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Storie di successo dei progetti - Tagliati apposta: robot in sala operatoria

I robot che tagliano e cuciono non sono nuovi alla professione medica. Da tempo i chirurghi impiegano questi robot per assistere durante procedure semplici, ma anche più complicate. Tuttavia, questi affidabili assistenti chirurgici potrebbero un giorno dominare in sala operatoria; ed è ciò che cercheranno di dimostrare i ricercatori europei del progetto Accurobas (Accurate robot assistant).
Storie di successo dei progetti - Tagliati apposta: robot in sala operatoria
Quando sentiamo la parola "chirurgia" ci viene in mente l'immagine di un'incisione abbastanza grande da permettere al chirurgo di vedere l'organo con i propri occhi e toccarlo con le proprie dita. A volte, i danni causati alla pelle e ai muscoli per accedere alla parte interessata sono più gravi della procedura curativa stessa. Questa incisione è la lettera scarlatta della chirurgia tradizionale.

Non sorprende, quindi, che ci si sposti sempre di più verso la chirurgia minimamente invasiva, eseguita attraverso piccole incisioni nella pelle del paziente per preservare gli organi e i tessuti sani. In genere, i chirurghi inseriscono due piccoli tubi e utilizzano quelli che vengono chiamati endoscopi: uno trasporta una telecamera a fibre ottiche e delle fonti luminose, l'altro trasporta strumenti chirurgici miniaturizzati.

Il chirurgo opera con strumenti lunghi e sottili, che forniscono poco feedback e offrono una visione limitata del campo operatorio attraverso una singola telecamera. Questo metodo richiede anche una buona coordinazione occhio-mano. Per questo motivo, molte procedure chirurgiche complesse devono ancora essere eseguite in modo tradizionale, "più invasivo".

Prossima tappa: la chirurgia robotica

L'obiettivo dell'Istituto di tecnologia di Karlsruhe (KIT), in Germania, e dei suoi partner del progetto Accurobas era di riuscire a superare questi limiti attraverso la robotica. Anche se può sembrare futuristico, la chirurgia robotica è un'estensione delle tecniche mininvasive. La differenza sta nel fatto che il chirurgo utilizza bracci robotici invece di endoscopi e strumenti come il bisturi e la pinza.

I robot studiati nel progetto Accurobas appartengono alla nuova classe di robot leggeri che hanno un ingombro molto ridotto, spiega il responsabile del progetto, il dottor Joerg Raczkowsky del KIT. "Potrebbero essere facilmente configurati per le esigenze specifiche delle operazioni chirurgiche, dice.

Mirosurge è un tale robot, che può assistere il chirurgo direttamente al tavolo operatorio. Progettato presso il Centro aerospaziale tedesco (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt - DLR), il robot consiste di tre bracci robotici MIRO® che vengono inseriti nel corpo del paziente attraverso piccole incisioni. Un braccio guida un laparoscopio - un endoscopio simile a un telescopio - e due bracci agiscono come le mani del chirurgo.

Dall'altra parte della sala operatoria, il chirurgo siede comodamente davanti a un visualizzatore stereoscopico ergonomicamente corretto, che mostra immagini video in tempo reale e ad alta risoluzione raccolte da una coppia di telecamere sul laparoscopio. Grazie al visualizzatore, il chirurgo può guardare direttamente nel punto di intervento nel corpo del paziente.

Mentre il chirurgo muove le mani, i bracci robotici all'interno del corpo del paziente imitano i suoi movimenti, il taglio e la sutura. Degli attuatori flessibili facilitano il movimento delle braccia del robot. Ancora più importante, dei sensori di coppia torcente miniaturizzati inviano feedback sulle forze di reazione, mettendo il chirurgo di nuovo in contatto con il tessuto che viene manipolato.

Oltre i limiti della destrezza umana

Questo nuovo robot chirurgico consente ai chirurghi di eseguire operazioni con precisione ineguagliata in un modo che riduce il rischio di complicanze e richiede minor personale durante la procedura chirurgica. I pazienti hanno il vantaggio di incisioni più piccole, meno dolore post-operatorio e un recupero più rapido.

"Non c'è confronto con le enormi cicatrici e la lunga degenza ospedaliera della chirurgia tradizionale "aperta"," dice il dottor Raczkowsky. E grazie alle migliori condizioni ergonomiche, il chirurgo si affatica meno e può produrre risultati migliori per i pazienti.

In particolare, con dimensioni simili a quelle del braccio umano e un peso di 10 chilogrammi, il sistema robotico MIRO® offre ai chirurghi sette gradi di libertà di movimento, proprio come il polso umano. Inoltre, visto che un computer digitalizza i movimenti, i tremori o spasmi delle mani sono trasformati in un movimento fluido e continuo, necessario per una procedura delicata.

Il laparoscopio ad alte prestazioni ha due canali di visione indipendenti. La fusione delle due immagini offre al chirurgo una precisa percezione della profondità. Il sistema robotico contiene inoltre un software di elaborazione delle immagini per il miglioramento dei margini e una riduzione del rumore. L'immagine ad alta risoluzione tridimensionale (3D) prodotta è luminosa, nitida e chiara.

Ma forse la funzione più promettente in termini di interazione uomo-robot è il tracciatore oculare, che calcola il "punto di fissazione" dello sguardo del chirurgo sul display 3D che rappresenta l'area di intervento. Queste informazioni possono poi essere utilizzate in vari modi, ad esempio, per fermare il battito del cuore!

Ampiamente chiamata stabilizzazione del movimento sguardo-contingente, esso utilizza le informazioni relative alla profondità del tessuto e della frequenza dei cambiamenti di profondità, e regola la telecamera e gli strumenti automaticamente a muoversi con la stessa frequenza ed sullo stesso piano. In effetti, permette al chirurgo di operare su quello che è essenzialmente un fermo immagine.

Guardando al futuro

È evidente che il futuro della chirurgia sta nell'impiego di robot; sembrano crederlo anche i ricercatori europei del progetto Accurobas. Usando strumenti simili a Mirosurge si può migliorare la coerenza e la precisione della chirurgia. Questo assistente chirurgico di precisione sta introducendo un nuovo paradigma per l'esecuzione della chirurgia. "Il chirurgo sarà incaricato della vigilanza integrata", dice il dottor Raczkowsky.

Benché le applicazioni siano molto vaste, le nuove tecnologie Accurobas esigono una particolare competenza da parte del chirurgo. Data anche la complessità delle procedure chirurgiche e l'alta incidenza di complicazioni impreviste, il giorno in cui robot sofisticati regneranno in sala operatoria è probabilmente ancora abbastanza lontano.

Alcuni interrogativi rimangono ancora senza risposta, soprattutto per quanto riguarda i dispositivi robotici che effettivamente operano su esseri umani. Visto che possono rappresentare un rischio significativo per la salute del paziente, i bracci robotizzati sono in corso di valutazione non solo per l'efficacia, ma anche per la sicurezza.

I primi test in laboratorio hanno rivelato un chiaro beneficio dell'uso di robot leggeri per due diverse procedure: l'osteotomia laser e la palpazione. Durante l'osteotomia, l'osso era accorciato o allungato o il suo allineamento modificato utilizzando un laser ad anidride carbonica. La palpazione, d'altra parte, ha coinvolto l'esame fisico del paziente in cui si avverte tessuto o un organo di determinare le dimensioni, la forma e la fermezza e la posizione.

Dopo la fine del progetto nel 2009, tre soci - l'Università di Verona in Italia, il KIT in Germania e il Centro aerospaziale tedesco - si sono aggiudicati quasi 3,9 milioni di euro, tramite il Settimo programma quadro, per il proseguimento dell'Accurobas nell'ambito del progetto Safros ("Patient safety in robotic surgery").

Nel frattempo, l'Altair Lab presso l'Università di Verona ha creato un azienda spin-off, non solo per l'industrializzazione, ma anche per commercializzare le tecnologie più promettenti sviluppate nel corso del progetto Accurobas. Altairmed srl si è impegnata ad accelerare l'adeguamento degli assistenti robotici di precisione nella chirurgia mininvasiva.

Il progetto Accurobas STREP ("Specific targeted research project") ha ricevuto finanziamenti per oltre 3 milioni di euro attraverso il tema "Tecnologie della società dell'informazione" (IST) del Sesto programma quadro di ricerca.

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