Come spiega NVIDIA, società specializzata in intelligenza artificiale e accelerated computing, proprio come gli atleti si allenano per una partita o gli attori provano per uno spettacolo, i chirurghi si preparano prima di un’operazione.
Ora Atlas Meditech permette ai neurochirurghi di sperimentare un nuovo livello di realismo nella preparazione pre-operatoria grazie all’intelligenza artificiale e a simulazioni fisicamente accurate.
Atlas Meditech, una piattaforma di intelligenza per la chirurgia del cervello, sta adottando strumenti – fra cui il framework di imaging medico MONAI e la piattaforma di sviluppo 3D NVIDIA Omniverse – per creare piattaforme di supporto decisionale e di prova chirurgica ad alta fedeltà basate sull’intelligenza artificiale. La sua missione: migliorare i risultati chirurgici e la sicurezza dei pazienti.
“Atlas fornisce una raccolta di strumenti multimediali per i chirurghi del cervello, consentendo loro di provare mentalmente un’operazione la sera prima di un intervento reale“, ha dichiarato il dottor Aaron Cohen-Gadol, fondatore di Atlas Meditech e della sua controparte no-profit, Neurosurgical Atlas. “Con l’accelerated computing e i digital twin, vogliamo trasformare questa prova mentale in una prova altamente realistica nella simulazione“.
Neurosurgical Atlas offre casi di studio, video chirurgici e modelli 3D del cervello a più di un milione di utenti online. Il dottor Cohen-Gadol, anche professore di neurochirurgia presso la School of Medicine dell’Indiana University, stima che oltre il 90% dei programmi di formazione in chirurgia del cervello negli Stati Uniti – e decine di migliaia di neurochirurghi in altri Paesi – utilizzino Atlas come risorsa chiave durante la specializzazione e all’inizio della loro carriera chirurgica.
Il software Pathfinder di Atlas Meditech integra algoritmi di intelligenza artificiale in grado di suggerire agli esperti percorsi chirurgici sicuri da percorrere attraverso il cervello per raggiungere una lesione.
Inoltre, grazie a NVIDIA Omniverse, una piattaforma per la connessione e la creazione di pipeline 3D personalizzate e applicazioni del metaverso, il team mira a creare rappresentazioni virtuali personalizzate del cervello dei singoli pazienti per le prove chirurgiche.
Un vantaggio chiave delle simulazioni avanzate di Atlas Meditech, sia su schermo che in realtà virtuale immersiva, è la possibilità di personalizzare le simulazioni, in modo che i chirurghi possano esercitarsi su un cervello virtuale che corrisponda al cervello del paziente per dimensioni, forma e posizione della lesione.
“L’anatomia di ogni paziente è leggermente diversa“, afferma il dottor Cohen-Gadol. “Quello che possiamo fare ora con la fisica e la grafica avanzata è creare un modello del cervello specifico per il paziente e lavorare con esso per vedere e operare virtualmente su un tumore. L’accuratezza delle proprietà fisiche aiuta a ricreare l’esperienza che abbiamo nel mondo reale durante un’operazione“.
Per creare gemelli digitali del cervello dei pazienti, lo strumento Atlas Pathfinder ha adottato MONAI Label, che può supportare i radiologi annotando automaticamente le scansioni MRI e CT per segmentare le strutture normali e i tumori.
“MONAI Label è la porta d’accesso a qualsiasi progetto sanitario perché ci offre l’opportunità di segmentare le strutture critiche e di proteggerle“, ha dichiarato il dottor Cohen-Gadol. “Per Atlas, stiamo addestrando MONAI Label ad agire come gli occhi del chirurgo, evidenziando quali sono i vasi normali e quali i tumori nella scansione di un singolo paziente“.
Grazie a una vista segmentata del cervello del paziente, Atlas Pathfinder è in grado di adattare il suo modello cerebrale 3D all’anatomia specifica del paziente, cogliendo come il tumore deforma la normale struttura del tessuto cerebrale.
Sulla base della visualizzazione, che radiologi e chirurghi possono modificare per migliorare la precisione, Atlas Pathfinder suggerisce gli approcci chirurgici più sicuri per accedere e rimuovere un tumore senza danneggiare altre parti del cervello. Ogni approccio rimanda al sito web di Atlas, che include un tutorial scritto del planning operatorio.
“Il supporto decisionale basato sull’intelligenza artificiale può fare una grande differenza nella navigazione di una struttura 3D altamente complessa, dove ogni millimetro è fondamentale”, ha dichiarato il dottor Cohen-Gadol.
Atlas Meditech sta utilizzando NVIDIA Omniverse per sviluppare una sala operatoria virtuale in grado di immergere i chirurghi in un ambiente realistico per provare i prossimi interventi. Nella simulazione, i chirurghi possono modificare il posizionamento del paziente e delle apparecchiature.
Utilizzando un headset VR, i chirurghi saranno in grado di lavorare all’interno di questo ambiente virtuale, seguendo passo dopo passo la procedura e ricevendo un feedback sull’aderenza al percorso target per raggiungere il tumore. Gli algoritmi di intelligenza artificiale possono essere utilizzati per prevedere lo spostamento del tessuto cerebrale quando il chirurgo utilizza gli strumenti medici durante l’operazione e applicare tale spostamento stimato al cervello simulato.
“La possibilità di consentire ai chirurghi di entrare in uno spazio virtuale 3D, tagliare un pezzo di cranio e provare l’operazione con un cervello simulato che ha proprietà fisiche molto simili a quelle del paziente sarebbe straordinaria“, ha dichiarato il Dr. Cohen-Gadol.
Per simulare meglio le proprietà fisiche del cervello, il team ha adottato NVIDIA PhysX, un motore avanzato di simulazione fisica in tempo reale che fa parte di NVIDIA Omniverse. Utilizzando dispositivi aptici, hanno potuto sperimentare l’aggiunta di feedback aptico all’ambiente virtuale, imitando la sensazione di lavorare con il tessuto cerebrale.
Il dottor Cohen-Gadol ritiene che nei prossimi anni i modelli di intelligenza artificiale saranno in grado di migliorare ulteriormente la chirurgia, fornendo ulteriori informazioni durante l’intervento. Tra gli esempi vi sono gli avvisi ai chirurghi sulle strutture cerebrali critiche adiacenti all’area in cui stanno lavorando, il tracciamento degli strumenti medici durante l’intervento e la guida alle fasi successive dell’intervento.
Atlas Meditech ha in programma di esplorare la piattaforma NVIDIA Holoscan per lo streaming di applicazioni di intelligenza artificiale che consentano di ottenere questi approfondimenti intraoperatori in tempo reale. L’applicazione dell’analisi dell’intelligenza artificiale alle azioni di un chirurgo durante un intervento può fornire al chirurgo un feedback utile per migliorare la propria tecnica, sottolinea NVIDIA.
Oltre a poter essere utilizzati dai chirurghi per provare le operazioni, il dottor Cohen-Gadol afferma che i gemelli digitali del cervello e della sala operatoria potrebbero aiutare a addestrare strumenti medici intelligenti come i robot microscopi utilizzando Isaac Sim, un’applicazione di simulazione robotica sviluppata su Omniverse.
Sul sito di NVIDIA è possibile vedere la presentazione del Dr. Cohen-Gadol a NVIDIA GTC.
