ARS

introduzione al progetto

stato dell’arte e obiettivi di progetto

Negli ultimi dieci anni la robotica di servizio ha raggiunto livelli di performance e credibilità tali da renderla molto richiesta e bene accetta anche al grande pubblico. Qualche progresso è stato fatto per quel che riguarda l’introduzione dell’autonomia in robotica, ma sono state dimostrate solo piccole azioni individuali. Per questo motivo, i robot commerciali fanno ancora ampio affidamento all’automazione rigida (hard), come nel caso dei robot industriali, oppure alla teleoperazione, come nei robot chirurgici o sottomarini.

Il Progetto ARS mira all’esecuzione di procedure autonome complete in ambienti complessi e parzialmente sconosciuti, come quelli anatomici per contribuire così all’avanzamento delle conoscenze scientifiche nel campo dei robot autonomi.

Abbiamo scelto la chirurgia robotica come scenario in cui sviluppare la nostra ricerca, perchè si tratta di un ambiente che offre la possibilità di incontrare tutti gli aspetti che rendono l’esecuzione di processi autonomi completi un problema complesso. La chirurgia si muove infatti in un ambiente poco conosciuto dove gli errori sono fatali, lo spazio fisico è deformabile e non può essere modellato in anticipo e con precisione, gli interventi devono inoltre essere in grado di adattarsi in tempo reale all’anatomia e alle condizioni del paziente.

Il Progetto ARS intende affrontare tutti gli aspetti che riguardano lo svolgimento di un intervento chirurgico, dalla pianificazione iniziale, alla sua esecuzione, fino alla misurazione dei risultati.

Sebbene questo obiettivo possa sembrare fuori dalla portata dell’attuale ricerca nel campo della robotica, il Progetto ARS può contare su tre fattori scientifici e tecnici che gli permetteranno di avere successo:

Questi tre fattori contribuiranno al buon esito del progetto:

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FATTORE 1

I risultati incoraggianti del progetto ISUR (Intelligent SUrgical Robotics) riguardante lo studio di azioni chirurgiche autonome.

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FATTORE 2

Una grande quantità di dati clinici raccolta da circa 200 interventi di chirurgia robotica grazie alla collaborazione con centri di ricerca internazionali.

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FATTORE 3

L’accesso al sistema chirurgico da Vinci® Research Kit (DVRK) con il quale saranno dimostrati i risultati.

I robot di servizio autonomi stanno progredendo in modo molto lento, questo è in parte dovuto alla mancanza di un quadro teorico unificato per la pianificazione e l’esecuzione di operazioni autonome, specialmente per quanto riguarda le procedure rischiose.

Queste procedure complesse non possono essere programmate direttamente nel robot ma devono essere apprese attraverso l’esperienza, esaminando il modo in cui l’operatore umano risponde alle situazioni non prevedibili. Fino ad ora questa fase di apprendimento non è stata possibile a causa della mancanza di dati sufficientemente rappresentativi delle procedure di chirurgia robotica. La grande quantità di dati clinici che sarà raccolta e messa a disposizione del progetto permetterà di poter usare tecniche di elaborazione di big data al fine di comprendere il funzionamento del ragionamento e delle azioni umane durante l’intervento chirurgico e da questo derivare procedure di pianificazione e controllo per il robot.

La chirurgia aperta (open) è la modalità classica di esecuzione di un intervento nella quale vengono praticate ampie incisioni nel corpo del paziente che permettono di accedere l’area anatomica di interesse.

Sebbene richieda lunghi tempi di recupero questo approccio permette al chirurgo di operare con destrezza grazie alla migliore visibilità dell’area di intervento. La Chirurgia Minimamente Invasiva (MIS) è stata sviluppata con l’obiettivo di evitare grandi incisioni ed accorciare i tempi di ripresa; le aree di intervento sono raggiunte attraverso piccoli fori chiamati “porte” grazie all’uso di strumenti laparoscopici sottili e allungati. Operare attraverso le “porte” è però complesso a causa della riduzione della percezione e a una minor destrezza, il paziente è tuttavia soggetto ad un trauma inferiore.

La chirurgia robotica ha eliminato alcune difficoltà della Chirurgia Minimamente Invasiva introducendo l’uso di piccolli strumenti snodati e di una telecamera stereoscopica, in questo modo ha permesso di coniugare le dimensioni ridotte degli strumenti della MIS con la destrezza e la percezione di profondità che si hanno in chirurgia aperta.

Per questo la chirurgia robotica rappresenta una delle aree più attraenti e di successo della robotica, con un alta accettazione da parte del pubblico, risultati economici eccezionali e un network attivo di laboratori di ricerca.

Secondo stime datate luglio 2016 il numero dei robot chirurgici installati a livello mondiale è di ben 3.745 unità, con un attivo di circa 652.000 operazioni chirurgiche effettuate nel 2015, il 14% in più rispetto al 2014, corrispondente a un aumento di reddito del 12% tra il 2014 e il 2015 con una prospettiva di ricavi del 12% per il primo quadrimestre del 2016.

Robot chirurgici nel mondo

Operazioni chirurgiche effettuate

I robot chirurgici sono strumenti teleoperati in cui un operatore, il chirurgo, grazie all’uso di un particolare tipo di joystick è in grado di attivare gli arti della macchina dalla sua console, posta qualche metro più in là del robot.

Per motivi tecnici e legali il robot chirurgico non è in grado di eseguire alcun tipo di azione in modo autonomo, sebbene sia fornito di tutte le componenti meccaniche e computazionali che lo renderebbero tale.

A differenza di altri settori in cui i robot autonomi sono percepiti come una minaccia ai lavoratori.

La comunità medica e i chirurghi stessi non hanno problemi a riconoscere i benefici che l’introduzione dell’autonomia nel campo della chirurgia robotica può portare. Per esempio proviamo a pensare alle procedure di routine dove vengono eseguite semplici procedure: un robot chirurgico autonomo sarebbe in grado di reagire più velocemente di un chirurgo ad eventi improvvisi; l’autonomia potrebbe anche compensare l’affaticamento causato dalla differenza di fuso orario in un’operazione chirurgica svolta da remoto.

Il progetto ARS si focalizza sulla chirurgia robotica e dimostrerà la fattibilità di operazioni chirurgiche autonome all’interno di in un’operazione chirurgica completa.