Sviluppo di procedure semplificate patient-tailored (terapia personalizzata) mediante ausilio di realtà virtuale/aumentata per il posizionamento di sistemi di stabilizzazione vertebrale con metodica mininvasiva

INTRODUZIONE ALLA PROBLEMATICA

Una delle sfide principali della moderna chirurgia vertebrale è quella di offrire al paziente un trattamento sempre più personalizzato e meno invasivo possibile. I benefici relativi all’utilizzo di tecniche mini invasive (minimally invasive spine surgery, MISS) possono essere sintetizzati con diminuzione di perdite ematiche, diminuzione del dolore post-operatorio e conseguente minor tempo di degenza (1, 2, 3).

RILEVANZA DEL PROBLEMA

Il mal di schiena costituisce la principale causa di assenza da lavoro in Italia, ma nonostante questo, solo pochi e selezionati pazienti possono trarre beneficio dalla chirurgia. Durante la chirurgia del rachide, il posizionamento di protesi metalliche, specialmente mediante tecniche mininvasive, avviene mediante la guida di sistemi di scopia o TC. Tali sistemi comportano però un’esposizione a radiazioni ionizzanti sia del paziente che del chirurgo. La neuronavigazione, diminuendo l’esposizione a radiazioni e permettendo l’integrazione delle immagini del paziente con la traiettoria delle protesi, permette di diminuire notevolmente il rischio di malposizionamento delle stesse (4). Gli svantaggi sono: elevato costo, lunghi tempi di planning, lunga curva di apprendimento. Inoltre durante l’intervento il chirurgo è costretto a cambiare continuamente direzione di sguardo fra campo operatorio e monitor.

METODI

Il progetto di ricerca sarà strutturato su tre filoni mirati all’utilizzo e sviluppo di tecnologie di deep learning (DL) , realtà aumentata (AR) e realtà virtuale (VR) adatte agli obiettivi (vedi in seguito). 1 - Tecnologie di DL. Sarà valutata la messa a punto un software che potrà indicare autonomamente all’operatore la migliore traiettoria della protesi da impiantare considerando i parametri anatomici dello specifico paziente ricavata da immagini preoperatorie TC o RM 2 - Tecnologie di AR. Verranno utilizzati e possibilmente migliorati devices già in grado, previa sincronizzazione con software tipo TeamPilot, di proiettare sul campo visivo dell’operatore, in tempo reale, le immagini del planning e delle immagini di neuro navigazione costruite in precedenza (5). 3 - Il terzo punto è volto allo sviluppo di un software di VR, in grado di digitalizzare l’anatomia del paziente , in modo da ottenere real time e step by step un’acquisizione surface matched di immagini che verranno inviate al sistema di neuronavigazione il quale, dopo averle rielaborate, le ritrasmetterà al device (occhiali o lenti) indossato dall’operatore in modo che egli stesso veda il planning continuamente aggiornato.

OBIETTIVI

L’obiettivo del presente progetto sarà armonizzare l’utilizzo di tecniche mininvasive e sistemi di neuronavigazione utilizzando le tecnologie di DL, VR e/o AR così da offrire al paziente una chirurgia quanto più personalizzata e minimamente traumatica guadagnando in accuratezza e precisione, diminuendo, per il chirurgo e per il paziente, il rischio di esposizione a radiazioni. (6, 7, 8)

RISULTATI ATTESI

Lo sviluppo di sistemi tecnologici come quelli proposti minimizzerebbe le possibilità di errori da incorretto posizionamento di viti e le sequele neurologiche ad essi connesse con un deciso impatto in termini soprattutto di morbilità e costi (diminuendo nettamente il rate di reinterventi). Questi sistemi ridurrebbero inoltre notevolmente la quantità di radiazioni a cui il chirurgo ed il paziente sono esposti. I campi connessi a DL, VR , AR inoltre aprono le basi per future ma prossime applicazioni: dalla formazione dei giovani chirurghi (già avvezzi a queste tecnologie, utilizzate principalmente a scopi ludici) fino alla telechirurgia robotica (in cui il chirurgo opera da remoto).

BIBLIOGRAFIA
1 - Kim, C. W. Scientific Basis of Minimally Invasive Spine Surgery, Spine: December 15, 2010 - Volume 35 - Issue
26S - p S281-S286 doi: 10.1097/BRS.0b013e3182022d32
2- Marengo N., et. al. Cortical Bone Trajectory Screw Placement Accuracy with a Patient-Matched 3-Dimensional Printed Guide in Lumbar Spinal Surgery: A Clinical Study. World Neurosurg. 2019 Jun 5. pii: S1878-8750(19)31518-9. doi: 10.1016/j.wneu.2019.05.241.
3- D'Souza M, et. al. Robotic-Assisted Spine Surgery: History, Efficacy, Cost, And Future Trends [published correction appears in Robot Surg. 2019 Dec 23;6:25]. Robot Surg. 2019;6:9-23. Published 2019 Nov 7. doi:10.2147/
RSRR.S190720
4- Santoni BG. et al. Cortical bone trajectory for lumbar pedicle screws. Spine J, 2009, 9: 366–373.
5- Cofano F. et al. (2021) Augmented Reality in Medical Practice: From Spine Surgery to Remote Assistance. Front. Surg. 8:657901. doi: 10.3389/fsurg.2021.657901
6- Berge S. Be prepared for the next decade: augmented reality, artificial intelligence and robot-assisted surgery will enter your professional life. 2020.
7 - Shekhar R, et al. Live augmented reality: a new visualization method for laparoscopic surgery using continuous volumetric computed tomography. Surg Endosc 2010;24(8):1976–85. https://doi.org/10.1007/s00464- 010-0890-8.
8- Gumaa M. et. al. Is virtual reality effective in orthopedic rehabilitation? A systematic review and meta-analysis.
Phys Ther 2019;99(10):1304–25. https://doi.org/10.1093/ptj/pzz093.

Globus Medical - via Ripamonti 89, 20141 Milano

weAR S.r.l. - Via del Mulinetto, 35 - 44122 Ferrara

Periodo: 6 mesi

Il progetto è coerente con i seguenti Ambiti di Ricerca e Innovazione del PNR 2021-2027:

5.1 Salute
5.1.4 Tecnologie per la salute:
articolazione 3: Sistemi di realtà virtuale e aumentata per la simulazione e l’interfacciamento con tecnologie biomedicali

• Neurochirurgia
• Realtà virtuale
• Realtà aumentata
• Chirurgia di precisione
• Minimally invasive surgery (MIS)
• Computer assisted surgery