Robot per applicazioni medicali

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I robot nell’ambito medicale, sempre più funzionalmente sofisticati, presentano forme e funzionalità estremamente varie, si potrebbe dire tante quante sono le branche della medicina.

I robot per applicazioni medicali sono in genere definiti come “robotic medical assistant”, quindi assistenti, come, con un certo sforzo di fantasia, i robot industriali in produzione potrebbero essere denominati “robotic manufacturing assistant”, anche se resta il fatto che in ambito shop floor si assiste a une vera e propria sostituzione di un operatore umano, che comunque è relativa a determinate funzioni gravose, ripetitive o pericolose, caratterizzazioni operative che non si applicano invece al medical robot, che invece amplificano le possibilità dell’intervento umano consentendo, per esempio, attività diagnostiche diversamente non possibili, ausili a un paziente che un operatore medico non potrebbe dare, velocizzando anche interventi operatori. Il focus non è quindi quello tradizionale dell’aumento di produttività tipico dell’industria quanto il miglioramento del servizio erogato, in questo caso sanitario. Ma non si può escludere l’aspetto produttivo, potendo ottenere migliori obiettivi diagnostici e curativi in tempi più rapidi. Altro elemento differenziante tra robot medical e industrial, l’aspetto commerciale, in quanto i vendor di tecnologia non si rapportano con un utente che vuole innovare o comunque migliore una linea di produzione, ma strutture sanitarie pubbliche e private, dove gli investimenti, soprattutto nel primo caso, seguono logiche diverse, non sempre in linea con i reali bisogni dei pazienti, intesi in senso lato, e con le possibilità di ottimizzazione rese disponibili da un’evoluzione tecnologica in alcuni casi a livelli tali da suscitare meraviglia. Anche per questo gli studi di nuovi sistemi vedono in prima linea società specializzate, eventualmente già presenti nel settore medico con altre soluzioni e offerte diversificate, oltre a università e centri di ricerca, ma anche i player tradizionali della robotica industriale saranno più coinvolti. La diversificazione dei robot per applicazioni medicali è talmente ampia da rendere impossibile una catalogazione esaustiva, per cui meglio procedere a grandi linee, privilegiando alcuni campi di intervento e utilizzo particolarmente significativi: chirurgia e diagnostica.

Robot a supporto della chirurgia

Oggi non esiste ancora un robot chirurgo autonomo stante gli attuali limiti dell’intelligenza artificiale, per cui i surgery robot disponibili sono in sostanza degli elementi di manipolazione controllati da medici competenti. L’attenzione a questo settore riguarda eminentemente due contesti: la telerobotica e la chirurgia minimamente invasiva, entrambi con molti punti in comune, per cui iniziamo dal secondo contesto, finalizzato a realizzare interventi che comportino poche e fisicamente limitate incisioni. Può essere curioso evidenziare come qui si possa parlare di attività impossibile, o quasi, per un operatore umano, come spesso si evidenzia nel caso delle motivazioni d’uso di robot industriali: gli strumenti chirurgici hanno una loro dimensione e la capacità di una mano di essere rigida e ferma è limitata, e questo impedisce di raggiungere gli obiettivi di incisioni minime. Attualmente il riferimento per la chirurgia robotica è il da Vinci Surgical System, inizialmente sviluppato alla fine degli anni ‘80 e poi perfezionato dalla Intuitive Surgical alle soglie del 2000. Questo sistema non ha alcuna autonomia ma si basa sulla capacità e competenza del chirurgo che opera da una console da cui controlla gli strumenti sul lato paziente con una visione 3D del dettaglio del “sito” dell’intervento: in pratica i movimenti della mani del medico, che è come proiettato all’interno del paziente tramite alcune incisioni minime, sono trasformati in precisi micromovimenti degli strumenti chirurgici del sistema da Vinci. Il rapporto con il contesto della telerobotica si evince dal fatto che se normalmente la distanza tra chirurgo e paziente è di pochi metri, nulla vieta di ampliarla a dismisura via rete di comunicazione. E in questo stava l’iniziale interesse del Dipartimento della Difesa USA che voleva realizzare un sistema per poter intervenire direttamente laddove fossero in atto dei conflitti, senza mettere a rischio staff medici specialistici. Chiaramente qui la variabile è data dalla garanzia di continuità e affidabilità delle comunicazioni di segnali video e di controllo. Di ben diversa autonomia è il sistema ROBODOC per interventi ortopedici, della CUREXO Technology Corporation, per il quale non si può ancora parlare di intelligenza artificiale, anche se ci si avvicina. In sistesi, il chirurgo procede a una prima fase pre-operatoria tramite la Preoperative Planning Workstation ORTHODOC, con cui viene mappata la parte ossea su cui intervenire, dopodiché ROBODOC procede autonomamente come da pianificazione. Questa procedura ricorda molto la fase di teaching dei robot industriali, anche se qui la differenza è ben marcata: non è autoapprendimento su un campione con successivi cicli da ripetersi sempre uguali, perché ogni paziente è diverso da un altro. Altro esempio, quello del Robotic Arm Interactive Orthopedic System RIO della MAKO Surgical dedicato specificatamente a interventi sul menisco. Il sistema effettua una mappatura pre-operatoria del sito con una scansione basata su tomografia computerizzata e durante l’intervento eseguito dal chirurgo monitorizza costantemente l’anatomia del paziente permettendo aggiuntamenti in tempo reali con feedback visuali, acustici e tattili, con la resistenza tattile percepita dall’operatore tramite il braccio robotizzato del sistema RIO, i cui obiettivi funzionali si possono riassumere in invasività minima e precisione massima. Come conclusione di questa parte dell’articolo, si evidenzia che in nessuno dei casi citati è possibile entrare in dettagli tecnologici spinti, mancando le informazioni, ben protette dalle aziende produttrici.

Oggi non esiste ancora un robot chirurgo autonomo, per cui i surgery robot disponibili sono in sostanza degli elementi di manipolazione controllati dal medico.

Robot a supporto della diagnostica

In questo campo è stato realizzato un sistema particolarmente innovativo, che prevede anche utilizzi non medicali, anzi, con potenzialità industriali molto spinte. Si tratta dello Snake-Arm Robot dell’inglese OC Robotics, che ricorda, come forma e movimenti, un vero e proprio serpente. Questo sistema robotizzato può inserirsi all’interno del corpo umano con telecamera miniaturizzata e sensori, attraverso orifizi naturali o limitate incisioni: controllato da remoto dal medico, si configura come ausilio per cercare e individuare formazioni tumorali, e questo in alternativa alla più invasiva laparoscopia. Il contenuto tecnologico di questo sistema è notevole, soprattutto perché non necessita per muoversi di supporti o appoggi dall’ambiente circostante, tanto che viene ora proposto anche per applicazioni industriali per effettuare da remoto operazioni di manipolazione, ispezione e manutenzione in spazi confinati e pericolosi per l’uomo. L’unità operativa flessibile (explorer snake-arm) è disponibile in diametri da 40 a 150mm, con payload definiti per ciascuna combinazione di diametro e lunghezza. Il sistema prevede 4 componenti base: interfaccia utente PC più joystick multifunzionale; Actuator Pack che trasferisce la potenza meccanica al braccio mobile, con motorizzazioni ed elettronica di potenza al di fuori degli spazi confinati, quindi comodamnte accessibili; snake-arm, costituito da elementi articolati (cavi per avere massa minima) tra loro collegati ed eventualmente con rivestimento protettivo; strumenti e sensori intercambiabili, collocati sulla parte terminale dello snake-arm.

 

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