Artery: la piattaforma robotica al servizio della chirurgia vascolare

La scienza è un patrimonio di conoscenze grossomodo acquisite che non è più ragionevole mettere in discussione, mentre la ricerca è una parte della scienza ancora oggetto di discussione, di dibattito, con delle bande di incertezza, che vanno comunicate con onestà.

Samantha Cristoforetti

Le parole dell’astronauta ed aviatrice italiana descrivono con disarmante chiarezza la stretta e complessa relazione scientifica che, come una danza, lega presente e futuro della scienza. In natura, l’essere umano, con la meraviglia della laboriosità empirica che lo distingue, rappresenta l’esempio più luminoso di quanto questa verità sia manifesta. In questo ambito si identifica la chirurgia vascolare, branca della chirurgia che ha come fini terapeutici arterie, vene e vasi linfatici, impiegando tecniche di riparazione, derivazione, sostituzione e rimozione, con metodologia aperta, mininvasiva o endovascolare.

Nel corso degli anni la chirurgia vascolare ha avuto una evoluzione ed una trasformazione radicali. Concepita come costola della cardiochirurgia, ha assunto negli anni una identità propria. In parallelo ad un’era in cui il by pass e l’innesto sono state le roccaforti del trattamento chirurgico, si è trovata ad affrontare una radicale trasformazione. Di fatto, le tecniche mininvasive, sia in campo arterioso che venoso, hanno profondamente modificato il modo di operare del chirurgo vascolare rendendolo, allo stesso tempo, esperto di tecniche vecchie e recenti che spesso si intrecciano e si confermano essere in continua trasformazione.

Il progetto Artery

Le previsioni basate sull’evoluzione demografica in Europa fanno ipotizzare che le malattie cardiache strutturali (SHD) riguarderanno 20 milioni di persone over 65 nell’UE da qui al 2040, di cui 2,5 milioni solo in Italia. Stenosi aortica, rigurgito mitralico e tricuspidale sono alcuni esempi di queste malattie cronico-degenerative che colpiscono soprattutto con l’avanzare dell’età. Attualmente riguardano circa il 12,5% degli italiani, ma presto potrebbero diventare un’emergenza sociale.

Tra i progetti di ricerca che si occupano di malattie cardiache strutturali c’è ARTERY (Autonomous Robotics for Transcatheter dEliveRy sYstems). Si tratta di un’iniziativa avviata ufficialmente da un finanziamento della Commissione Europea nell’ambito del programma Horizon 2020, finalizzato all’innovazione e al potenziamento della robotica. 

A guidare lo studio il Politecnico di Milano, con la stretta collaborazione della Fondazione Politecnico di Milano e dell’IRCCS Ospedale San Raffaele. Il progetto Artery è focalizzato sul trattamento non invasivo delle malattie delle valvole del cuore ed il suo obiettivo è creare una piattaforma robotica rivoluzionaria che sia in grado di sfruttare l’intelligenza artificiale e la realtà aumentata per applicarle in ambito medico-sanitario.

I nuovi sistemi di guida e monitoraggio, uniti a sistemi in grado di formare e supportare gli operatori, renderanno gli interventi più sicuri ed efficaci per il paziente, che non sarà più sottoposto all’uso dei raggi X. In questo scenario, la figura nevralgica del medico non imparerà più sul paziente ma sul simulatore senza rischi e con una sicurezza quasi totale.

Come si opera oggi e come si opererà con Artery

Esistono principalmente due tipi di interventi chirurgici con cui vengono trattate le patologie cardiache: il primo è un approccio tradizionale, cioè a cuore aperto, mentre il secondo è un approccio percutaneo. Mediante quest’ultimo approccio, le strutture malate sono riparate o sostituite impiantando uno o più dispositivi nel cuore tramite un catetere: quest’ultimo, dopo essere stato inserito da un piccolo accesso periferico, raggiunge il cuore stesso avanzando nei vasi sanguigni.

Da un punto di vista meccanico, gli interventi percutanei risultano essere molto meno invasivi di quelli classici ma sono tecnicamente complessi da imparare e da eseguire. Infatti, essi richiedono l’uso della fluoroscopia, e quindi dei raggi-X, per vedere indirettamente l’avanzamento del catetere nei vasi e i suoi movimenti nel cuore. È noto da tempo che le radiazioni sono motivo di rischio per il paziente e, soprattutto, per gli operatori presenti in sala.  

Fortunatamente è in fase di realizzazione una piattaforma robotica che avrà lo scopo di semplificare le procedure percutanee e che abolirà l’uso dei raggi-X intra-operatori: il medico chirurgo potrà interfacciarsi insieme al sistema robotico trasversalmente alla realtà aumentata. Infatti, potrà selezionare il punto target che il catetere deve raggiungere e visualizzare il modello del catetere e dell’albero vascolare del paziente.

Questo sistema sarà semi-autonomo e le decisioni, guidate dall’intelligenza artificiale, saranno sempre condivise e concordate con l’operatore umano. Praticamente 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. Quest’ultimo sarà affiancato da sistemi di verifica e piloti automatici che possono eseguire diversi compiti.

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.

Emiliano Votta

 Francesco Maisano, direttore dell’Heart Valve Center dell’IRCCS Ospedale San Raffaele, ha inoltre dichiarato che la simulazione è uno step chiave nella traslazione delle nuove tecnologie in clinica. In particolare, sarà uno strumento importante per i medici in formazione, che avranno la possibilità di esercitarsi senza timore di sbagliare e senza pericolo per i pazienti.

Gli enti coinvolti e la traslazione nella pratica clinica

Il Politecnico di Milano ha unito le proprie competenze con quelle di altri istituti: l’IRCCS Ospedale San Raffaele fornisce la guida clinica nello sviluppo, mentre la Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e l’università Cattolica di Leuven sono responsabili rispettivamente della sensorizzazione del sistema e dell’attuazione robotica dei cateteri.

A questi istituti si aggiungono poi altre tre aziende che contribuiranno alla traslabilità della ricerca, ovverosia orientare le conoscenze innovative generate dalla ricerca preclinica verso la loro applicabilità clinica: FBGS esperta di sensori a fibre ottica, Artiness, esperta di realtà aumentata applicata al mondo medicale e Swissvortex espertadi tecnologie transcatetere.

Gli algoritmi di intelligenza artificiale hanno un ruolo sempre più determinante in campo cardiovascolare: consentono la navigazione del catetere in modo semplice, dal momento che i cateteri manovrano in piena autonomia la loro parte distale, disponendosi laddove l’interventista punta il dito. ARTERY presenta questo nuovo archetipo sulla riparazione della valvola mitrale e l’occlusione dell’appendice sinistra, interventi notevolmente complessi ma indispensabili per salvare vite umane. Al termine delle operazioni, gli operatori sanitari e i partner aziendali coinvolti tradurranno la tecnologia sviluppata in ARTERY in applicazione clinica.

A cura di Francesca Maria Iervolino.