Universit� degli studi di Modena e Reggio Emilia

Nuove frontiere della chirurgia urologica: il 21 maggio la presentazione dei risultati di un progetto sulla nefrolitotrissia percutanea robot-assistita

Si terrà martedì 21 maggio alle ore 15 presso il Centro di Formazione Avanzata e Simulazione Medica dell’Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia l'evento “ Assistenza robotica e realtà aumentata: La nuova frontiera della chirurgia percutanea urologica ” in cui saranno mostrati i risultati finali del progetto " Robotic-assisted percutaneous nephrolithotomy with ultrasound guidance and 3D reconstruction superimposition ", finanziato dall'Ateneo e dall’Unione Europea - NextGenerationEU e volto allo sviluppo di un sistema innovativo basato su assistenza robotica e realtà aumentata per il supporto al chirurgo durante l'operazione di PCNL (nefrolitotrissia percutanea) nel trattamento dei calcoli renali.

Il progetto, coordinato dalla Prof.ssa Federica Ferraguti, docente del Dipartimento di Scienze e Metodi dell’Ingegneria di Unimore, ha visto la collaborazione di un team di professori e ricercatori del Gruppo di ricerca di Robotica del Dipartimento di Scienze e Metodi dell’Ingegneria e del Gruppo di ricerca di Urologia del Dipartimento Chirurgico, Medico, Odontoiatrico e di Scienze Morfologiche con interesse Trapiantologico, Oncologico e di Medicina Rigenerativa con l'obiettivo di realizzare un sistema in grado di migliorare la precisione, l'efficacia e la sicurezza della PCNL, una procedura mininvasiva che consente di rimuovere i calcoli renali di grandi dimensioni o situati in posizioni complesse. Inoltre, il sistema è dedicato al miglioramento del processo di training degli specializzandi nell’apprendimento della procedura, al fine di ridurre l’importante curva di apprendimento richiesta dalla procedura.

La Nefrolitotrissia Percutanea (PCNL) è considerata gold standard per il trattamento endoscopico di pazienti con calcoli renali più ampi di 20 mm di diametro. Il successo ed i risultati dell’intervento sono altamente dipendenti dalla precisione ed accuratezza della puntura iniziale, dato che essa deve garantire di raggiungere il calcolo con un percorso diretto e preciso. Di conseguenza, l’esecuzione dell’accesso renale costituisce la fase più critica della procedura ed è caratterizzata da una ripida curva di apprendimento. Il progetto si è focalizzato sullo sviluppo di una soluzione innovativa, basata su realtà aumentata combinata ad assistenza robotica, per assistere chirurghi esperti nel migliorare le prestazioni dell’intervento chirurgico e specializzandi o neo-chirurghi nel ridurre fortemente la loro curva di apprendimento.

A partire da immagini pre-operatorie (tomografia computerizzata o risonanza magnetica) viene ricostruito il modello 3D delle strutture anatomiche interessate. Questo processo è completamente automatizzato grazie all’utilizzo di algoritmi di intelligenza artificiale. Una volta ottenuto il modello anatomico tridimensionale, il sistema è in grado di calcolare la traiettoria ottimale che deve essere percorsa dall’ago durante l’intervento. La traiettoria permette all’ago di raggiungere il fornice del calice renale, evitando la collisione ed il contatto con altri organi o parti limitrofe. L’allineamento in tempo reale della ricostruzione 3D e le strutture anatomiche reali viene effettuata utilizzando le immagini intra-operatorie acquisite mediante una sonda ecografica. Lo strumento chirurgico, collegato solidale ad un braccio robotico, viene quindi impugnato dal chirurgo che, guidato automaticamente dal robot, riuscirà a posizionarsi nella posizione corretta, ovvero quella che permette di inserire l’ago lungo la traiettoria calcolata in fase di pianificazione, mantenendo stabilmente questa posizione per tutta la durata dell’inserimento. Infine, il chirurgo viene dotato, come ulteriore tecnologia assistiva, di un visore a realtà mista attraverso il quale sarà in grado di visualizzare direttamente il modello tridimensionale ricostruito sovrimposto al corpo del paziente, oltre alla traiettoria eseguita dall’ago in tempo reale.

Nel corso dell’evento del 21 maggio verranno presentati i risultati del progetto e saranno illustrate le caratteristiche del sistema sviluppato, i dati sperimentali ottenuti negli studi pilota e le potenziali applicazioni future.

“Il progetto - sottolinea la Prof.ssa Federica Ferraguti, responsabile scientifico e Principal Investigator - è stato estremamente sfidante da un punto di vista tecnico-scientifico e rappresenta un passo avanti significativo nel trattamento dei calcoli renali, grazie al supporto e l’integrazione di robotica, realtà aumentata e intelligenza artificiale. L’obiettivo fin dal principio è stato la creazione di un sistema a supporto del chirurgo, per facilitare l’esecuzione della procedura e ridurre il rischio di complicanze. Nonostante il progetto sia focalizzato sull’intervento di PCNL, tuttavia la metodologia ed il sistema sviluppato potranno interessare anche altri settori della medicina, quali ad esempio la radiologia interventistica o il trattamento di neoplasie mediante crioterapia o radiofrequenza.”

“Gli ottimi risultati scaturiti da questo progetto - commenta il Prof. Cristian Secchi , Ordinario e direttore del gruppo di Automazione, Robotica e Sistemi di Controllo del DISMI - dimostrano che l’integrazione tra la robotica, l’intelligenza artificiale e la scienza medica è decisamente una strada da seguire per il progresso della medicina e, di conseguenza, per un a società migliore.”

“La puntura percutanea del rene - afferma il Prof. Giampaolo Bianchi, Urologo e già direttore della clinica urologica di Modena - è stata introdotta a partire dalla fine degli anni ‘50 da molti ricercatori. Si trattava però di semplici pubblicazioni che attestavano la possibilità di pungere un rene per via percutanea e drenare la via escretrice ostruita o affetta da infezioni complicate. Una delle prime pubblicazioni con una casistica importante si deve ad un italiano, Gaza Dell’Adami, e risale al 1973. I sistemi di “mira” non esistevano o si limitavano alla scopia radiologica. La capacità di pungere la via escretrice derivava dalla sensibilità acquisita negli anni dal chirurgo nel riconoscere in maniera del tutto soggettiva i tessuti che l’ago stava attraversando e capire quando era posizionato nella via escretrice. A partire dagli anni 80 la puntura della via escretrice diventa il primo passo fondamentale di un intervento che prevede l’introduzione di uno strumento ottico nel rene attraverso la cute per asportare i calcoli renale. Diventa obbligatoria eseguire una puntura molto precisa per evitare strutture vascolari. La mira radiologica viene sistematizzata, si utilizza allo scopo anche l’ecografia. Nonostante tutti questi miglioramenti tecnici rimane comunque un atto chirurgico molto difficile che richiede una curva di apprendimento molto lunga. Il sistema che andiamo a presentare annulla la curva apprendimento e mette nelle condizioni chi inizia questa chirurgia di poter fin dalla inizio essere in grado di eseguire una puntura perfetta.”

“Questo progetto - commenta il Dr. Stefano Puliatti, Ricercatore e Urologo - è un esempio di come la tecnologia possa intervenire sulla curva di apprendimento per interventi complessi che possono portare nell’inizio della curva di apprendimento a possibili complicanze. Nel caso di questa macchina di nuovo sviluppo la tecnologia guida la puntura percutanea del rene minimizzando i rischi per il paziente e ottimizzando la precisione della puntura stessa.”

Il team di ricerca è composto, inoltre, dall’Ing. Stefano Bazzani, dall’Ing. Marco Minelli, dalla Dott.ssa Stefania Ferretti, dalla Dott.ssa Adele Piro e dal Dott. Ahmed Eissa.

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