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Tecnologie di supporto Terapia e Chirurgia

Dalla Silicon Wadi Israeliana nasce “X-Vision”: la realtà aumentata negli occhi del chirurgo

Scritto da Isabella Vignoli

La vista potenziata a raggi X con cui riuscire a vedere oltre la superficie di cose o persone, è sempre stata una prerogativa solo di Superman e di altri supereroi dei fumetti… fino ad oggi. Ebbene negli ultimi anni da un’azienda Israeliana, Augmedics (con sede a Yokne’am Illit) fondata nel 2014, è nata l’idea creare un device che potesse potenziare normale la vista del chirurgo durante le complesse operazioni che richiederebbero la continua consultazione dei monitor con le immagini radiografiche del paziente. L’innovazione del device in questione sarebbe quella di utilizzare avanzate tecnologie di ricostruzione 3-D ed elaborazione delle immagini radiografiche per poi dotare i chirurghi di un apparecchio di visualizzazione AR (realtà aumentata). In questo modo si potenzia la vista del chirurgo attraverso la sovrapposizione di immagini (ossia la radiografica dell’interno del paziente e quella naturale del campo operatorio esterno) abbattendo i tempi in cui lo stesso dovrebbe distogliere lo sguardo durante un’operazione per consultare il monitor.

L’apparecchio che è stato progettato si chiama XVISION, ma andiamo con ordine specificando di cosa si tratta.

Realtà aumentata mediante l’ausilio dei raggi X

XVISION utilizzato da un chirurgo durante interventi complessi e delicati,come ad esempio interventi alla spina dorsale

Per Realtà aumentata (AR) si intende l’aumento della percezione sensoriale umana convogliando elettronicamente una serie di informazioni, in genere manipolate, che non sarebbero percepibili con il solo uso del sensi umani. I primi esempi di AR sono stati introdotti nel settore dell’aeronautica militare sotto forma di head-up display (HUD) – visore a sovrimpressione – sugli aerei da combattimento per mostrare ai piloti dati di volo come, per esempio, la quota e velocità del velivolo o la distanza dall’obiettivo, senza distogliere lo sguardo dalla “guida” per controllare tutta la strumentazione di bordo.
Già nel 1968 lo scienziato e informatico statunitense Ivan Sutherland, costruì il primo sistema di Realtà virtuale con visore, primitivo sia per quanto riguardava il tipo di interfaccia con l’utente sia per il genere di realismo offerto, inoltre era molto pesante, tanto da dover essere necessariamente appeso ad un supporto per essere indossato. Proprio la caratteristica di essere collegato ad un supporto sovrastante l’utente ne ispirò il nome: La Spada di Damocle.

La spada di Damocle,il primo sistema di realtà virtuale con visore

Con XVISION, i medici possono vedere all’ interno del corpo del paziente attraverso la pelle e il tessuto, per interventi chirurgici più semplici, veloci e sicuri. Questo attraverso l’utilizzo di una avanzata manipolazione di informazioni derivanti da un apparecchio radiologico e un casco dotato di lenti speciali capaci di sovrapporre l’immagine radiologia a quella naturalmente ottenuta dall’occhio umano.
I raggi ionizzanti X (o raggi Röntgen) occupano la porzione dello spettro elettromagnetico con lunghezza d’onda compresa circa tra i 10 nanometri (nm) e 1/1000 di nanometro (1 picometro), furono scoperti dal fisico tedesco Wilhelm Röntgen mentre sperimentava con i tubi a vuoto. Röntgen chiamò la radiazione “X”, come una incognita , proprio per indicare che era ancora di tipo sconosciuto. All’inizio la scoperta venne considerata non attendibile anche da famosi scienziati come ad esempio Kelvin ma, successivamente, grazie a studi ed analisi, il panorama scientifico dell’epoca dovette ammettere la verità che si aveva a che fare con una delle più grandi scoperte della storia della scienza e della medicina, tanto che sei anni dopo la scoperta, Röntgen vinse il premio Nobel per la Fisica.
Ad oggi durante gli interventi chirurgici ed in modo sistematico in quelli laparoscopici, è di assoluta utilità e soprattutto necessario l’uso del tubo radiogeno il quale cattura le immagini interne della parte del corpo del paziente, l’oggetto dell’operazione e le trasmette sul monitor di fronte al chirurgo. Questa tecnica operatoria, talvolta, rallenta l’operazione stessa in quanto il chirurgo distoglie la vista dal campo operatorio per guardare il monitor dove viene proiettata l’immagine radiografica dell’interno del corpo del paziente. Trasferendo l’immagine risultante dal tubo radiogeno direttamente negli occhi del chirurgo, attraverso una sovrapposizione delle immagini stesse (esterno e interno della parte operata) si andrebbero a ottimizzare i tempi, a beneficio del paziente in quanto sarebbe esposto per minor tempo alla radiazione ionizzante, e quindi ottimizzando anche le risorse, in quanto minor tempo di operazione equivale a minor costi. In una fase precedente all’operazione il paziente viene studiato attraverso l’uso di una TAC, la quale memorizza ed elabora tutte le immagini e tramite un innovativo software le proietta su una lente davanti gli occhi del chirurgo, in modo da sovrapporre più immagini.

XVISION: maschera con lenti che proiettano immagini sulla retina del chirurgo

Il device XVISION potrà essere utilizzato in diversi tipi di interventi chirurgici, molto utile poi per i più delicati in cui avere un qualche tipo di feedback dall’interno del corpo è estremamente utile. I primi interventi per cui è previsto il suo utilizzo saranno gli interventi chirurgici spinali minimamente invasivi. La nuova tecnologia brevettata di realtà aumentata è in grado di proiettare un’immagine 3D della spina dorsale (interno) del paziente sul paziente sterno (all’esterno) attraverso una lente posta davanti l’occhio del chirurgo e che proietta l’immagine sulla sua retina, in tempo reale, con estrema precisione e con una percezione di profondità davvero eccezionale.
Inoltre il chirurgo potrà accedere sempre in real time a tutti i record contenenti i dati del paziente e avere report sulla performance della sua procedura.

Nissan Elimelech, Founder and CEO at Augmedics

Il 19 settembre del 2017, l’azienda, capitanata dal CEO Nissan Elimelech ha dichiarato:

Abbiamo progettato XVISION per dare ai chirurghi la prima opportunità di vedere all’interno del corpo dei pazienti, fornendo preziose informazioni in tempo reale in modo comodo ed intuitivo

In futuro, il sistema XVISION sfrutterà vari sensori per raccogliere rilevanti e ingenti dati chirurgici ,al fine di elaborare e analizzare le informazioni utilizzando algoritmi di deep learning, inoltre si sta studiando una tecnologia di supporto che preveda suggerimenti, avvisi e assistenza chirurgica durante la procedura. Il dispositivo dotato degli occhiali con lenti trasparenti sulle quali vengono proiettate le immagini 3D del paziente ottenute tramite raggi X , è dotato anche di sensori per rilevare i movimenti della testa del chirurgo, in modo da “aggiustare” il posizionamento dell’immagine proiettata durante l’intervento.
Il dispositivo posto sul capo del chirurgo è molto sicuro per il chirurgo in quanto non emette radiazioni, infatti vengono usate delle scansioni a raggi x tramite un apparecchio radiologico esterno. Il processo di proiezione sulle lenti è altamente sofisticato, il sistema complessivo di real time ha una camera e un display di 60 fps e la lettura del computer processing ha una velocità minore di 50 ms.
Il chirurgo dovrà, precedentemente all’intervento vero e proprio, posizionare dei marcatori sulla porzione del paziente da operare (ad esempio la spina dorsale) in modo da tenere sempre sotto controllo la posizione della stessa e non creare problemi in caso di movimenti del paziente come ad esempio i movimenti respiratori, in questo modo Vizor può in tempo reale aggiustare la posizione della parte del corpo interessata. Ovviamente questo processo di marcatura necessita di una calibrazione affinchè XVISION possa ottenere una quanto più possibile esatta orientazione di ogni singola parte del corpo in esame (il tempo per ottenerla è di circa 10-20 sec); è inoltre possibile visionare vari tipo di impianti come le viti ortopediche con accuratezza nell’individuazione e di tracciabilità dell’ordine di 1mm.

Augmedics ha partecipato con Vizor alla Startup Battlefield presso il TechCrunch Disrupt SF. nel settembre 2017

Elimelech sostiene che la precisione complessiva del sistema XVISION è di 1.4 mm, compatibile con le richieste del FDA che richiedono un valore minore di due per l’approvazione e per autorizzare la sua commercializzazione in USA ( ma alcuni chirurghi già lo hanno sperimentato).

L’abbiamo mostrato a 50 chirurghi specializzati in interventi alla colonna vertebrale. Sono tutti stupefatti dalla tecnologia: potrebbero davvero sentirsi come se avessero capacità di supereroi

 

La start up Israeliana Augemedics ha annunciato che riceverà ben 8,3 milioni di dollari per completare la ricerca per la realtà aumentata del loro dispositivo.
AO Invest, un fondo di investimenti no profit per start-ups guidato da un collegio di medici ed esperti di finanza con base in Svizzera, è stato il maggior investitore di questo progetto, insieme all’Innovation Authority Israeliana, Terra Venture Partners, e a molti altri investitori segreti.

La tecnologia di XVISION è stata ideata per ottimizzare i tempi durante gli interventi chirurgici, cercando il più possibile di ridurre l’esposizione alla dose di radiazioni ionizzanti, quali i raggi X, ridurre il numero di interventi ripetuti sullo stesso paziente e il tempo di ospedalizzazione.

Elimelech ancora afferma:

Abbiamo pianificato la completa realizzazione del dispositivo XVISION e l’ottenimento dell’autorizzazione FDA e il marchio CE per l’inizio del 2019.Inoltre abbiamo un team di 7 ingegneri specializzati nello studio della visione computerizzata che continueranno a portare avanti la nostra ricerca, esplorando e cercando di migliorare le tecnologie di integrazione come il machine learning e la chirurgia robotica per la prossima generazione dei device XVISION.

Ma in termini economici quanto costerà l’utilizzo di questa tecnologia? Ancora il CEO spiega che XVISION sarà molto competitivo sul mercato dei sistemi di supporto alla chirurgia in quanto la previsione sul suo prezzo è stimata tra i 200.000 e i 500.000 dollari.
Non resta che aspettare l’approvazione e l’immissione sul mercato. Sempre più i chirurghi avranno tecnologie a supporto dei loro interventi a favore della salute del paziente. Come disse Tesla:

La scienza non è nient’altro che una perversione se non ha come suo fine ultimo il miglioramento delle condizioni dell’umanità.


E con questo nuovo device non potremmo che aspettarci dei grossi benefici e degli stimoli di studio e miglioramento.

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Informazioni autore

Isabella Vignoli

Ingegnere biomedico, appassionata di medicina e innovazioni tecnologiche . Lavora nell'ambito della qualità e sicurezza sul lavoro.

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