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Cardiochirurghi come videogiocatori
I cardiochirurghi hanno preso in prestito una tecnologia di imaging stereoscopico 3D dall'industria dei videogiochi per aiutarli a guidare i loro strumenti durante intricati interventi chirurgici a cuore pulsante. Nei test del nuovo dispositivo di imaging, un chirurgo è stato in grado di navigare in modo più accurato nei cuori dei maiali e quindi riparare più rapidamente le pareti strappate dei cuori. Alla fine, il sistema stereoscopico potrebbe rendere la chirurgia a cuore battente più efficiente e meno pericolosa, magari estendendone l'uso a riparazioni cardiache relativamente complicate.
Vista 3D: I ricercatori del Children's Hospital Boston stanno portando la tecnologia dei videogiochi in sala operatoria. Il cardiochirurgo Nikolay Vasilyev fa un giro di prova ai suoi occhiali stereo mentre esegue simulazioni chirurgiche. Gli occhiali, abbinati a un monitor che visualizza i dati degli ultrasuoni in tempo reale, forniscono una vista 3D stereoscopica. Vasilyev ha testato la tecnologia nella chirurgia a cuore battente sui cuori dei maiali e ha scoperto che gli permetteva di riparare un buco in modo più efficiente rispetto all'imaging 3D tradizionale.
Per alcune procedure cardiache complesse come le riparazioni delle valvole, un chirurgo deve fermare il cuore e tagliarlo completamente. Questi interventi richiedono una macchina per il bypass cuore-polmone e comportano rischi sostanziali per il paziente. Negli ultimi anni, alcuni chirurghi stanno optando per la chirurgia a cuore battente, un approccio meno invasivo che spesso può ovviare alla necessità di un bypass cuore-polmone. Ma lavorare su strutture interne complesse e delicate che si muovono con ogni battito cardiaco presenta grandi sfide, in particolare perché senza aprire il cuore e deviare il sangue, è difficile per i chirurghi vedere cosa stanno facendo.
Per diversi anni, una squadra a Ospedale pediatrico Boston ha sviluppato un sistema di imaging 3D in tempo reale da utilizzare nella chirurgia a cuore battente. Un dispositivo ad ultrasuoni raccoglie un flusso di dati 3D e lo invia a un display bidimensionale, indicando la profondità con sfumature di grigio. Tenendo d'occhio il display, un chirurgo può vedere all'interno del cuore durante l'operazione.
Ma mentre i primi risultati della tecnologia, che ha recentemente trovato la sua strada nella sala operatoria, sono stati promettenti, i chirurghi hanno scoperto che il display bidimensionale interferiva con la loro percezione della profondità. Se stai navigando in una struttura tridimensionale complicata come il cuore, dove devi girare a destra e a sinistra e andare su e giù e dappertutto, usare un'immagine bidimensionale lo rende molto difficile, dice Pedro del Nido , primario di cardiochirurgia presso l'ospedale pediatrico e leader del gruppo di ricerca.
Per trovare una soluzione, il team si è rivolto a un settore esperto nella creazione di un'esperienza 3D in continuo miglioramento: i videogiochi. I recenti progressi nella tecnologia di elaborazione delle immagini hanno consentito ai game designer di simulare ambienti 3D, completi di percezione della profondità, utilizzando display di visione stereoscopica. Per affrontare le malattie cardiache strutturali, è necessaria una mappa tridimensionale con percezione della profondità, afferma Marc Gillinov , chief experience officer presso Heart and Vascular Institute della Cleveland Clinic . Ed è quello che ti danno gli occhiali stereoscopici.
Un display di visione stereoscopica funziona generando un'immagine 3D separata e leggermente inclinata per ciascun occhio. Il monitor scorre rapidamente avanti e indietro tra le due versioni circa 70 volte al secondo. Nel frattempo, lo spettatore indossa occhiali speciali che bloccano alternativamente gli occhi sinistro e destro alla stessa velocità. Lo sfarfallio è abbastanza veloce che gli occhi, che possono elaborare solo da 25 a 30 fotogrammi al secondo, non lo notano.
Schermo diviso: Un dispositivo a ultrasuoni invia un flusso costante di dati tridimensionali dal cuore del paziente a un computer, che lo divide in una coppia di immagini leggermente inclinate, una per ciascun occhio. Occhiali speciali sfarfallano avanti e indietro tra gli occhi sinistro e destro mentre le due immagini sfarfallano avanti e indietro sullo schermo di un computer. Il risultato è simile a un video olografico del funzionamento interno del cuore.
Il tuo cervello sa come integrare queste informazioni e darti automaticamente la percezione della profondità, dice del Nido. Non devi avere un computer che ti dice che sei a due centimetri e mezzo dal bersaglio: il tuo cervello lo capisce intuitivamente e lo fa al volo. Il risultato è un'esperienza 3D realistica, simile a un ologramma.
Utilizzando questa tecnologia, il team dell'ospedale pediatrico ha costruito un display su misura in grado di elaborare i dati da una sonda a ultrasuoni. Poi cardiochirurgo Nikolay Vasilyev ha indossato un paio di occhiali stereoscopici e ha provato il display mentre operava sul cuore pulsante dei maiali.
In primo luogo, Vasilyev ha creato uno strappo nel muro che divide gli atri sinistro e destro, simulando una condizione chiamata difetto del setto interatriale. Quindi riparò il buco con una piccola toppa, fissandolo in posizione con diversi minuscoli ancoraggi. Poiché l'intero intervento chirurgico è stato eseguito con strumenti specializzati che potevano essere inseriti attraverso un'apertura molto piccola nella superficie del cuore, era abbastanza non invasivo da lasciare che il cuore continuasse a battere per tutto il tempo. In totale, Vasilyev ha operato sei maiali: tre con il display stereoscopico e tre con il normale display 3-D.
In tutti e sei gli interventi, Vasilyev ha apposto con successo il cerotto, senza differenze tra i due gruppi in termini di precisione con cui ha posizionato le ancore, forse perché ha una vasta esperienza con questa particolare procedura. Ma il nuovo dispositivo gli ha permesso di guidare con maggiore precisione i suoi strumenti verso la loro destinazione, riducendo il rischio di danni alle strutture circostanti, e di portare a termine il lavoro il 44% più velocemente. I risultati dello studio sono stati annunciati ieri nel Journal of Chirurgia Toracica e Cardiovascolare .
Il sistema stereoscopico può aiutare a estendere gli usi della chirurgia a cuore battente, ampliandone l'uso nei bambini con difetti cardiaci congeniti e nelle riparazioni cardiache complicate come fori estesi e valvole difettose. In effetti, del Nido vede l'imaging stereoscopico in tempo reale, combinato con strumenti chirurgici all'avanguardia, come una piattaforma che potrebbe in definitiva rivoluzionare la chirurgia cardiaca nello stesso modo in cui le procedure laparoscopiche hanno rivoluzionato la chirurgia addominale. Quello che stiamo sviluppando qui è davvero una nuova piattaforma per eseguire riparazioni cardiache in un modo molto diverso, afferma del Nido. Abbiamo fatto il primo passo: abbiamo fatto il proof of concept. Ora vogliamo iniziare a vedere fino a che punto possiamo spingerci.
Sarà pronto per la prima serata di domani? No, non lo è, dice Gillinov. Ma potrebbe aprire un sacco di nuovi modi per aggiustare le cose nel cuore? Sì.