Rispetto alla chirurgia tradizionale, la chirurgia robotica raffina gli interventi chirurgici, ottimizzandone i risultati e riducendone l’invasività. Un nuovo importante traguardo è stato raggiunto da un team di bioingegneri del Boston Children’s Hospital, che ha dimostrato la possibilità di eseguire un intervento mini-invasivo utilizzando un catetere robotico in grado di navigare autonomamente all’interno del corpo.

Grazie al dispositivo, guidato da un algoritmo di navigazione basato sul machine learning, i ricercatori sono stati in grado di riparare con successo la valvola cardiaca di un maiale. I risultati della ricerca sono riportati in Science Robotics.

I vantaggi della navigazione autonoma

catetere robotico
Credits: Margherita Mencattelli/ Boston Children’s Hospital

Come sappiamo, la chirurgia mini-invasiva limita il trauma associato alla chirurgia tradizionale a cielo aperto, riducendo così il tempo di recupero, il pericolo di infezioni, il dolore post-operatorio e la dimensione delle cicatrici. In questo contesto, la chirurgia robotica sta assumento un ruolo sempre più centrale. Basti pensare ai robot chirurgici VersiusDa Vinci, presenti nelle sale operatorie del nostro paese.

Generalmente, questi robot sono controllati dai chirurghi mediante dei joystick. Tuttavia, se i robot fossero in grado di navigare autonomamente all’interno del corpo potrebbero supportare il personale ospedaliero in modo ancora più efficace, riducendo la fatica in modo da potersi concentrare sugli aspetti più critici. Tutto ciò comporterebbe un miglioramento complessivo dei risultati dell’intervento.

Com’è nata l’idea?

Pierre Dupont
Pierre Dupont con un modello di cuore. Photo: Michael Goderre / Boston Children’s Hospital

La navigazione a cuore pulsante risulta particolarmente critica poichè il sangue è opaco e il tessuto cardiaco è in continuo movimento. Quando si esegue un intervento cardiaco, per operare in sicurezza, è necessario determinare la posizione del catetere all’interno del cuore e controllare le forze applicate al tessuto.

Nella procedura tradizionale le forze sono controllate dal tatto, mentre la localizzazione del catetere viene eseguita utilizzando la fluoroscopia. Quest’ultima fornisce una visione proiettiva del catetere, ma non mostra i tessuti molli e espone il paziente e il medico a radiazioni ionizzanti. L’ecografia consente la visualizzazione di tessuti molli e cateteri, ma le immagini sono rumorose e di risoluzione limitata. Posizionare con precisione la punta del catetere rispetto al tessuto risulta dunque piuttosto complesso. Per ovviare a tale limite, i ricercatori hanno deciso di sperimentare un approccio alternativo. 

Come funziona il catetere?

Sensore tattile del catetere
Sensore tattile del catetere robotico. Immagine: Boston Children’s Hospital

Durante gli esperimenti, il catetere robotico del del Boston Children’s Hospital è riuscito a risalire in modo autonomo dalla base del cuore fino al ventricolo sinistro per poi raggiungere la valvola cardiaca difettosa e consentire al chirurgo di ripararla.

Tutto questo è stato possibile grazie ad un sensore tattile ottico sviluppato nel laboratorio di Pierre Dupont, coordinatore dello studio e a capo della Pediatric Cardiac Bioengineering al Boston Children’s. Il sensore tattile utilizza l’intelligenza artificiale (AI) e gli algoritmi di elaborazione delle immagini per consentire al catetere di analizzare l’ambiente circostante e capire dove andare.

Gli algoritmi aiutano il catetere a capire che tipo di tessuto sta toccando, dove si trova nel cuore, e come dovrebbe scegliere il suo prossimo movimento per arrivare dove vogliamo che vada.

Spiega Dupont.

Il sistema è ispirato al modo in cui gli insetti e i roditori riescono a costruire mappe mentali di ambienti oscuri e sconosciuti utilizzando rispettivamene le antenne e i baffi. Allo stesso modo, il catetere utilizzava il sensore per costruire una “mappa” del cuore mentre percorreva le pareti dell’organo.

Secondo Dupont, dispositivi di questo tipo permetteranno di operare anche in parti del mondo dove manca personale esperto:

Ogni clinico nel mondo opererebbe a un livello di abilità ed esperienza equivalente al migliore nel proprio campo.

 

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