I chirurghi possono ora navigare attraverso gli spazi corporei in modo più preciso e sicuro
Tradizionalmente, i chirurghi che lavorano su regioni anatomiche profonde sono costretti a ricorrere a incisioni invasive che disgregano i tessuti. Gli interventi chirurgici endoscopici intraluminali sono una soluzione rivoluzionaria che sfrutta le cavità naturali del corpo, come il colon, l’uretere o i vasi sanguigni, come vie di accesso. Rispetto agli interventi di chirurgia a cielo aperto, le procedure intraluminali offrono numerosi vantaggi, tra cui tempi di recupero più rapidi e cicatrici ridotte. Sebbene sia meno invasivo, questo approccio richiede un’elevata abilità e destrezza chirurgica a causa della fragilità di queste cavità, che si piegano in numerose direzioni. Inoltre, la visualizzazione risulta spesso limitata, creando ulteriori sfide. In parte finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto ATLAS ha dato un contributo importante verso la risoluzione di questi problemi integrando l’automazione robotica. Tra i progressi compiuti figurano lo sviluppo della stampa 3D, l’integrazione di sensori e l’uso di algoritmi di IA.
Stampa 3D e tecnologia intraluminale
Emmanuel Vander Poorten, coordinatore del progetto e ricercatore presso la KU Leuven, l’università che ha ospitato ATLAS, dichiara: «Il progetto ha dimostrato la fattibilità dell’impiego di stampanti 3D a basso costo per produrre (e quindi stampare) strumenti orientabili. Dotate di muscoli artificiali, queste strutture stampate in 3D possono essere introdotte nelle cavità corporee e farsi agevolmente strada verso obiettivi situati in profondità.» Il team del progetto ha sviluppato metodi di apprendimento automatico basati sull’IA per controllare questi complessi strumenti. I ricercatori di ATLAS hanno inoltre prodotto strutture in grado di piegarsi con curvature complesse quando viene applicato un campo magnetico esterno. Tra gli altri vantaggi offerti, l’attivazione magnetica apporta benefici per le applicazioni con fili guida: invece di utilizzarne diversi previamente piegati, il medico può infatti avvalersi di questa tecnica per orientare e regolare gli angoli di un unico filo guida, incrementando così l’efficienza del processo.
Soluzioni basate su tecnologia dei sensori e intelligenza artificiale sicure per le sfide chirurgiche
I risultati del progetto offrono una soluzione a problemi di difficile risoluzione, come la localizzazione esatta della posizione dei cateteri. Invece di ricorrere alla fluoroscopia tradizionale, sono stati sviluppati approcci non radiativi basati, ad esempio, sull’uso di fibre ottiche. La riduzione delle radiazioni riduce il rischio a cui pazienti e medici sono soggetti, consentendo al contempo di realizzare una visione in 3D. Le sfide attualmente esistenti nell’ambito dell’IA applicata alla chirurgia riguardano la quantità di dati di input necessari, poiché all’interno delle cavità del corpo è impossibile calcolare tutte le eventualità. Per superare questa sfida, ATLAS ha fornito un’innovativa soluzione che ricorre al rilevamento delle anomalie. Vander Poorten aggiunge: «Basandoci sui progressi compiuti nel campo dell’apprendimento profondo, abbiamo sviluppato algoritmi di IA che operano in tempo reale e potrebbero offrire ai medici intuizioni senza precedenti sul tessuto all’interno della cavità interessata.» Grazie a queste informazioni, i chirurghi possono navigare in modo più sicuro attraverso i passaggi più fragili.
Giovani ricercatori al timone del futuro della chirurgia robotica
Sulla scia del programma di Orizzonte 2020 Fostering new skills by means of excellent initial training of researchers (ovvero incentivare nuove competenze mediante un’eccellente formazione iniziale dei ricercatori), ATLAS ha fornito un programma accademico multidisciplinare unico nel suo genere per i ricercatori all’inizio della carriera interessati alla robotica applicata alla chirurgia intraluminale. L’offerta del progetto è particolarmente innovativa in quanto gli attuali programmi di formazione messi a disposizione da altre istituzioni si pongono obiettivi più ristretti, incentrati su singoli argomenti. La robotica è un campo altamente multidisciplinare che comprende meccanica, elettronica, rilevamento, software e controllo. Garantendo ai ricercatori una formazione diversificata in una gamma di tematiche più ampia, si forniscono loro gli strumenti per trovare posti di lavoro migliori e anche di affrontare le sfide del settore da una posizione di maggiore consapevolezza. Alcuni giovani ricercatori che hanno partecipato ad ATLAS hanno sviluppato la propria carriera professionale inserendosi in ruoli di post-dottorato o nell’ambito dell’industria medica, ma molti stanno ancora completando il proprio dottorato di ricerca. Indipendentemente dalla fase in cui si trovano, tuttavia, il potenziale è entusiasmante: essi sono infatti intenzionati ad applicare la tecnologia concepita da ATLAS ad altri settori, come la ginecologia, e a svilupparla ulteriormente in ambito cardiovascolare, gastrointestinale e urologico.
Parole chiave
ATLAS, stampa 3D, algoritmi di IA, chirurgia intraluminale, apprendimento profondo, robotica, automazione
