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Malattie delle arterie periferiche: un robot medico ti aiuta nella diagnosi

Gli esami per lo screening delle malattie delle arterie periferiche possono risultare poco agevoli a volte. Un gruppo di ricercatori provenienti da più università del mondo ha realizzato un robot per diagnosticarle con maggiore precisione.

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La medicina sta facendo passi da gigante, specialmente nelle tecniche utilizzate per diagnosticare malattie sempre più comuni. È il caso, ad esempio, delle malattie che colpiscono le arterie periferiche. In questi casi, esami come l’angiografia tomografica computerizzata, oppure l’angiografia a risonanza magnetica, vengono maggiormente impiegati, ricavando immagini ad ultrasuoni in 2D dei tessuti esaminati. Dei ricercatori della Technical University of Munich, in collaborazione con la Zhejiang University e la Johns Hopkins University hanno sviluppato un sistema di diagnosi innovativo. Si tratta di un robot in grado di diagnosticare le malattie delle arterie periferiche in maniera molto più accurata, ricavando immagini ad ultrasuoni in 3D.

Malattie delle arterie periferiche, un problema sempre più comune

Le malattie delle arterie periferiche sono molto più frequenti di quanto si possa immaginare. Esse colpiscono circa il 20% degli over 55: una cifra come 27 milioni di persone tra l’Europa e il Nord America. Una delle conseguenze più comuni di questo tipo di malattie riguarda il restringimento, o addirittura l’ostruzione delle arterie che si trovano negli arti. Questo ovviamente comporta una serie di problematiche alla circolazione del sangue che possono compromettere l’utilizzo normale degli arti. Individuare con estrema precisione i tessuti coinvolti nella malattia può sicuramente aiutare a migliorare la diagnosi medica. Il robot messo a punto dai ricercatori è in grado di diagnosticare in maniera più accurata le malattie delle arterie periferiche individuando le traiettorie che dovrebbero seguire in condizioni normali le arterie, grazie alla tecnica dell’acquisizione ad ultrasuoni di immagini in 3D.

Un robot per migliorare la diagnosi

Il sistema robotico sviluppato dai tre gruppi di ricerca utilizza, infatti, un sistema di visione 3D ad ultrasuoni. Una delle problematiche più comuni dei tradizionali sistemi di visione utilizzati finora è la limitazione dei movimenti. Molto spesso, infatti, le traiettorie descritte dalle arterie in esame sono complesse e si estendono per parecchi centimetri. Una delle incredibili caratteristiche del robot è la capacità di aggiustare la sua posizione e orientazione durante l’esame, diagnosticando in maniera più precisa la presenza di eventuali malattie delle arterie periferiche. Esso riesce, così, a ricostruire un dettagliato modello 3D anche di anatomie complesse.

Il flow-chart dell'algoritmo impiegato dal robot per eseguire diagnosi delle malattie delle arterie periferiche. Credit: Jiang et al.
Il flow-chart dell’algoritmo impiegato dal robot per eseguire diagnosi delle malattie delle arterie periferiche. Credit: Jiang et al.

Il sistema di visione artificiale per diagnosticare le malattie delle arterie periferiche al centro del funzionamento del robot

Il cuore del robot è un software di visione costituito da tre parti principali. Un sistema di visione, un sistema ad ultrasuoni di ricostruzione delle immagini in 3D e un sistema di regolazione del movimento per aggiustare la traiettoria. La visione è affidata ad una camera RGB-D per estrarre l’immagine, mentre dei marcatori passivi sono utilizzati per migliorare la posizione. Ovviamente un medico supporta l’attività di screening indicando al robot qual è la traiettoria da seguire. La traiettoria viene disegnata con una linea rossa sulla pelle del paziente. Il rosso è utilizzato per evidenziare il contrasto con il colore più chiaro della pelle. I marcatori, infine, servono a guidare automaticamente il robot lungo la linea rossa, consentendogli di effettuare l’esame e diagnosticare eventuali malattie delle arterie periferiche.

Ecco come il robot riesce a diagnosticare la presenza di malattie nelle arterie periferiche. L'immagine a sinistra mostra l'ottimizzazione del movimento del robot rispetto alla traiettoria tracciata dal medico. A destra è mostrata la differenza tra la ricostruzione 3D dell'arteria senza compensazione del moto (a) e con la compensazione del moto (b). Credit: Jiang et al.
L’immagine a sinistra mostra l’ottimizzazione del movimento del robot rispetto alla traiettoria tracciata dal medico. A destra è mostrata la differenza tra la ricostruzione 3D dell’arteria senza compensazione del moto (a) e con la compensazione del moto (b). Credit: Jiang et al.

L’autonomia nella diagnosi

L’aspetto più sorprendente del robot è la sua autonomia nella diagnosi. I marcatori, infatti, sono delle sfere applicate lungo la traiettoria disegnata sul paziente. Esse vengono ricoperte con un materiale auto-riflettente che ne risalta la luminosità rispetto al resto. Impostando una soglia di colore, il robot riesce a distinguere la posizione dei marcatori e ricavare, quindi, la traiettoria dell’arteria. Inoltre, basandosi su una ricostruzione in 3D, esso riesce ad individuare eventuali restringimenti delle arterie periferiche, diagnosticando, così, la presenza di eventuali malattie.

Risultati dei test eseguiti sul robot in grado di diagnosticare le malattie delle arterie periferiche. Credit: Jiang et al.
Le linee solide sono le traiettorie ottenute dal robot, mentre quelle tratteggiate rappresentano l’errore di posizione calcolato. Credit: Jiang et al.

I primi test del robot dimostrano grande affidabilità nella diagnostica di malattie delle arterie periferiche

Il sistema è stato testato su un finto tessuto di prova sul quale i medici hanno disegnato una probabile traiettoria di un’arteria. L’errore medio nella definizione della traiettoria è stato inferiore ai 5 millimetri.

“La convalida preliminare sul tessuto di prova dimostra che l’approccio proposto può fornire una geometria 3D promettente, anche quando l’oggetto scansionato viene spostato. Inoltre, sebbene il metodo proposto sia stato testato su un’applicazione vascolare, esso può essere utilizzato anche per altre applicazioni, come la visualizzazione ossea ad ultrasuoni”.

I ricercatori che hanno condotto lo studio.

I sorprendenti risultati aprono la strada ad una nuova era nella diagnostica delle malattie delle arterie periferiche, basata sull’utilizzo di robot sensibili al movimento. Con dei piccoli miglioramenti questo sistema potrebbe essere tranquillamente reso disponibile sul mercato in quanto si basa esclusivamente sul know-how del medico. Un ulteriore tassello è stato incastrato nel grande puzzle della robotica medica che, giorno dopo giorno, compie incredibili passi da gigante.