Abbiamo visto nei vari articoli di questo blog come la VR viene ormai applicata in molti settori incluso quello della formazione (vr per imparare). In questo articolo parleremo di come la VR e l’AR possono essere sfruttate per migliorare la praticità, la manualità e più in generale la formazione di medici chirurghi. Parleremo infine di un case sudy di chirurgia 4.0: il primo intervento al Policlinico Sant’Orsola di Bologna in VR.

Dalla Realtà Virtuale alla sala operatoria

Tutte le procedure chirurgiche richiedono delle abilità, ma in particolare le tecniche miniinvasive richiedono un ampio spettro di capacità (tecnica, motoria, cognitiva, rapidità, giudizio chirurgico, lavoro in sintonia con il team, ecc.). Ne consegue che il training intensivo e specifico è indispensabile! In genere la formazione di un medico chirurgo avviene in laboratorio praticando su animali e cadaveri. Questo modo di fare pratica può ancora avere luogo in centri specializzati, ma questa modalità incontra ostacoli di carattere organizzativo, etico e finanziario. Inoltre, fare esperienza direttamente in sala operatoria risulta molto rischioso e poco corretto nei confronti di un paziente che vuole affidarsi ad un esperto.

Risulta pertanto necessario approcciarsi a nuovi strumenti con i quali lavorare su un’accurata rappresentazione dell’anatomia umana, grazie alla quale si possono effettuare simulazioni ripetute per raggiungere risultati soddisfacenti delle operazioni da apprendere.

Vantaggi della formazione in VR

Sicuramente la VR permette di avere una maggior interattività fornendo una formazione più efficace e, in un certo senso, più realistica per i futuri medici e chirurghi. Le tecniche di robotica e di realtà virtuale applicate all’apprendimento chirurgico, con modalità simili a quella dei simulatori aeronautici, consentono al chirurgo in formazione di:

• interagire con un corpo umano virtuale, apprendendo l’anatomia chirurgica e molteplici procedure diagnostiche e terapeutiche;
• effettuare lunghi periodi di training anche in assenza del tutor;
• avere a disposizione un largo spettro di procedure simulate per esercitarsi;
• ripetere la procedura, esercitandosi in diversi passaggi, nel caso sia necessario acquisire una maggiore scioltezza e ridurre la curva di apprendimento;
• utilizzare un modello flessibile, che rappresenti le variazioni anatomiche di singoli pazienti;
• valutare, attraverso protocolli predefiniti, il grado di apprendimento e le capacità acquisite;
• ottenere angoli di visuale, attraverso le rotazioni degli organi, non ottenibili in un campo chirurgico tradizionale;
• stimolare i tirocinanti con un approccio pedagogico innovativo, che può motivare i futuri chirurghi ad aumentare le loro capacità tecniche ed a sperimentare nuovi interventi.

Sistemi e dispositivi utilizzati

Dispositivi hardware

Gli ambienti di apprendimento sono costituiti da dispositivi hardware, ne sono un esempio: banchi da lavoro aptici, simulatori laparoscopici, manichini elettronici. Ma i protagonisti sono sicuramente i controller, i visori e i data glove (dei quali abbiamo parlato negli articoli: La storia della VR e visori per la VR). I data glove sono dei guanti che permettono la ricezione degli impulsi tattili, purtroppo questi richiedono, allo stato attuale, approfondimenti tecnologici rispetto agli impulsi visivi e uditivi. I data glove rendono ancora oggi difficile riprodurre le sensazioni tattili in modo realmente corrispondente ad un atto chirurgico. Attualmente la tecnologia dispone soltanto di un effetto di interazione tattile realizzato attraverso meccanismi fisici di retroazione in grado di simulare forze come la resistenza, l’inerzia o l’effetto di vibrazioni.

Sistemi software

Per quanto riguarda invece la creazione del vero e proprio ambiente virtuale, sono necessarie tre fasi:

• progettazione
• produzione dei contenuti
• erogazione dei contenuti

Le prime due fasi si avvalgono di figure professionali dell’ingegneria informatica (project manager, instructional designer, software developer) e dalle telecomunicazioni (editor e multimedia publisher). Solo l’ultima fase necessita di chirurghi già formati sul piano professionale e con un consistente bagaglio culturale circa le basi, i linguaggi e le modalità applicative dei vari aspetti e delle varie metodiche di cui si avvale la teledidattica. Per sopperire a tale esigenza gli esperti del settore hanno attivato un Master di Secondo Livello in Teledidattica Applicata alla Medicina. Il master è rivolto a coloro che sono in possesso di un diploma di laurea specialistica in Medicina e Chirurgia, ai quali viene fornita una preparazione quanto più specifica possibile nell’ambito dell’impiego di metodologie e tecnologie adeguate all’insegnamento/apprendimento a distanza in tutti i settori della formazione medica e chirurgica.

Case study di chirurgia 4.0

Generalmente un chirurgo prima di operare deve consultare radiografie, risonanze, tac e simili per procedere con l’intervento. E se tutte queste procedure preparatorie si potessero visualizzare durante l’operazione? La VR o l’AR, oltre a fornire una formazione efficace a giovani chirurghi, può aiutarci in questo?

Valeria Strambi, nel suo articolo pubblicato su La Repubblica il 16 Febbraio 2020, definisce “chirurgia 4.0” il primo intervento guidato dalla tecnologia VR/AR. Al policlinico Sant’Orsola di Bologna un’equipe di dottori effettua un intervento maxillo-facciale attraverso l’utilizzo di un visore di realtà aumentata. Vostars (Video-optical see-through augmented reality system) è il dispositivo utilizzato per l’intervento. Il visore è stato appositamente progettato da un team europeo formato da scienziati e tecnici di quattro Paesi diversi e coordinato dall’Università di Pisa.
Come funziona il visore? Grazie a una videocamera il visore combina le immagini di fronte al chirurgo con le immagini radiologiche del paziente e fa in modo che le due restino perfettamente coerenti e a fuoco. Inoltre, il visore può diventare trasparente permettendo al chirurgo di scegliere quando passare dalla vista mediata dalla videocamera a quella naturale

“Finora la realtà aumentata non è stata sfruttata appieno in sala operatoria i visori in commercio rendono disponibili direttamente nel campo visivo alcuni contenuti digitali, come l’immagine tridimensionale dell’organo da operare. Queste immagini virtuali, ottenute dagli scanner radiologici (ad esempio tac e risonanza magnetica) vengono visualizzate dal medico prima dell’operazione per aiutarlo nella preparazione dell’intervento. Non era mai accaduto, però, che un visore fosse usato per guidare il vero e proprio atto chirurgico, a causa della difficoltà per il nostro occhio nel mettere a fuoco gli oggetti reali e virtuali contemporaneamente”

Vincenzo Ferrari
ingegnere biomedico
al Dipartimento di Ingegneria
dell’Informazione dell’ateneo pisano

Conclusioni

Anche in campo medico la VR e l’AR sono d’aiuto alla manualità e alla vista dei medici chirurghi al fine di migliorare la precisione dell’intervento, sia in fase di formazione che direttamente in sala operatoria.
La formazione attraverso la VR consente di ottenere “step by step” risultati ottimali grazie anche alla possibilità di personalizzare la simulazione in base al proprio livello di conoscenza.  La VR consente, dunque, di allargare e a migliorare la formazione chirurgica tradizionale che per raggiungere gli stessi risultati ha bisogno di tempi molto più lunghi.

Fonti

Maria Grazia Esposito, I Simulatori in Realtà Virtuale: un ausilio nella formazione chirurgica, tesi di dottorato di ricerca, Università degli studi di Roma Tor Vergata, A.A. 2009/2010, relatore Prof. Nicola di Lorenzo.

V. Papaspyropoulos, G.Midiri, G. Tucci, A. Milillo, C. Montana, L. Angelini, Dalla teledidattica alla realtà virtuale: come cambia la formazione del chirurgo, G Chir Vol. 28 – n. 6/7 – pp. 281-285, Giugno-Luglio 2007.

Valeria Stambi, Chirurgia 4.0, la prima operazione al mondo guidata dalla realtà aumentata, La Repubblica, 2020.