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Tecnologie di supporto Terapia e Chirurgia

Quando i chirurghi diventano spettatori: STAR, the Smart Tissue Autonomous Robot

Scritto da Isabella Vignoli
Ormai la robotica ha preso piede in medicina sempre di più come del resto in quasi ogni ambito della nostra vita. Il suo ingente e utile supporto nelle scienze terapeutiche e chirurgiche è stato dimostrato recentemente durante un’operazione chirurgica in cui un braccio robotico, lo Smart Tissue Autonomous Robot (STAR), è stato in grado di ricucire una parte di intestino di maiale usando unicamente il proprio sistema di visione e la sua intelligenza artificiale. L’osservazione stupefacente è che l’operazione ha avuto risultati migliori rispetto allo stesso intervento operato da chirurghi (umani).

 

Sistema chirurgico da Vinci

Il robot in questione, lo STAR, non è da confondere con il più famoso robot per la chirurgia del tessuto molle, il sistema da Vinci, il quale è basato su “Intuitive Surgical” e non sulla totale automazione. Infatti, il da Vinci è un sistema tele-operato, in cui il chirurgo rimane seduto presso un pannello di controllo e guarda attraverso due mirini un’immagine tridimensionale della procedura mentre manovra i bracci con due pedali e due controlli manuali.

I ricercatori che hanno progettato STAR sottolineano che il loro obiettivo non è la sostituzione dell’operatore umano in sala operatoria, ma fornire un supporto concreto e altamente innovativo per le operazioni chirurgiche in un regime di “autonomia supervisionata”.

 

A questo proposito è stato intervistato il chirurgo pediatrico Peter Kim, uno dei ricercatori che fanno parte del team che ha progettato STAR, il quale ha voluto specificare che ogni chirurgo è orgoglioso del proprio lavoro e delle proprie procedure chirurgiche, ma il poter ottenere dei solidi benefici da una macchina che supporta il proprio lavoro genera una maggiore sicurezza e grandi vantaggi sia per se che per il paziente.

L’articolo è stato pubblicato dalla rivista Science Translational Medicine e l’intervento su cui è stato sperimentato il robot autonomo è di anastomosi intestinale, in cui parti sezionate di intestino vengono unite insieme tramite delle suture.

 

Peter Kim

“E’ simile a riparare un tubo da giardino” afferma il senior engineer della squadra di ricercatori “in quanto le suture devono essere strette e regolarmente spaziate per evitare perdite e infiltrazioni”.

STARha eseguito questo compito sia sul tessuto ex vivo del laboratorio che sul tessuto in vivo in un maiale anestetizzato. Facendo svolgere la stessa operazione da chirurghi umani e mettendo a confronto le suture realizzate, si è concluso che le suture di STAR erano più regolari e resistenti alle perdite.

Ma si deve sottolineare che delle operazioni state svolte da STAR nel 40 % dei casi vi è stato l’intervento della mano umana, quindi solo nel 60% sono state interamente svolte in modo autonomo. Queste percentuali non invalidano l’ipotesi di piena autonomia di STAR, ma riflettono il vero obiettivo dei ricercatori, ossia dare un significativo supporto ai chirurghi permettendogli direttamente di controllare le procedure o addirittura scambiare i compiti con il robot, lasciando alla macchina più parti di routine o noiose di un’operazione.

Oggi, alcune procedure chirurgiche già incorporano macchine intelligenti. I robot eseguono regolarmente i passaggi cruciali in alcune procedure, tra cui le sostituzioni al ginocchio ortopedico, la chirurgia dell’occhio di Lasik e i trapianti di capelli. Questi tipi di chirurgia hanno in comune, però, la natura “ferma” della parte operata, in quanto le ossa delle gambe, gli occhi e il cranio possono essere mantenuti fermi durante la procedura. STAR non solo è in grado di lavorare da solo e di eseguire movimenti chirurgici con una “mano” più flessibile, ma ha una intelligenza artificiale che è reagisce agli scenari incerti e dinamici tipici della chirurgia del tessuto molle, molto più mobili e più difficili da operare.

La sfida del tessuto molle

STAR integra diverse tecnologie avanzate. Il sistema di visione è basato sul NIRF (near-infrared fluorescent tags), ossia tags ottici collocati nel tessuto intestinale che utilizzano una luce di eccitazione con una larghezza di banda definita (650-900 nm) come fonte di fotoni e che, quando vengono consegnati ad un agente di contrasto ottico o sonda fluorescente, emettono nella finestra nel campo del vicino all’infrarosso. A questo punto una telecamera specializzata NIRF segue tali marcatori mentre una telecamera 3D registra le immagini di tutto il campo chirurgico. La combinazione di tutti questi dati ha permesso a STAR rimanere fermo e focalizzato sul tessuto target. Il robot elabora il piano chirurgico attraverso questi dati e riesce a correggerlo man mano che il tessuto subisce spostamenti durante l’operazione. Il sistema visivo del robot è stato definito “suprahuman” in quanto può anche riconoscere quale tipo di tessuto sta guardando, la sua temperatura e se ha un ritmo naturale, come un battito cardiaco.

Alcuni esperti mondiali nel campo della robotica chirurgica hanno definito questo studio una grande innovazione, precisando però che ad oggi i robot hanno delle grandi limitazioni per quanto riguarda la ricerca operativa.

L’addestramento di STAR

I ricercatori hanno addestrato STAR solo su come eseguire questa particolare procedura di sutura intestinale e, su questa scelta, sono nate non poche polemiche in quanto ad oggi esistono cucitrici adoperate dai chirurghi in grado di realizzare suture molto precise e resistenti. Pertanto, la scelta di adoperare un tecnologia cosi complessa per questo tipo di intervento non trova una reale giustificazione.

Il team STAR ha ribattuto alle polemiche affermando che il loro obiettivo è sempre stato quello di dimostrare come i robot autonomi possano essere di grande supporto alla chirurgia soprattutto a quella dei tessuti molli e la loro speranza è che queste avanzate tecnologie possano essere integrate nei dispositivi commerciali nei prossimi anni. Se i robot dimostrano di aumentare la sicurezza e gli esiti positivi sui pazienti, la ricerca in campo dell’automazione nella chirurgia robotica potrebbe fare notevoli passi in avanti proprio come nell’industria automobilistica.

“Ora le automobili senza conducente stanno entrando nella nostra vita”, ha detto Kim. “Si è iniziato integrando a bordo dell’automobile l’auto-parcheggio, poi tecnologie in grado di evitare di guidare nella corsia errata. Presto si vedranno automobili in grado di guidare da sole”. Similmente, ha detto, “I robot chirurgici potrebbero iniziare dando ai chirurghi umani un ingente aiuto. E forse un giorno.. avranno piena autonomia.”

A prescindere dal grado più o meno assoluto di autonomia dei robot chirurgici, ciò che conta è il riuscire a trovare soluzioni chirurgiche sempre più efficaci e terapeutiche, che sia direttamente la mano del chirurgo o un robot progettato secondo le istruzioni del chirurgo stesso, ciò che fa la differenza è il fine, ossia la cura e la salute delle persone.


Fonti:
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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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