Realtà aumentata in medicina: una rivoluzione nella formazione medica

Da diversi anni la realtà aumentata (AR) è diventata un punto di riferimento nell’evoluzione della medicina moderna.

In principio c’erano le applicazioni per visualizzare in 3D le immagini diagnostiche.

Oggi le nuove tecnologie di AR sono sempre più usate per migliorare l’apprendimento e la pratica clinica, aprendo nuove frontiere alla formazione medica e ampliando le conoscenze del mestiere.

Scopriamone i principali utilizzi da pare degli operatori sanitari.

Sanità aumentata: il trattamento del dolore

Sanità aumentata, digital health, sono alcune delle definizioni che includono le tecnologie di realtà aumentata (AR) e il metaverso in generale sulle testate di medicina e generaliste.

Il settore di quella che una volta era definita “telemedicina” ha compiuto enormi passi avanti e continua la sua evoluzione verso sistemi sempre più precisi, semplici da usare e abbordabili nei costi.

Dal trattamento del dolore e dello stress, alla riduzione dell’ansia, la sperimentazione in questo settore è ampia sia oltreoceano sia in Europa.

Ne è un esempio una sperimentazione che ha ottenuto, mediante AR, la riduzione delle sedazioni del 90% presso il Fatebenefratelli di Milano.

Il team dell’ospedale con lo specialista in accessi vascolari Dr Gianuario Sanna ha pubblicato lo studio con risultati incoraggianti sul The Journal of Vascular Access.

Lo studio è attualmente in pieno svolgimento anche presso l’ospedale Buzzi, l’Istituto Neurologico Besta di Milano, l’Istituto Gaslini di Genova, il Regina Margherita di Torino e gli Spedali Civili di Brescia, con lo scopo di ridurre sia le sedazioni farmacologiche sia costi operativi ed effetti collaterali per i pazienti.

Una delle sperimentazioni si basa su un software di gaming in realtà virtuale progettato per aiutare i giovani pazienti oncologici ad affrontare la terapia e raccogliere al contempo dati utili all’ospedale per adattare la terapia alle esigenze del paziente.

I ragazzi sono immersi in uno scenario fantasy ricco di stimoli, in grado di calmare stress e ansia, aiutando a rilassarli.

La sua applicazione, associata a pratiche di accesso vascolare tramite posizionamento del Picc, un catetere venoso inserito al livello del braccio, riduce l’ansia clinica e la percezione del dolore, offrendo un’alternativa alla somministrazione di farmaci sedativi.

L’esempio Vostars: migliorare le performance chirurgiche

Dall’assistenza terapeutica alla pratica chirurgica, la realtà aumentata si evolve con rapidità verso modelli sempre più avanzati, utili ed efficaci.

Un esempio è fornito dal progetto Vostars (Video and Optical See Through Augmented Reality surgical Systems) che dato alla luce uno speciale visore in grado di migliorare le performance chirurgiche.

A seguire il progetto è un team di ricercatori europei coordinato dal Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa.

Usato già in sei interventi, l’intervento pilota, presso il Policlinico Universitario S. Orsola di Bologna è stato un’operazione di chirurgia maxillo-facciale, con il riposizionamento di mascella e mandibola di un paziente per il recupero della funzionalità del morso.

Come funzionano i visori in chirurgia?

In base al contesto cambia il funzionamento. Dalla sovrapposizione delle mappe tridimensionali del paziente sull’endoscopio (chirurgia endoscopica) alla proiezione delle informazioni direttamente davanti agli occhi del chirurgo tramite visore.

Il risultato è una visione ergonomica e precisa del piano operatorio.

Il progetto è finanziato dalla Comunità Europea e consente una precisione millimetrica durante gli interventi chirurgici, apportando informazioni cruciali in tempo reale, come la pressione e la frequenza cardiaca del paziente.

Fonte immagine: https://www.scienzedellavita.it/it/meetthelifesciences/7956-condotta-la-prima-operazione-guidata-dalla-realta-aumentata

Come evidenziato dall’articolo “Augmented Reality in Medicine: Systematic and Bibliographic Review” su 1309 pubblicazioni da database come PubMed e Scopus nel solo periodo dal 2012 al 2017, la tecnologia si è sviluppata soprattutto sulle tecniche di visualizzazione, con aumento di interesse per le applicazioni AR in medicina.

Cos’è la realtà aumentata: differenza tra pass-through e see-through

La realtà aumentata permette di sovrapporre elementi virtuali, dati e informazioni fondamentali alla prospettiva dell’utente rispetto all’ambiente circostante.

Questa tecnologia può essere suddivisa ulteriormente in due categorie:

1. “AR pass-through”, in cui le immagini del mondo reale vengono catturate da una telecamera e visualizzate sullo schermo per l’utente (ad esempio, nelle applicazioni AR per smartphone o su alcuni visori a realtà virtuale);
2. “AR see-through”, in cui il mondo reale è visto direttamente attraverso la visiera di un visore a realtà virtuale, con elementi virtuali sovrapposti in contemporanea. *

AR e formazione medica

Lo studio Augmented Reality in Medical Education: A Mixed Methods Feasibility Study esplora l’applicazione della realtà aumentata (AR) nell’ambito dell’istruzione medica, con focus sulla formazione degli studenti di medicina per valutare l’applicabilità dell’AR nella formazione medica pre-laurea e post-laurea.

La ricerca ha coinvolto 15 studenti, con simulazione remota per la gestione delle vie aeree in terapia intensiva tramite la tecnologia Microsoft HoloLens, con riscontri positivi e promettenti in quattro temi chiave: visualizzazione concettuale per l’apprendimento, accessibilità, immersione variabile e applicazioni future.

Leggi altri casi studio della realtà aumentata nella formazione medica

AR e chirurgia plastica e cranio-maxillo-facciale

L’articolo scientifico Virtual Reality and Augmented Reality in Plastic and Craniomaxillofacial Surgery: A Scoping Review ha esaminato le pubblicazioni tra il 2015 e il 2022 concentrandosi sull’uso della realtà virtuale (VR) e aumentata (AR) in chirurgia plastica e cranio-maxillo-facciale.

La maggior parte degli studi ha validato l’accuratezza delle piattaforme virtuali a vari livelli.

In chirurgia plastica e cranio-maxillo-facciale, VR e AR sono state utilizzate principalmente come strumenti di pianificazione preoperatoria, ma anche durante l’intervento chirurgico.

AR e terapie contro il cancro al fegato

Altri usi dell’AR nella medicina clinica sono evidenziati nell’articolo Cleveland Clinic Using Augmented Reality to Enhance Liver Cancer Therapy.

Presso la Cleveland Clinic l’AR è stata impiegata per migliorare terapie contro il cancro al fegato e altri interventi chirurgici, tramite la visualizzazione di ologrammi 3D dei pazienti durante la pianificazione preoperatoria e l’esecuzione di procedure chirurgiche.

L’efficacia della tecnologia è stata dimostrata per migliorare l’accuratezza e l’efficacia di una terapia termica mininvasiva (ablazione a microonde) nella distruzione dei tumori al fegato, fornendo al medico una specie di “visione a raggi X” per visualizzare il percorso al tumore in modo più preciso.

AR e medicina in Italia: chirurgia ortopedica, vascolare e oncologia

Presso la ella Clinica San Francesco di Verona, sono stati condotti i primi interventi in Italia di chirurgia ortopedica la polso con l’ausilio dell’AR.

Nella clinica, già nota per l’impiego della robotica nella chirurgia protesica, sono stati eseguiti due interventi con il supporto di visori per la realtà aumentata e immagini 3D dei segmenti operati: la ricostruzione di un importante legamento del polso e il trattamento della rizoartrosi, una patologia artrosica comune, con l’impianto di una protesi trapezio-metacarpale.

Enrico Carità, uno dei chirurghi ortopedici che ha eseguito gli interventi, ha dichiarato:

“Premesso che il livello di perfezione dipende dal gesto chirurgico, poter comparare in tempo reale immagini virtuali e reali contribuisce a raggiungere ancora meglio gli obiettivi prefissati durante la pianificazione dell’intervento, assicurando così una maggiore accuratezza”.

L’abbinamento di immagini virtuali a quelle reali offre benefici che vanno oltre la pratica chirurgica, abbracciando la parte formativa e assistenziale.

Può favorire la formazione didattica a distanza e la comunicazione tra esperti, dando la possibilità di interagire senza la necessità di presenza fisica e le previsioni del futuro più prossimo vedono una combinazione virtuosa tra AR, ingegneria ortopedica e robotica (Carità).

Alcuni vantaggi:

–Possibilità di collegarsi da remoto con esperti colleghi per condividere immagini cliniche, pre-operatorie, decisioni tecniche e indicazioni chirurgiche;

– Impiego dell’AR anche in settori come la chirurgia vascolare, che prevede la visualizzazione di immagini angiografiche, fondamentale per interventi complessi sul sistema vascolare;

– In oncologia, la visualizzazione tridimensionale delle masse da rimuovere risulta cruciale per l’efficacia dell’intervento.

Sul sito del GVM (Gruppo Ospedaliero Italiano), nell’articolo Studio pre-operatorio con la realtà aumentata: Il cuore del paziente in un ologramma 3D, è stato pubblicato un articolo dove si evidenza l’importanza dello studio preoperatorio per il successo di un intervento chirurgico.

AR e Cardiologia

L’équipe di Cardiologia interventistica di Maria Cecilia Hospital per la prima volta in Italia ha usato la realtà aumentata per la ricostruzione olografica in 3D del cuore e delle valvole cardiache.

Il software realizzato è interattivo e permette di manipolare l’immagine senza hardware aggiuntivo, ingrandirla per esaminare dettagli anatomici e simulare il gesto chirurgico con strumenti riprodotti in realtà aumentata.

Tra i vantaggi fondamentali la valutazione precisa delle opzioni di intervento e una simulazione preoperatoria dettagliata.

Presso Università di Padova è stata messa a punto un’innovativa tecnologia chiamata “Advanced 3D-Based Teaching Models in Congenital Cardiovascular Disease” che sta rivoluzionando l’approccio didattico degli studenti di medicina nello studio del cuore.

Lo strumento, grazie alla realtà aumentata, ricostruisce tridimensionalmente il cuore e i suoi difetti congeniti, permettendo agli studenti di esplorare in modo dettagliato o l’organo direttamente dallo smartphone.

I vantaggi offerti:

• Una migliore comprensione delle cardiopatie congenite, con modelli digitali tridimensionali basati su diverse tecniche di imaging radiologico.
• Una libreria virtuale di casi di cardiopatie congenite per scopi didattici e clinici,
• L’interazione con modelli 3D di cuori patologici grazie ad un’applicazione per Android e iOS che utilizza la realtà aumentata.

• Una potenziale trasformazione del modo in cui la medicina viene insegnata, rendendo l’apprendimento più interattivo ed efficace, specialmente nel campo delle cardiopatie congenite.

AR e odontoiatria

In ambito odontoiatrico, emerge l’applicazione per la telecooperazione dell’odontoiatra genovese Luigi Rubino.

Si tratta di un sistema di realtà aumentata basato su uno speciale visore in grado di “guidare l’operatore con gesti delle mani o segni sovrapposti sul display (HMD) che indossa; cioè entrambi possono mostrare fisicamente e visualizzare senza latenza dove fare un’incisione o usare gesti fisici per illustrare la tecnica”. (Rubino)

Le potenzialità dello strumento sono significative dal punto di vista didattico, offrendo la simulazione virtuale di interventi e facilitando la condivisione di conoscenze tra operatori anche a distanza.

La tecnologia potrebbe essere molto utile per guidare chirurghi poco esperti durante interventi chirurgici, creando una sala operatoria virtuale senza confini e in contesti difficilmente raggiungibili o situazioni di emergenza, consentendo la condivisione di competenze mediche in tempo reale.

“Solo consentendo ai sanitari di condividere le proprie competenze in tempo reale e fornendo nuovi mezzi di formazione del personale, potremo tendere a colmare il divario di assistenza tra i paesi poveri e quelli ricchi”. (Rubino)

AR e medicina: condividere gli standard

In conclusione, l’interesse per le tecnologie di AR in medicina da parte della comunità scientifica e dell’industria è aumentato in modo significativo.

Lo dimostrano il moltiplicarsi esponenziale delle pubblicazioni scientifiche e di startup che propongono prototipi sempre più evoluti e adatti alle esigenze cliniche.

Infine, per premere l’acceleratore nello sviluppo di queste tecnologie sono necessarie linee guida, standard e metodologie condivise.

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