• blender
• head-mounted display
• neurochirurgia oncologica
• pianificazione chirurgica preoperatoria
• procedure di registrazione
• python
• realtà aumentata
• template paziente-specifico

Al giorno d’oggi la neuronavigazione è una parte integrante della neurochirurgia e viene considerata come standard di cura nella pratica clinica per la pianificazione precisa di interventi chirurgici che coinvolgono incisioni e craniotomie. Negli ultimi anni sono emersi numerosi studi in letteratura che hanno messo in evidenza le potenzialità dell’utilizzo di display di realtà aumentata (AR) nella neurochirurgia. La visualizzazione AR permette, infatti, di superare alcuni limiti dei sistemi di navigazione tradizionali basati su tracciamento ottico (OTS) ed elettromagnetico (EMTS), migliorando la performance chirurgica e la riuscita dell’intervento. Gli Head-Mounted Display (HMD) sono considerati la soluzione più ergonomica ed efficiente nella open surgery poiché consentono di preservare la visione egocentrica del chirurgo sul campo chirurgico, integrando contenuti virtuali a scenario reale. Pertanto, questo lavoro di tesi è parte di uno studio per la realizzazione di una guida in realtà aumentata per l’esecuzione di craniotomie, sviluppata utilizzando VOSTARS, un dispositivo indossabile ibrido specificatamente progettato per applicazioni di chirurgia di precisione che combina le tecnologie Video-See-Thorugh (VST) e Optical-See-Through (OST). La guida AR in questione adotta una metodologia basata su template paziente-specifico da posizionare sul volto del paziente per una rapida, non invasiva e completamente automatica procedura di registrazione in tempo reale. A tal fine, in questo elaborato sono stati inizialmente descritti il workflow chirurgico, ossia l'intero processo che il team segue in fare pre ed intraoperatoria, e i diversi casi chirurgici che vengono trattati nello studio. Successivamente, l'attenzione è rivolta al design ottimale del template e alla sua realizzazione per cui è stato sviluppato uno specifico Add-On, in linguaggio Python, all'interno del software di modellazione 3D Blender, che permette di creare, oltre ai modelli personalizzati, i contenuti virtuali necessari per la guida dell’intervento, come la traiettoria della craniotomia. In questo modo, il neurochirurgo ha la possibilità di pianificare i primi passi dell’intervento, ossia posizionamento del paziente, incisione della cute e craniotomia.
È stato dimostrato che l’Add-On, ideato per un utilizzo congiunto tra ingegneri e chirurghi, ha significativamente ridotto le tempistiche necessarie per la creazione dei template paziente-specifici nella loro forma completa, minimizzando il numero di passaggi e software precedentemente richiesti per la progettazione dei contenuti virtuali.
Inoltre, a seguito di una pianificazione simulata su Blender, tramite un questionario Likert, il neurochirurgo coinvolto nello studio ha espresso un feedback estremamente positivo riguardo la facilità di interazione e di comprensione dello strumento.
Infine, i modelli creati, stampati in 3D, sono stati coinvolti nei test condotti prima su phantom e successivamente su cadavere. Nel primo caso è stata verificata l’accuratezza e la fattibilità del sistema di guida proposto, mentre nel secondo caso l’obiettivo principale è stato testare l’intero workflow chirurgico per raccogliere informazioni utili per il proseguimento dello studio clinico.
I risultati dei test in vitro, misurati in termini di Target Visualization Error, hanno registrato un valore medio dell’errore ottenuto di 1.64 mm, in linea con gli studi precedentemente condotti che hanno confrontato le prestazioni di VOSTARS con quelle dei neuronavigatori commerciali.
La sperimentazione ex vivo, invece, ha mostrato un’incertezza maggiore rispetto ai test su phantom a causa degli aspetti che riguardano la stabilità del template paziente specifico su strutture anatomiche reali, piuttosto che su riproduzioni in ABS.
Allo stesso tempo però sono emerse alcune problematiche e migliorie da considerare prima del passaggio successivo dello studio clinico su pazienti reali, come criticità riguardo il mantenimento della sterilità del template e la necessità di sviluppare una strategia per effettuare un controllo di ragionevolezza.