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La chirurgia del futuro tra robotica, realtà virtuale e intelligenza artificiale


Un robot ronza silenziosamente mentre è intento a campionare i margini di un tumore. Analizza con precisione i tessuti in tempo reale e rileva che c’è bisogno di aumentare il margine di escissione. Il team si è preparato per questo scenario, l’ha provato già più volte nella realtà virtuale. La resezione fila via senza problemi e viene impiantato un sensore per rilevare la recidiva. Questa è la chirurgia del 2035 secondo le previsioni fatte nel Future of Surgery Report del 2018 dalla Commissione sul futuro della chirurgia del Royal College of Surgeons of England. In quel rapporto la Commissione aveva fatto previsioni in quattro ambiti diversi (chirurgia mini-invasiva, imaging, realtà virtuale e realtà aumentata; big data, genomica e intelligenza artificiale; Interventi specializzati) a cinque, dieci e vent’anni. Alla scadenza delle prime previsioni il Royal College of Surgeons è tornato a quel documento per fare il punto sui progressi compiuti. Certo la pandemia di covid si è rivelato un vero unknown unknows, un evento così imprevedibile da non poter essere messo nel conto, secondo la definizione del Segretario di stato americano Donald Rumsfeld. Ciononostante, molte di quelle previsioni si sono effettivamente realizzate.

Robotica e intelligenza artificiale
I chirurghi umani si muovono tra una serie di variabili fisiche, mentali e tecniche durante l’intervento chirurgico che contribuiscono al suo successo. Stanchezza, tremori e blocchi mentali possono a volte influenzare il risultato dell’operazione. I robot chirurgici vengono usati soprattutto per i loro vantaggi rispetto a questo tipo di variabili. Sono resistenti alla fatica e ai tremori, hanno movimenti scalabili e funzionano con una gamma più ampia di movimenti assiali. La chirurgia robotica assistita ha già trovato il suo spazio in molto ambiti della medicina, dall’urologia alla ginecologia alla chirurgia generale. È una tecnologia che offre ai chirurghi alcuni sostanziali vantaggi: più rapidità, più precisione e più controllo durante le procedure. Sul fronte dei pazienti diminuiscono le complicazioni e si riducono parallelamente i tempi di recupero.
Come previsto dal Rapporto, robot chirurgici futuristici come Versius di CMR Surgical e Hugo di Medtronic sono già a disposizione in alcuni reparti inglesi. I progressi nella chirurgia robotica toracica hanno aumentato la gamma di procedure mininvasive della testa, del collo e del pancreas. Certo, l’aspettativa che i robot di oggi eseguissero “un piccolo numero di compiti automatizzati più semplici” era un po’ ottimistica, ma i progressi continuano nei modelli animali, per esempio con la prima anastomosi intestinale laparoscopica eseguita di recente senza aiuto umano da un robot su un maiale. Per fare anche un po’ di conti, nel 2022 il mercato della robotica chirurgica valeva 8,6 miliardi di dollari e si prevede che entro il 2030 crescerà a un tasso dell’8% fino a raggiungere i 15,8 miliardi di dollari.

Dall’intelligenza artificiale stanno invece arrivando in sala operatoria analisi predittive, piani di trattamento personalizzati e supporto decisionale in tempo reale, insomma un armamentario destinato a ottimizzare e migliorare i risultati chirurgici. In un video prodotto dall’American College of Surgeons, una serie di brevi contributi riassume gli aspetti più rilevanti di questi progressi. Arman Kilic, chirurgo cardiotoracico presso la Medical University of South Carolina, sottolinea il potenziale dell’IA nel migliorare le procedure ospedaliere, la pianificazione delle risorse e l’efficienza dell’assistenza ai pazienti, precisando però che “non si tratta di una tecnologia di “sostituzione” ma di una tecnologia di ‘assistenza’” al chirurgo. Ad esempio, l’IA stimerà quanto tempo rimane prima dell’intervento chirurgico, aiutando gli ospedali a pianificare meglio i posti letto disponibili e informando in modo più accurato e tempestivo la famiglia del paziente sui tempi dell’intervento in corso.
“L’intelligenza artificiale potrebbe anche ridurre la necessità di avere un’infermiera di guardia fornendo un chatbot per rispondere alle domande dei pazienti”, spiega Danielle Saunders Walsh, chirurgo pediatrico della University of Kentucky College of Medicine. “Un paziente che si sveglia all’1 del mattino, due giorni dopo un intervento chirurgico, può contattare il chatbot per chiedere: ‘Ho questo sintomo, è normale?’“, aggiunge Walsh, con la precisazione che l’uso dei chatbot è già stato sperimentato in ostetricia e il 96% dei pazienti ha valutato positivamente lo strumento.

“L’intelligenza artificiale potrebbe anche ridurre la necessità di avere un’infermiera di guardia fornendo un chatbot per rispondere alle domande dei pazienti”

L’analisi predittiva a cui si accennava è un’altra applicazione molto promettente. Consente in pratica ai chirurghi di stratificare i rischi e di prendere decisioni sul trattamento dei pazienti analizzando gli esiti chirurgici su ampie serie di dati. Per valutare i rischi e i benefici di un paziente chirurgico, compreso il rischio di complicanze postoperatorie, i chirurghi utilizzano da tempo database di pazienti e registri multicentrici per sviluppare modelli di rischio. L’intelligenza artificiale e l’apprendimento automatico hanno il potenziale per sfruttare ancora meglio questi pool di dati ampi e complessi per sviluppare algoritmi predittivi ancora più robusti, analizzando milioni di interventi chirurgici storici insieme alle caratteristiche dei pazienti. Se ci trasferiamo direttamente in sala operatoria, l’IA oggi è in grado di assistere il chirurgo come farebbe un vero co-pilota, anticipando gli eventi, fornendo suggerimenti, monitoraggio e supporto decisionale in tempo reale, in particolare negli interventi laparoscopici e robotici in cui sono utilizzati schermi che permettono di visualizzare le indicazioni dell’IA. Sulla base della revisione di milioni di video chirurgici, l’intelligenza artificiale ha già la capacità di anticipare i successivi 15-30 secondi di un’operazione e fornire un’ulteriore supervisione durante l’intervento. In futuro, l’anticipazione degli eventi chirurgici potrebbe consentire ai chirurghi di modificare le loro linee d’azione in tempo reale se fosse necessario. Nonostante tutti questi potenziali vantaggi, quando si parla di IA si mescolano inevitabilmente questioni etiche, legali e normative per niente irrilevanti. La responsabilità in caso di errori legati all’IA, la resistenza al cambiamento da parte di medici e pazienti, le distorsioni dei dati che influenzano le prestazioni degli algoritmi… È fondamentale, in chirurgia, come in qualsiasi altro ambito di applicazione di questa prodigiosa tecnologia, affrontare i problemi con trasparenza, la formazione necessaria e quadri normativi adatti a regolare l’uso senza soffocarne lo sviluppo.

Tecniche minimamente invasive
Anche la chirurgia minimamente invasiva continua ad evolversi. Ha già alle spalle alcuni decenni di sviluppo ed è quella che consente ai chirurghi di eseguire interventi, anche complessi, con incisioni più piccole, una minore perdita di sangue e degenze ospedaliere più brevi. Tra le innovazioni in rapida evoluzione che stanno ampliando il campo di applicazione della chirurgia mininvasiva c’è la laparoscopia single-port, la chirurgia endoscopica transluminale a orifizio naturale (NOTES) e le tecniche microinvasive. Il risultato di queste nuove tecnologie è e sarà meno dolore e cicatrici per i pazienti, un recupero più rapido e risultati estetici notevolmente migliori rispetto al passato.

“Il risultato di queste nuove tecnologie è e sarà meno dolore e cicatrici per i pazienti, un recupero più rapido e risultati estetici notevolmente migliori”

Stampa 3D e impianti personalizzati
La stampa 3D ha fatto passi da gigante negli ultimi decenni, rivoluzionando la produzione di impianti e strumenti chirurgici. Oggi i chirurghi possono creare impianti specifici per ciascun paziente, adattati all’anatomia individuale, impianti che si adattano meglio, funzionano meglio e spesso sono più longevi di quelli delle passate generazioni. Dagli impianti ortopedici alle ricostruzioni facciali, la stampa 3D sta di fatto aprendo la strada alla medicina personalizzata nel campo della chirurgia e in particolare del trapianto di organi.
Negli ultimi anni, la stampa tridimensionale ha permesso la creazione di sostituti di tessuti e organi che assomigliano sempre più ai loro corrispettivi naturali. E i biomateriali di origine umana riducono il rischio di rigetto e migliorano i risultati clinici complessivi. La chiave del successo e dei futuri sviluppi di questa tecnologia sta nell’impiego di strategie di reticolazione che rendono i biomateriali adatti a diventare inchiostri per la biofabbricazione. E le potenzialità della stampa 3D nella chirurgia sono virtualmente infinite, dalla creazione di guide personalizzate alla produzione di impianti medici su misura, passando per la bio-stampa 3D che permette di creare tessuti e organi viventi complessi.

Anche i numeri di questo boom sono eloquenti. Il mercato globale per la biostampa 3D è in costante crescita e si prevede che raggiungerà i 5,3 miliardi di dollari entro il 2030, con un tasso di crescita annuo del 15,8%. Ma ci sono ancora sfide da affrontare. Il Rapporto “Future of surgery” ha una visione tutto sommato ottimistica del prossimo futuro, ma la produzione di tessuti complessi ha ancora davanti ostacoli di un certo rilievo come la perfusione adeguata dei tessuti creati. Anche se ricerche sulle cellule staminali hanno avuto un notevole sviluppo (trattamenti l’osteoartrite, malattie della retina e malattie neurodegenerative) è importante comunque mantenere un sano equilibrio tra le attese e i limiti oggettivi ancora da superare.

“Il mercato globale per la biostampa 3D è in costante crescita e si prevede che raggiungerà i 5,3 miliardi di dollari entro il 2030”

Realtà aumentata e navigazione chirurgica
La realtà aumentata e i sistemi di navigazione chirurgica permettono di visualizzare in tempo reale l’anatomia del paziente durante le procedure. La tecnologia consiste nel sovrapporre informazioni digitali al campo chirurgico. Anche in questo caso i vantaggi sono tutt’altro che trascurabili: migliore consapevolezza spaziale, guida più precisa degli strumenti e localizzazione accurata dei tumori. Si tratta di tecnologie particolarmente preziose in interventi complessi come quelli di neurochirurgia e ortopedia, in cui la precisione è fondamentale. La realtà estesa, che include la realtà aumentata e quella virtuale, è stata sotto i riflettori da quando Facebook ha deciso di puntare sul metaverso nel 2021. L’implementazione della realtà estesa nel settore sanitario è stata lenta, ma la realtà virtuale è già in fase di sperimentazione con risultati apprezzabili (soprattutto nel settore della formazione e dell’educazione e per distrarre il paziente durante le procedure).

Chirurgia remota e telechirurgia
L’avvento della rete internet ad alta velocità (sia la fibra sia quel 5G con cui i gestori telefonici hanno perseguitato i clienti vecchi e nuovi negli ultimi anni) e della robotica hanno aperto la strada agli interventi chirurgici a distanza. Dalla telechirurgia arrivano prospettive fino a poco tempo fa impensabili. Com’è intuitivo, ha il potenziale di rendere possibili cure specialistiche in aree remote o poco servite, ed è particolarmente utile in caso di emergenze o catastrofi. Anche in questo settore sono molte le sfide normative e logistiche da affrontare prima che la telechirurgia si trasformi in una reale opzione quotidiana, ma sembra soltanto questione di tempo.

Il futuro è dietro l’angolo
Stiamo entrando in un’età dell’oro per la tecnologia chirurgica. “Il modo migliore per predire il futuro è inventarlo”, diceva l’informatico Alan Kay, e i chirurghi sono in una posizione unica nella storia recente per promuovere l’innovazione, ma questo richiede uno sforzo decisivo per integrare l’alfabetizzazione digitale e tecnologica, mantenendo sempre al centro di ogni pratica chirurgica l’attenzione per il benessere e la sicurezza dei pazienti. Il futuro della chirurgia è oggi…