimenti oscurata. Sono ora consentiti interventi chirurgici che una volta erano irrealizzabili a causa dell’impossibilità di posizionare un obiettivo nel corpo. La navigazione è particolarmente utile durante le procedure minimamente invasive, che limitano la visione del chirurgo dell’area operatoria. Nella piattaforma Mazor di Medtronic, per esempio, le telecamere 3D mappano il sito chirurgico per un movimento ottimale del braccio robotico, aumentando così la precisione.

Realtà aumentata per la chirurgia

Le telecamere robotiche possono anche emettere e quantificare l’autofluorescenza tissutale degli spettri di riflettanza per evidenziare qualsiasi patologia chirurgica microscopica per la resezione. La visualizzazione multimodale, in cui i modelli anatomici 3D sono sovrapposti a feed video live, rappresenta l’avanguardia dei sistemi di navigazione chirurgica, in particolare per le piattaforme robotiche. Questo tipo di visualizzazione, considerata una sorta di realtà aumentata (AR) per la chirurgia, visualizza lesioni o strutture che un chirurgo, altrimenti, percepirebbe solo al tatto. Nelle laparoscopie, è stato dimostrato che le tecniche AR riducono il carico cognitivo dei chirurghi, migliorando così l’efficienza. Tuttavia, le soluzioni attuali richiedono una migliore percezione della profondità e un tracciamento più sofisticato per rilevare meglio gli strumenti nel corpo.

L’intelligenza artificiale nella chirurgia robotica

Gli sviluppi nella tecnologia dei sensori hanno anche alimentato i progressi nella tecnologia complementare: l’intelligenza artificiale (AI). Alcuni sistemi, come Titan Sport, sfruttano l’automazione per posizionare le telecamere seguendo lo sguardo del chirurgo o la posizione dei loro strumenti. Altri, come Accuray Cyberknife S7, sono completamente autonomi. Questo sistema di precisione utilizza l’intelligenza artificiale per adattare, in tempo reale, l’erogazione delle radiazioni  al paziente. In tal modo, migliora l’efficienza del flusso di lavoro e avvantaggia il paziente riducendo drasticamente i giorni di radioterapia. Allo stesso modo, nelle sostituzioni del ginocchio, i robot autonomi possono operare sull’osso con maggiore precisione rispetto ai chirurghi umani. Tuttavia, durante la manipolazione autonoma dei tessuti molli, per un robot è più difficile raggiungere tale precisione.

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Il sistema di chirurgia robotica Accuray Cyberknife S7 (fonte: Accuray)

Robot che operano in autonomia: la sfida della sutura

La sutura semi-autonoma è una “grande sfida” della robotica chirurgica.
Il robot STAR (Smart Tissue Autonomous Robot), un sistema completamente autonomo, include un dispositivo personalizzato, sensibile alla forza, per suturare i tessuti molli e una telecamera a infrarossi che cattura i tessuti molli iniettati con marcatori fluorescenti.
Una maggior destrezza e precisione possono essere ottenute progettando e testando una varietà di end-effector, cosa che gli ingegneri di MANTA hanno fatto con successo. Questa maggiore precisione promette di ridurre i tempi della procedura. Amplia, inoltre, la gamma di interventi che i robot possono eseguire. Per esempio, è attualmente in corso la prima sperimentazione umana di un robot che esegue la “supermicrochirurgia“, un intervento chirurgico su vasi da 0,3-0,8 mm. Sebbene solo un numero molto ridotto di chirurghi possa eseguirlo, se la sperimentazione avrà successo, i robot saranno anche in grado di riparare la microvascolarizzazione con maggiore precisione e velocità. I nuovi sistemi di robotica chirurgica saranno in grado di svolgere compiti ripetitivi con maggiore precisione e maggiore autonomia, liberando i chirurghi che possono così concentrarsi su aspetti più complessi di una procedura e prendere decisioni più informate.

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Chirurghi all’opera con il robot STAR (fonte: Axel Krieger)

5G tecnologia abilitante per le operazioni a distanza 

Oggi l’uso dei robot chirurgici viene effettuato essenzialmente in presenza. Tuttavia, ci sono già alcuni impieghi che mostrano le grandi potenzialità che possono avere nelle operazioni a distanza. In effetti, l’uso evoluto che si può fare delle telecamere consente di operare come se si fosse accanto al paziente anche se si è a migliaia di chilometri, arrivando così  ad eseguire, ad esempio, una chirurgia cardiaca robotica minimamente invasiva per interventi quali  la sostituzione della valvola mitrale, tricuspide o aortica.

Resta però il problema che, per effettuare un intervento a distanza, si deve poter fare affidamento su un collegamento di rete a banda larga e sicuro, che consenta un’ottima riproduzione di video ad alta risoluzione e riduca praticamente a zero le latenze. Ciò si dovrebbe poter ottenere a breve con la diffusione su larga scala dei collegamenti 5G, che promettono velocità fino a 10 GB al secondo con una latenza di circa 2 secondi. In pratica, le condizioni ottimali per poter eseguire operazioni a distanza tramite la chirurgia robotica.

La chirurgia robotica in Italia

Le piattaforme di chirurgia robotica attualmente presenti sul mercato italiano sono il Da Vinci (creato da Intuitive Surgical, Usa) e l’ALF-X (di TransEnterix, Usa), utilizzato soprattutto nel campo ginecologico. Esistono anche altri sistemi robotici ma, a differenza di quelli appena citati, non sono videoassistiti e trovano applicazione solo in specifiche chirurgie (quali l’ortopedia, la chirurgia addominale, l’urologia e la ginecologia) e, in alcuni casi, sono utilizzati come supporto alla videoendoscopia.

Il robot Da Vinci (fonte: Intuitive Surgical)

Il robot chirurgo Alf-X (e il suo innovativo sistema, precisamente, il “TELELAP ALF-X”) è stato progettato e creato in Italia nel 2002 ad opera di SOFAR, azienda farmaceutica italiana la cui divisione robotica è stata acquisita nel 2015 dalla società TransEnterix, Usa). Esso è stato impiegato per la prima volta al mondo al Policlinico universitario Gemelli di Roma per interventi ginecologici che possono essere eseguiti in laparoscopia. Mosso con la massima precisione dal chirurgo attraverso una console, il robot è utilizzato per tutti gli interventi ginecologici che hanno un’indicazione laparoscopica: patologie benigne e stadi iniziali di patologie ginecologiche oncologiche. Un avanzato sistema di puntamento oculare permette di controllare la visione endoscopica in tre dimensioni attraverso sensori che, seguendo i movimenti oculari del chirurgo, muovono la telecamera 3D ad alta definizione sul campo operatorio. Inoltre, questo sistema d’inseguimento oculare consente al chirurgo di ingrandire facilmente l’immagine 3D, per una visione completa fino al minimo dettaglio.

Il sistema robotico Da Vinci Si – in dotazione al Policlinico di Abano – è la terza e più aggiornata versione del robot. E’ utilizzato prevalentemente nelle procedure chirurgiche addominali e toraciche nell’ambito della chirurgia generale, dell’urologia e della ginecologia. Il sistema si avvale della presenza di quattro bracci che svolgono funzioni diverse: tre di essi sorreggono gli strumenti necessari al chirurgo (bisturi, forbici o strumenti di elettrocauterizzazione), mentre il quarto braccio sostiene una telecamera grazie alla quale il chirurgo ottiene una completa visione stereoscopica in tre dimensioni del campo operatorio. Il medico rimane quindi seduto davanti a un pannello di controllo e, attraverso un visore, può vedere un’immagine tridimensionale della procedura mentre manovra i bracci tramite pedali e controlli manuali.

Presso il Policlinico di Bari sono stati installati due robot Da Vinci, con l’obiettivo di raddoppiare la possibilità di eseguire interventi in robotica assistita, estendendo l’applicazione non solo all’urologia ma anche alla ginecologia, alla chirurgia generale e toracica. Nel 2018 sono stati 255 gli interventi di chirurgia robotica eseguiti al Policlinico di Bari dalle due unità operative di urologia e nel 2019 sono saliti a 360. Nel 2020, nonostante ci sia stato il blocco delle attività chirurgiche non urgenti nei mesi del lockdown, le due unità operative hanno continuato a operare i pazienti oncologici eseguendo 200 interventi con l’impiego del robot.

Tutte le patologie urologiche, sia neoplastiche sia malformative, possono avvalersi della chirurgia robotica assistita, per soggetti di tutte le età, garantendo un’estrema precisione nell’esecuzione della procedura grazie al sistema “EndoWrist®” che consente agli strumenti una libertà di movimento su 7 assi e una rotazione di quasi 360°, in maniera molto simile a quanto avviene con il polso umano.

L’utilità dei robot chirurgici è un fatto indiscusso. “Aiutano il nostro lavoro perché ci facilitano alcuni passaggi, specie quando si effettuano interventi in laparoscopia – afferma Pierluigi Marini, presidente Acoi (Associazione chirurghi ospedalieri italiani) e direttore del dipartimento di Emergenza e chirurgie specialistiche dell’Azienda ospedaliera San Camillo di Roma. Abbiamo una maggior sicurezza e una qualità più alta: immagino che nei prossimi 10 anni in tutte le sale operatorie ci sarà un robot”.

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