Intelligenza artificiale e chirurgia cardiovascolare: un binomio perfetto. Come dimostra il progetto sperimentale ARTERY
L’utilizzo dell’
intelligenza artificiale (AI) ha trovato applicazioni diffuse in molti campi della scienza, della tecnologia e della
medicina.
La
potenza di calcolo delle macchine nella medicina clinica e nella diagnostica è stato esplorato sin dagli anni ’60. Ma è solo di recente che, con gli enormi progressi in campo informatico – come, ad esempio, lo
sviluppo di algoritmi che consentono l’apprendimento automatico, al punto da imitare il funzionamento del cervello –, c’è stato un
rinnovato interesse ad applicare sperimentazioni e scoperte nella medicina clinica.
In particolare, nella medicina
cardiovascolare i sistemi basati sull’intelligenza artificiale hanno trovato nuove applicazioni. Come, ad esempio, nella
previsione del rischio, nei nuovi studi farmacologici,
migliorando la conoscenza dei diversi tipi di insufficienza cardiaca e di malattie cardiache congenite.
Non solo AI
Anche tecnologie di
imaging cardiaco tridimensionale (3D) hanno di recente visto un’evoluzione in
progressiva crescita con lo sviluppo di tecniche di visualizzazione avanzate. Tra cui la
realtà aumentata, la realtà mista, la realtà virtuale e la stampa 3D.
Tutto ciò è stato possibile grazie al
vasto numero di immagini cardiache 3D, acquisite da altrettanti pazienti con cardiopatia congenita, che sono serviti come fonte di dati per le nuove tecniche di visualizzazione.
La visualizzazione non invasiva dell’accurata anatomia cardiovascolare specifica di un paziente è
essenziale per la diagnosi e il trattamento delle cardiopatie congenite. E questo non solo per l’accesso alla complessità morfologica, ma anche per la difficoltà di decidere tra le
opzioni di trattamento disponibili.
Le malattie cardiovascolari
Secondo una
ricerca Eurostat si prevede che le malattie cardiache strutturali riguarderanno
20 milioni di persone over 65 nell’Unione europea da qui al 2040, di cui
2,5 milioni in Italia.
Stenosi aortica, rigurgito mitralico e tricuspidale sono alcuni esempi di questo tipo di malattie, che colpiscono soprattutto con
l’avanzare dell’età e che presto potrebbero diventare un’emergenza sociale. Attualmente riguardano circa il 12,5% degli italiani.
Tra i progetti di ricerca che si occupano di malattie cardiache strutturali c’è anche
ARTERY (Autonomous Robotics for Transcatheter dEliveRy sYstems), uno dei programmi quadro
Horizon 2020 (H2020) finanziati dall’Unione Europea, partito ufficialmente a gennaio scorso. E che comprende tra gli altri il
Politecnico di Milano (capofila), con la collaborazione della Fondazione Politecnico di Milanoe dell’IRCCS Ospedale San Raffaele.
Intelligenza artificiale e chirurgia cardiovascolare: il progetto ARTERY
Il
focus del progetto riguarda trattamento non invasivo delle malattie delle valvole del cuore. E l’obiettivo di ARTERY è creare una piattaforma robotica rivoluzionaria che sfrutti l’intelligenza artificiale e la realtà aumentata per sviluppare
nuovi sistemi di guida e monitoraggio e sistemi capaci di formare e supportare gli operatori rendendo gli interventi più sicuri ed efficaci per il paziente ed eliminando l’uso dei raggi X.
Implementare
soluzioni di realtà virtuale nell’ambito delle operazioni cardiovascolari, come nel caso di ARTERY, in cui il chirurgo in training sembra
operare in un intervento vero – e vive quindi anche le situazioni di stress –, significa
migliorare radicalmente l’approccio degli interventi.
Aggiungere a questo la realtà aumentata significa integrare anche le informazioni su sistemi indossabili. In questo modo
il medico non imparerà più sul paziente ma sul simulatore senza rischi e con una sicurezza quasi totale.
La situazione oggi
Oggi queste patologie richiedono un intervento chirurgico o con
approccio tradizionale, cioè a cuore aperto, o percutaneo.
In questo secondo caso, le strutture malate sono riparate o sostituite impiantando
uno o più dispositivi nel cuore tramite un catetere, che raggiunge il cuore stesso avanzando nei vasi sanguigni dopo essere stato inserito da un piccolo accesso periferico. Risultando quindi
molto meno invasivo di un intervento classico.
Tuttavia, gli interventi percutanei sono tecnicamente
complessi da imparare e da eseguire, e richiedono l’uso della fluoroscopia (un sistema
basato sui raggi-X) per vedere indirettamente l’avanzamento del catetere nei vasi e i suoi movimenti nel cuore, aumentando i margini di
rischio per il paziente. E, soprattutto,
per gli operatori presenti in sala.
La rivoluzione ARTERY
Nel progetto ARTERY sarà creata una
piattaforma robotica che semplificherà le procedure percutanee e che
eliminerà l’uso dei raggi-X intra-operatori.
Il
chirurgo potrà interfacciarsi con il sistema robotico attraverso la realtà aumentata, selezionare il punto target che il catetere deve raggiungere e
visualizzare il modello del catetere e dell’albero vascolare del paziente.
Il sistema sarà semi-autonomo e le decisioni, guidate dall’intelligenza artificiale, verranno sempre
condivise e concordate con l’operatore umano.
In pratica si realizzerà un
sistema immersivo e intuitivo in cui la responsabilità e la supervisione saranno dell’operatore. Mentre la procedura cardiovascolare sarà eseguita da un robot, che sarà affiancato da
sistemi di controllo, piloti automatici che possano eseguire compiti ripetitivi sostituendosi all’operatore che rimane responsabile dell’intervento.
Il PoliMi e l’Heart Valve Center
Afferma
Emiliano Votta Professore associato Politecnico di Milano: “Il progetto Artery introdurrà due grandi innovazioni che avranno un importante impatto sulle operazioni cardiache: il telecontrollo dei robot attraverso l’intelligenza artificiale e la realtà aumentata, e quindi la possibilità di gestire operazioni complesse in modo intuitivo e potenzialmente da remoto, e l’uso di cateteri sensorizzati, che permetteranno
più controllo e precisione nei movimenti del catetere dentro il corpo del paziente. Queste innovazioni renderanno gli interventi percutanei sul cuore più
semplici da imparare e da eseguire, e più sicuri per pazienti e operatori”.
Secondo
Francesco Maisano, direttore dell’Heart Valve Center dell’IRCCS
Ospedale San Raffaele: “La simulazione rappresenta un passo essenziale per l’applicazione delle nuove tecnologie nella pratica clinica. Grazie ai simulatori, all’intelligenza artificiale e alla realtà aumentata si lavorerà con più elevati standard di sicurezza e con risultati migliori. Anche sul lato della formazione grazie al simulatore restituiremo ai
medici in formazione la possibilità di provare senza timore di sbagliare e senza pericolo per i pazienti”.
Per raggiungere questo
ambizioso obiettivo, il Politecnico di Milano unisce le proprie competenze con quelle dell’IRCCS Ospedale San Raffaele, che fornisce la guida clinica nello sviluppo, della
Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, che si occupa della sensorizzazione del sistema, dell’
Università Cattolica di Leuven, che si occupa dell’attuazione robotica dei cateteri. E di tre aziende che contribuiranno alla traslabilità della ricerca:
FBGS, esperta di sensori a fibre ottica,
Artiness, esperta di realtà aumentata applicata al mondo medicale, e
Swissvortex, esperta di tecnologie transcatetere.
