REALTÀ AUMENTATA ED E-HEALTH: ARRIVANO GLI OLOGRAMMI 3D IN SALA OPERATORIA

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Ogni corpo è diverso. Persino le operazioni chirurgiche di routine variano da paziente a paziente. E così il trend per una sanità sempre più personalizzata ed efficiente spinge i progressi dell’e-health verso soluzioni di realtà aumentata fin dentro la sala operatoria, con interventi su misura in relazione alla condizione patologica del singolo individuo.

In chirurgia da sempre ci si avvale dei dati del paziente per capire qual è il migliore corso d’azione per l’intervento. Con l’arrivo della realtà aumentata adesso i medici possono non solo pianificare al meglio l’operazione, ma attingere a cartelle cliniche, guide e altri ologrammi medici senza mai distogliere occhi e mani dal paziente, utilizzando soltanto voce e gesti.

L’ologramma, dal greco “holos” (totale) e “gramma” (scrittura), è un oggetto 3D proiettato davanti agli occhi dell’utente. Questo è oggi possibile grazie a visori (head-mounted display, HMD), sviluppati da aziende come Microsoft e Magic Leap, ma anche con i semplici smartphone.

Gli ologrammi medici possono essere ricostruzioni a tre dimensioni degli organi interessati o suggerimenti grafici generati grazie al deep learning o da esperti in tempo reale. L’hardware viene infatti supportato da programmi sviluppati da aziende e università in tutto il mondo che esplorano le diverse potenzialità della tecnologia.

Sebbene per via dei costi elevati siano ancora appannaggio di pochi ospedali, questi dispositivi promettono di portare enormi vantaggi per il frontline worker, tipologia di cui gli operatori sanitari – è stato reso evidente dalla pandemia – rappresentano una quota molto importante in termini sociali.

LA REALTÀ AUMENTATA AL SERVIZIO DELL’E-HEALTH

Un architetto ti mostra come sarà stare nella tua nuova casa prima ancora di costruirla. Provi un capo d’abbigliamento senza nemmeno provarlo. Un personaggio virtuale ti sta davanti in un ambiente simulato di gaming. Le tecnologie che incrementano la nostra esperienza del reale, come l’augmented reality (AR), la virtual reality (VR) e la mixed reality (MR) sono sempre più parte della vita di tutti i giorni, sia per quanto riguarda l’entertainment che i professionisti. Tali sistemi ricadono sotto il temine ombrello di “spatial computing”, inteso come un riavvicinamento delle tecniche computazionali dall’astrazione binaria alla realtà fisica.

Proprio nella sanità, spinte dal trend in forte crescita dell’e-health, queste innovazioni stanno trovando sempre più applicazioni. Ma in che modo i progressi dello spatial computing influenzano e influenzeranno l’industria sanitaria?

E-HEALTH: L’USO DEGLI OLOGRAMMI IN SALA OPERATORIA

Fare pratica su un ologramma prima di effettuare un intervento chirurgico nella realtà è ormai una prassi negli ospedali più all’avanguardia grazie alle lenti per la realtà aumentata, che permettono ai medici di esercitarsi su una simulazione degli organi del paziente sovrapposti a un manichino prima dell’operazione. In questo modo gli operatori sanitari possono studiare il miglior corso d’azione, prevedendo il più possibile eventuali complicanze in accordo con le specifiche condizioni e l’anatomia del paziente. I giovani medici possono inoltre acquisire maggiore autonomia e abilità che richiederebbero anni di esperienza sul campo.

Ma l’olografia, tecnologia che gli esperti osservano essere una delle più in crescita nel settore e-health, si è spinta già fino alla sala operatoria: ora i chirurghi, indossando un dispositivo di AR o MR, possono interagire con l’oggetto 3D, girargli attorno, ruotarlo, sezionarlo e ingrandirlo.

Alle immagini si aggiunge la tecnologia del cloud computing, con aiuti e suggerimenti in tempo reale da algoritmi e colleghi in remoto. L’olografia medica è particolarmente indicata per la cura di patologie cardiovascolari, malattie epatiche e in ambito oncologico.

COSA SONO GLI OLOGRAMMI MEDICI

Quelli oggi utilizzati in diversi campi professionali, settore medico in testa, non sono ologrammi propriamente detti. L’attuale tecnologia, infatti, non è ancora in grado di generare una vera immagine 3D nello spazio. Se ne può tuttavia simulare la presenza indossando l’HMD o degli smart glasses. I visori comportano comunque degli indubbi vantaggi, perché i lavoratori di prima linea possono visualizzare importanti informazioni in tempo reale, rendendo più efficiente il completamento dei task.

L’olografia medica, ad esempio, permette di visualizzare dei modelli in 3D dell’anatomia del paziente, con la possibilità di ruotarli o girargli attorno per osservarli da diversi punti di vista. In questo modo il medico può prendere delle decisioni più accurate.

La ricostruzione olografica delle parti anatomiche è effettuata attraverso la combinazione di immagini mediche tradizionali come radiografia, risonanza magnetica ed ecografia. Viene eseguita una mappatura dell’anatomia interessata che viene quindi elaborata attraverso un processo di imaging 3D. Il risultato finale è una sorta di scansione tridimensionale accurata della condizione patologica dell’organo in esame. In tal senso l’olografia medica rappresenta un rinnovamento nell’uso di tecnologie più convenzionali.

L’olomedicina in sala operatoria è ancora agli albori, ma sta già portando importanti benefici per gli operatori della sanità e, quindi, anche per i pazienti.

REALTÀ AUMENTATA E CHIRURGIA: QUALI VANTAGGI

Ogni giorno i chirurghi si avvalgono di dati provenienti da raggi X, risonanze magnetiche e altre informazioni dalla cartella clinica dei pazienti per stabilire modalità d’intervento e possibili conseguenze post-intervento. L’impiego di visori per la realtà aumentata nell’ambito dell’e-health integra nello spazio circostante della sala operatoria informazioni virtuali che migliorano la qualità sanitaria.

PIANIFICAZIONE

Ancora prima di entrare in sala operatoria, i chirurghi possono visualizzare in 3D l’organo mappato per stabilire prima qual è la migliore serie di azioni da adottare. Sezionando, allargando e misurando il modello il medico può avere un’immagine molto nitida dell’organo del paziente. Ad oggi la ricostruzione tridimensionale degli organi è utilizzabile soltanto per operazioni chirurgiche programmate, non per interventi d’emergenza.

EFFICIENZA

Con la struttura digitale sovrapposta al reale organo del paziente, il chirurgo evita di sbagliare imboccando percorsi erronei. Questo vale, ad esempio, nelle operazioni di asporto di un tumore non immediatamente visibile all’occhio dell’operatore. L’imaging 3D ha tutto un altro livello di realismo rispetto a lastre e immagini bidimensionali. Viene migliorata anche l’efficienza della formazione, dato che il giovane medico non deve più fare affidamento soltanto sulle figure dei libri o sul modello generico di un organo in plastica, ma studiare su simulazioni realistiche.

INTELLIGENZA ARTIFICIALE

Diverse software house e start-up sono tuttora impegnate nello sviluppo di programmi per le HoloLens 2 di Microsoft e altri hardware, in modo da ottimizzare l’UI o permettere la raccolta e l’elaborazione dati. In futuro algoritmi di machine learning saranno in grado di combinare enormi quantitativi di esperienza diretta di migliaia di medici per fornire preziosi suggerimenti in tempo reale. Questa innovazione sarà molto utile, in particolare, nel corso delle emergenze.

SECONDO PARERE IN REMOTO

Le immagini riprese dal visore possono essere trasmesse in streaming a migliaia di chilometri di distanza (ovunque sia presente una connessione internet abbastanza potente) sugli schermi di altri medici, con i quali gli operatori sanitari in sala possono consultarsi.

PAZIENTE PIÙ CONSAPEVOLE

Prima dell’intervento anche il paziente potrebbe indossare l’HMD in modo da avere un’idea più chiara dell’intervento al quale verrà sottoposto.

AMBIENTE STERILE

L’accesso ad una interfaccia in realtà ibrida, dove tutti i pulsanti, la cartella clinica e i modelli sono virtuali, assicura un ambiente più sterile.

Fra gli svantaggi è stato rilevato, da uno studio del 2019, che gli headset in certi casi rallentano le operazioni, perché sono scomodi per gli operatori. Ma questo è un problema che si ridurrà progressivamente con l’arrivo delle successive generazioni di visori.

REALTÀ AUMENTATA E COVID-19

L’impiego della realtà aumentata ha già trovato applicazione nella gestione della crisi pandemica. Dal maggio 2020 lo staff dell’Imperial College Healthcare NHS Trust ha cominciato a indossare le HoloLens, consentendo a gruppi di medici di osservare i trattamenti ai pazienti COVID-19 a distanza di sicurezza. In questo modo è stato ridotto il tempo medio di esposizione ad aree ad alto rischio dell’83%.

Allo stesso tempo è stato limitato l’uso di dispositivi di protezione individuale – fino a 700 unità a settimana per ogni reparto – con un notevole risparmio per la struttura ospedaliera in un momento in cui le risorse erano, fra l’altro, molto scarse.

I dispositivi MR permettono allo staff medico di consultare modelli digitali 3D utilizzando gesti e voce. Senza dover impegnare le mani, i medici possono interagire con colleghi collegati da tutto il mondo e il paziente allo stesso tempo, scambiandosi informazioni tempestive su un virus di cui non conosciamo ancora abbastanza.

QUALI SVILUPPI PER AR E FORMAZIONE MEDICA

L’apprendimento della professione medica è un processo articolato. Gli studenti devono imparare strutture complesse e anatomia basandosi tradizionalmente su libri di testo e immagini, ma la distanza fra figure 2D e corpi reali dei pazienti può generare delle lacune che dovranno essere colmate in tempi molto ridotti direttamente in ospedale.

Nella formazione medica le simulazioni di intervento in sessioni di realtà virtuale e aumentata possono pertanto fornire una soluzione per rimuovere questa congestione a collo di bottiglia o almeno migliorare la curva di apprendimento. Per quanto attualmente siano appannaggio di pochi istituti di formazione, in futuro gli HMD saranno in grado di fornire materiale didattico potenzialmente infinito facilitando l’accesso ai contenuti educativi in parti del mondo svantaggiate. Medici di paesi in via di sviluppo potranno seguire interventi presso ospedali prestigiosi ed essere guidati e consigliati da colleghi collegati da università statunitensi ed europee.

Diversi studi hanno già dimostrato come l’uso di HMD, che incrementa l’esperienza (AR e MR) o crea da zero un ambiente simulato (VR), è adatto all’acquisizione di abilità, soprattutto di quelle cognitive legate alla memoria e alla comprensione di informazioni e conoscenze spaziali.

L’arrivo delle tecnologie olografiche, insomma, sta già portando diversi cambiamenti alla professione medica. Dalla formazione alla pianificazione procedurale, dalla diagnosi alla sala operatoria, i campi di applicazione sono sconfinati. L’attuale potenza di calcolo in cloud e i moderni hardware non consentono ancora di parlare già adesso di rivoluzione dell’industria sanitaria, ma la direzione di marcia è quella.

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