Robot chirurgici, come sono realizzati, cosa sono in grado di fare

La robotica è applicata nella microchirurgia, nella chirurgia cerebrale, nella radiochirurgia e nella chirurgia ortopedica; viene utilizzata per quelle parti dell’intervento in cui è richiesta una elevata precisione [...]
Pierluigi Sandonnini

giornalista

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I robot chirurgici fanno parte di un settore dell’ingegneria biomedica che si è sviluppato di recente. Come si può intuire dal termine, riguarda l’applicazione di metodiche e tecniche, proprie della robotica, alla chirurgia. In sostanza, si tratta di apparati di ausilio, fino alla parziale sostituzione, dell’intervento diretto del chirurgo.

Come è costituito un robot chirurgico

Questo genere di sistemi è costituito da un robot che, per l’importanza delle applicazioni, deve soddisfare specifiche particolarmente rigorose, anche riguardo la costruzione meccanica. Un robot per la chirurgia, infatti, deve essere maneggevole e leggero, e al tempo stesso poter garantire un grado di libertà adeguato a rendere possibili movimenti di una certa complessità.

La posizione e l’orientamento dell’organo effettore del robot (ossia lo strumento che effettua materialmente l’operazione chirurgica) devono essere definiti con grande precisione; il robot deve infatti poter essere manovrato dal chirurgo in modo da ottenere il posizionamento più accurato possibile dell’organo effettore. Questo può consistere in un “dispositivo portautensile”, variabile a seconda dell’intervento da effettuare; ad esempio, bisturi, trapano, laser e altro ancora.

La robotica è stata applicata per prima nella microchirurgia, nella chirurgia cerebrale, nella radiochirurgia e nella chirurgia ortopedica; viene utilizzata proprio per quelle parti dell’intervento in cui è richiesta una elevata precisione, ad esempio in associazione al bisturi laser o per fissare chiodi, punti metallici o altro.

Il robot opera in associazione con un sistema di ricostruzione virtuale, che consente di mettere in relazione misure geometriche relative alla zona sulla quale deve essere effettuato l’intervento e immagini reali della zona stessa. Si ricorre pertanto a una rappresentazione tridimensionale della zona di operazione, grazie alla quale è possibile simulare la posizione e la direzione di avanzamento dell’utensile che effettua l’intervento, così da definire esattamente la posizione in cui il robot deve portare il suo organo effettore e programmarne opportunamente e precisamente i movimenti.

Robot chirurgici, campi di applicazione principali

La prima specialità chirurgica a usufruire della guida robotica attraverso le immagini è stata la neurochirurgia cerebrale, da principio con la chirurgia stereotassica. Il procedimento prevede infatti l’uso di un casco stereotassico, posto sul cranio del paziente, le cui misure, insieme a immagini tridimensionali (lastre a risonanza magnetica, tomografie assiali ecc) permettono di posizionare esattamente la lesione e di pianificare il percorso dello strumento chirurgico nel cervello. Queste nuove tecniche, guidate dalle immagini, utilizzano marker meno invasivi o immagini video del paziente per creare la corrispondenza fra le immagini della lesione e i riferimenti anatomici del paziente sul quale si sta operando.

L’applicazione dei robot per chirurgia si è poi diffusa ad altri settori, come la chirurgia ortopedica (dell’anca e del ginocchio ad esempio), la chirurgia toracica e, in generale, alla chirurgia mini-invasiva. Uno dei vantaggi dell’utilizzo dei robot chirurgici, infatti, è quello di poter operare con estrema precisione in modo meno invasivo rispetto alle tecniche tradizionali.

Ulteriori sviluppi dei robot chirurgici

Un ulteriore sviluppo della robotica chirurgica è previsto con l’evoluzione delle tecniche della realtà virtuale e anche della telemedicina. Si prefigura uno scenario in cui il chirurgo, indossando un casco, dei guanti o altri dispositivi dei sistemi di realtà virtuale, potrà addirittura operare a distanza, senza trovarsi fisicamente, cioè, in sala operatoria; grazie agli stimoli sensoriali che riceve e all’utilizzo di strumenti telecomandati (robot appunto). Sia il chirurgo, sia il robot che effettua materialmente l’intervento, sono dotati di sensori ed effettori che permettono di riprodurre fedelmente a distanza e in tempo reale sia stimoli sensoriali sia azioni; in questo modo, il chirurgo riceve dal robot le informazioni prese dalla realtà, come suoni, stimoli propriocettivi, immagini stereoscopiche in 3D, e sulla base di queste comanda a distanza il robot.

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Questo genere di sistemi sono in uso già da alcuni anni e permettono una rappresentazione automatica della posizione degli strumenti chirurgici sul piano operatorio, così da poter essere utilizzati per la pianificazione di un intervento chirurgico, prima di effettuarlo davvero; similmente ai “simulatori di volo” utilizzati per la pratica dei piloti. L’operazione viene fatta virtualmente, verificando traiettorie, posizioni dei vasi sanguigni e altro, così da prevenire eventuali imprevisti che potrebbero verificarsi durante l’intervento chirurgico reale.

Alcuni gruppi di ricercatori stanno lavorando su soluzioni che sanno di fantascienza, come i microrobot operatori, aventi le stesse capacità dei robot chirurgici (in grado cioè di effettuare alcuni tipi di interventi) ma così piccoli da raggiungere l’organo da operare attraverso i vasi sanguigni.

Che cos’è l’ingegneria biomedica

Come già accennato, i robot chirurgici fanno parte dell’ingegneria biomedica (o bioingegneria). Si tratta della disciplina che utilizza le metodologie e le tecnologie proprie dell’ingegneria per comprendere e risolvere problematiche medico-biologiche. L’ingegneria biomedica prevede quindi una stretta collaborazione fra specialisti dei vari settori: fisici, ingegneri, medici e biologi.

L’ingegneria biomedica nasce da applicazioni di varie discipline (meccanica, chimica, elettronica) sviluppatesi autonomamente all’interno del proprio ambito, e sfociate poi nella biomeccanica, nella biochimica, nei biomateriali, nell’elettrofisiologia, nella neurofisiologia, nelle scienze cognitive, nella biosistemistica.

Oggi l’ingegneria biomedica si è consolidata come disciplina autonoma, come applicazione di discipline ingegneristiche alla biologia e alla medicina.

Il percorso di studi prevede molte diramazioni: si va dall’ingegneria per cellule e tessuti, che si occupa della ricerca nell’ambito degli organi artificiali, alla neuroingegneria, che studia i sistemi neurali e cognitivi; dalle tecnologie elettroniche per la progettazione di dispositivi e strumentazioni elettromedicali all’ingegneria per immagini e segnali biomedici.

Infine, sono frutto della bioingegneria le protesi ortopediche, il cuore artificiale miniaturizzato, la mano bionica dotata di senso del tatto, il robot per chirurgia mini-invasiva “Da Vinci”.

 

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