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Video Optical See-Through Augmented Reality surgical System

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La realtà aumentata fa progredire le procedure chirurgiche

Oltre a svolgere la funzione di diagnosi, la diagnostica per immagini, quali la tomografia computerizzata (TC) o la risonanza magnetica per immagini (RM), fornisce assistenza alla pianificazione preoperatoria e una guida chirurgica. Alcuni scienziati europei hanno introdotto la realtà aumentata in un nuovo casco visore che offre ai chirurghi una guida submillimetrica di intervento in tempo reale.

Salute

L’idea di ricorrere a modalità di visualizzazione di realtà aumentata per migliorare l’efficienza della percezione di un chirurgo durante un intervento non è nuova. Grazie alla realtà aumentata, è possibile osservare il mondo reale con informazioni aggiuntive che vengono proiettate virtualmente su uno schermo indossato dall’utente. Il casco visore rappresenta la soluzione più ergonomica e facilmente traducibile, ma è la qualità dei contenuti virtuali a dettare l’efficienza della chirurgia guidata dalle immagini attraverso la realtà aumentata. Il casco visore si avvale di modalità di trasparenza ottica (OST, Optical See-Through) o di vista mediata dalla videocamera (VST, Video See-Through). I display a trasparenza ottica funzionano sfruttando elementi ottici che combinano componenti reali e virtuali: le informazioni virtuali vengono proiettate all’interno della linea di vista dell’utilizzatore, aumentando la sua visione diretta del mondo reale. Nei sistemi di vista mediata dalla videocamera, una videocamera acquisisce un’immagine video digitale della realtà e la combina con immagini generate dal computer (contenuti virtuali).

Combinare le tecnologie OST e VST in un unico casco visore

L’obiettivo principale del progetto VOSTARS, finanziato dall’UE, era quello di migliorare la realtà del chirurgo aggiungendo tutte le informazioni disponibili per ottimizzare l’intervento. Il team scientifico, composto da esperti di chirurgia assistita dal computer, computer grafica, ottica ed elettronica, ha sviluppato un rivoluzionario casco visore ibrido con trasparenza ottica e vista mediata dalla videocamera. VOSTARS è l’unico casco visore con realtà aumentata in grado di offrire una precisione submillimetrica della pianificazione relativa al paziente. I ricercatori hanno integrato al suo interno due videocamere estremamente piccole con l’obiettivo di fornire una vista mediata dalla videocamera estremamente accurata e allineata, la cui modalità migliora ulteriormente l’accuratezza delle procedure chirurgiche attraverso numerosi fotogrammi video. Il casco visore ibrido offre un orientamento tridimensionale all’interno dell’anatomia del paziente e integra un software estremamente flessibile in grado di combinare applicazioni OST e VST. «Con VOSTARS, il piano preoperatorio avviene in tempo reale e la visione con realtà aumenta è superiore grazie alla combinazione di diverse modalità», spiega Vincenzo Ferrari, coordinatore del progetto VOSTARS e professore associato di Ingegneria biomedica presso l’Università di Pisa. I ricercatori hanno testato il casco visore di VOSTARS in ambito clinico con risultati molto promettenti. Secondo Ferrari: «Il traguardo più significativo del progetto è stata indubbiamente la dimostrazione del fatto che la realtà aumentata possa guidare con precisione la mano del chirurgo, offrendogli la possibilità di migliorare l’intervento».

Il casco visore di VOSTARS rappresenta il futuro della chirurgia basata su realtà virtuale?

La chirurgia guidata dalle immagini che si avvale di informazioni circa l’anatomia e la patologia del paziente offre ai chirurghi la possibilità di sfruttare la pianificazione preoperatoria, decidendo, ad esempio, le traiettorie di incisione ottimali per ridurre al minimo l’invasività e migliorare l’esito clinico. Il casco visore di VOSTARS rappresenta uno strumento rivoluzionario nell’ambito della chirurgia guidata dalle immagini, poiché consente una pianificazione in tempo reale davanti agli occhi del chirurgo. Attualmente, non sono presenti sul mercato tecnologie simili di navigazione chirurgica. Il casco visore offre infatti ai chirurghi la possibilità di visualizzare l’anatomia interna del paziente e parti del corpo generalmente non visibili a occhio nudo. Ciò è estremamente utile per interventi chirurgici quali il posizionamento di un impianto. Inoltre, il casco visore rappresenta un’alternativa ai prodotti di realtà aumentata disponibili in commercio impiegati in vari ambiti, tra cui l’avionica e l’industria automobilistica. Le attività ingegneristiche in corso per ottimizzare il prototipo sviluppato durante VOSTARS per gli interventi chirurgici sono state sostenute dal progetto ARTS4.0 sovvenzionato dal programma di finanziamento europeo Por Fesr.

Parole chiave

VOSTARS, VST, OST, chirurgia guidata dalle immagini, realtà aumentata, casco visore, vista mediata dalla videocamera, trasparenza ottica

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