RICERCA ITALIANA     

Minirobot e “real time augmented reality” per procedure neurochirurgiche minimamente invasive: individualized precision neurosurgery by transfer of image-based pre-operative planning data into the surgical and/or interventional situs and their utilization for intra-operative navigation.

Università degli Studi di Verona

Abstract

L’obiettivo del progetto di ricerca è quello di dare un contributo significativo alla “Chirurgia assistita da calcolatore e robot” (CRAS), sviluppando metodologie di base e tecnologie applicative comuni alle procedure chirurgiche minimamente invasive in ambito neurochirurgico e dimostrando i risultati scientifici con una prova di concetto. Il progetto sarà incentrato su due aspetti principali di CRAS, e cioè la visualizzazione continua di dati anatomici e l'uso di robot chirurgici di piccole dimensioni. Questi robot, in combinazione con le tecniche di visualizzazione avanzata proposte, creeranno dei veri strumenti chirurgici intelligenti. La tecnologia che si intende utilizzare in questo progetto è in via di sviluppo in Israele da una collaborazione tra il Technion e la Mazor Inc. I robot sono dei piccoli cilindri di circa 8x10cm e pesano circa 250-300g. Ad essi verrà aggiunta un’interfaccia manuale che permetterà al chirurgo di muovere il robot con le dita come se fosse uno strumento chirurgico. Se il chirurgo non può azionare direttamente i robot, potrà farlo in maniera remota, tramite teleoperazione. Nel dettaglio, gli obiettivi sono i seguenti:
Visualizzazione dei dati. Si vuole permettere una pianificazione chirurgica basata sulla selezione di parti di organo estratte dalle immagini radiologiche. Questo risultato si può ottenere sviluppando soluzioni innovative nelle aree seguenti: (a) segmentazione interattiva delle lesioni e dell’organo, (b) selezione di >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Massimo Gerosa Università degli Studi di VERONA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Gli obiettivi del progetto di ricerca, già descritti nell’abstract, sono lo sviluppo delle metodologie di base e delle tecnologie applicative della chirurgia microrobotica e la definizione dei relativi campi di applicazione per realizzare una valida alternativa ai robot chirurgici attualmente in uso. Verranno sviluppate le aree chiave di visualizzazione ed analisi dei dati anatomici, di pianificazione dell’intervento, della registrazione pre- ed intra-operatoria e delle interfacce aptiche al fine avanzare lo stato dell’arte della microrobotica.
Verrà realizzata la visualizzazione avanzata di dati anatomici tridimensionali di alta qualità per consentire al chirurgo di avere un’informazione completa dell’area chirurgica.
Le possibilità metodologiche sviluppate nel progetto saranno integrate in una dimostrazione realistica di un intervento neurochirurgico nel corso del quale verrà utilizzato un microrobot, equipaggiato con sensori ed interfacce aptiche, come strumento intelligente che il chirurgo potrà manipolare direttamente.

Risultati parziali attesi

Il progetto descritto in questa proposta si propone di avanzare lo stato dell’arte della chirurgia assistita da computer e da robot, in particolare con: 1) l’introduzione di robot miniaturizzati in neurochirurgia 2) lo sviluppo di algoritmi avanzati di visualizzazione e pianificazione. Con riferimento agli obbiettivi indicati in precedenza, il progetto produrrà i risultati seguenti.
1)Robot miniaturizzati per la neurochirurgia
Ci proponiamo di estendere lo stato dell’arte della chirurgia assistita dal robot introducendo i robot miniaturizzati sviluppati al Technion e prodotti da Mazor Inc. Attualmente, l’uso di questi dispositivi è limitato ad operazioni alla colonna vertebrale, mentre le loro caratteristiche di precisione, leggerezza e dimensioni limitate (10x20 cm) li rendono adatti a tutte quelle operazioni in cui serve un moto rettilineo per raggiungere una lesione. Per essere integrati in modo efficiente nella pratica chirurgica, i robot miniaturizzati hanno bisogno di nuovi dispositivi e algoritmi di calcolo, nelle aree di posizionamento, interfaccia di comando e misure.
Posizionamento. Per ottenere il posizionamento accurato del robot sul corpo del paziente, pensiamo di estendere il metodo descritto al caso della neurochirurgia, sviluppando un sistema di sostegno mobile che esegua le funzioni di posizionamento del robot e di fissaggio al tavolo operatorio e al corpo del paziente.
Interfaccia aptica. Per evitare di disturbare il campo >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il presente progetto è incentrato sulla chirurgia assistita da calcolatore e robot, in particolare sulla
visualizzazione continua di dati anatomici e sull'uso di robot chirurgici di piccole dimensioni.
La visualizzazione tridimensionale di una lesione in rapporto alle strutture anatomiche circostanti è uno degli aspetti più critici per la pianificazione e per l'esecuzione di un intervento chirurgico. Tuttavia, le attuali metodiche di visualizzazione possono risultare confondenti per il chirurgo, poiché le immagini non vengono presentate in maniera consistente con la procedura chirurgica, e non permettono di seguire i vari elementi anatomici tra un’immagine e l’altra. Per ottenere una visualizzazione consistente con l’andamento dell’operazione, le immagini devono essere sempre aggiornate con tutte le informazioni disponibili dal campo operatorio, presentate al chirurgo in modo selettivo in funzione della fase dell’operazione, e visualizzate in un ambiente tridimensionale che simuli con grande realismo il sito operatorio.
La chirurgia assistita da robot, il cui esordio risale ai primi anni ’90, è un settore tecnico e scientifico con enormi potenzialità in medicina ed in chirurgia. Tuttavia le sue applicazioni sono attualmente limitate. Infatti nel mondo esistono meno di 1000 robot chirurgici e meno di dieci industrie produttrici. La motivazione di un così modesto impatto risiedono nei costi elevati (da 1 a 2 milioni di dollari ciascuno), nelle >>>