La pratica rende perfetti

Il chirurgo studia il volto di un adolescente la cui mascella e guancia superiori sono state distrutte dal cancro anni fa. Sollevando la mano destra guantata, indica un'area appena sotto uno degli occhi del paziente. Come per magia, sulla guancia del ragazzo compare un'incisione che rivela l'area di tessuto e ossa da ricostruire. Indicando di nuovo, il chirurgo inizia una complicata procedura per trapiantare ossa e tessuti dall'anca del ragazzo al viso.

In passato, i chirurghi plastici dovevano essere in sala operatoria per provare procedure come queste. Ora alcuni stanno utilizzando uno strumento sperimentale di visualizzazione computerizzata chiamato Immersive Workbench, sviluppato da ricercatori della Stanford University e del NASA Ames Research Center, per pianificare e mettere in pratica operazioni difficili. Il programma software combina i dati delle scansioni TC, delle immagini di risonanza magnetica e degli ultrasuoni per creare immagini ad alta risoluzione dei singoli pazienti e visualizzarle in un ambiente virtuale.

Questa storia faceva parte del nostro numero di marzo 1998

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A differenza di altri strumenti software sviluppati per visualizzare i risultati della chirurgia plastica, che si basano su modelli fisici standard di uomini e donne, l'Immersive Workbench genera immagini che raffigurano le deformità o le lesioni specifiche di particolari pazienti. L'ultimo prototipo del software va oltre, consentendo ai medici che indossano occhiali con otturatore cingolato e guanti speciali di testare approcci chirurgici specifici in rapida successione per vedere quale produce i migliori risultati.

L'intera idea è quella di essere in grado di interagire con l'ambiente virtuale nello stesso modo in cui interagisci con un paziente nella vita reale, in un modo che non richiede quasi alcuna formazione per l'utente, afferma il direttore del progetto, il dott. Michael Stephanides della divisione della Stanford University. di Chirurgia Plastica.

Il progetto è iniziato nel 1991, quando i ricercatori di Stanford hanno iniziato a sviluppare rendering grafici bidimensionali di pazienti a partire da dati di imaging. Tre anni fa, Stephanides ha chiesto alla NASA Ames di creare un software sofisticato per creare ritratti tridimensionali dei pazienti dai dati raccolti nelle scansioni TC. A quel tempo, gli ingegneri della NASA Ames passavano la maggior parte del loro tempo a creare visualizzazioni di sistemi biologici per applicazioni spaziali, ma la collaborazione del laboratorio con Stanford ha portato alla creazione del Biocomputation Center della NASA Ames, un nuovo centro nazionale per la ricerca in ambienti virtuali per la pianificazione chirurgica.

La chirurgia plastica offre una sfida particolarmente rigorosa per gli ingegneri del software e i ricercatori medici che sviluppano strumenti di realtà virtuale (VR), poiché i rendering computerizzati dei pazienti devono apparire quasi esattamente come nel mondo reale. Non è un compito da poco mostrare parti del corpo umano alla necessaria alta risoluzione, afferma Kevin Montgomery, il leader del gruppo Ames della NASA che partecipa a questo progetto. Secondo Montgomery, un rendering 3D di un volto umano e una testa contiene 8 milioni di minuscole sezioni di immagine che devono essere aggiornate a una velocità di 10 fotogrammi al secondo, richieste di elaborazione che si avvicinano al limite teorico dei computer attuali; di conseguenza, i ricercatori della NASA Ames hanno dovuto trovare modi ingegnosi per scartare gran parte dei dati grezzi dalle immagini dei pazienti. Tuttavia, il gruppo di Montgomery è stato in grado di generare immagini altamente risolte che dettagliano caratteristiche così sottili come piccole creste di tessuto, l'impressione di una vena sotto la pelle su un cuoio capelluto umano e i minimi dettagli dell'orecchio interno di un paziente.

I medici hanno già utilizzato l'Immersive Workbench per pianificare circa 15 interventi chirurgici che comportano la ricostruzione di difetti ossei nello scheletro del viso e del cranio. Ma Montgomery e Stephanides avvertono che lo strumento è ancora in fase sperimentale. Si aspettano l'implementazione clinica in tre-cinque anni, quando la prossima generazione di processori e schede grafiche renderà i computer desktop da 10.000 dollari veloci e potenti quanto le workstation grafiche da 100.000 dollari ora necessarie per eseguire il software. Tra oggi e allora, i ricercatori sperano di migliorare il programma creando un'interfaccia utente grafica più intuitiva, raffigurando strumenti chirurgici virtuali in modo più accurato e sviluppando la capacità di aggiornare le immagini dei pazienti quasi in tempo reale mentre i medici praticano le loro procedure.

Quando i costi dell'hardware non saranno più un fattore limitante, Stephanides crede che la tecnologia VR sostituirà gli attuali metodi di pianificazione chirurgica e diventerà uno strumento importante per la formazione dei medici nelle scuole di medicina.

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