Geni dell’Operazione Atlas Meditech Mappa il Futuro della Chirurgia con AI e Gemelli Digitali
Geni dell'Operazione Atlas Meditech Plasmare il Futuro della Chirurgia con Intelligenza Artificiale e Gemelli Digitali
Come gli atleti si allenano per una partita e gli attori fanno prove per una rappresentazione, i chirurghi si preparano in anticipo per un intervento.
Ora, Atlas Meditech sta consentendo ai neurochirurghi di vivere un nuovo livello di realismo nella loro preparazione pre-operatoria grazie all’IA e alle simulazioni fisicamente accurate.
Atlas Meditech, una piattaforma di intelligenza per la chirurgia cerebrale, sta adottando strumenti – tra cui il framework di imaging medico MONAI e la piattaforma di sviluppo 3D NVIDIA Omniverse – per costruire piattaforme di supporto decisionale alimentate da intelligenza artificiale e di alta fedeltà. La sua missione: migliorare i risultati chirurgici e la sicurezza dei pazienti.
“L’Atlas fornisce una serie di strumenti multimediali per i neurochirurghi, consentendo loro di esercitarsi mentalmente per un’operazione la sera prima di una vera chirurgia”, ha detto il dott. Aaron Cohen-Gadol, fondatore di Atlas Meditech e della controparte no-profit Neurosurgical Atlas. “Con l’elaborazione accelerata e i gemelli digitali, vogliamo trasformare questa esercitazione mentale in una simulazione altamente realistica”.
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Neurosurgical Atlas offre casi clinici, video chirurgici e modelli 3D del cervello a oltre un milione di utenti online. Il dott. Cohen-Gadol, professore di neurochirurgia presso la Indiana University School of Medicine, stima che oltre il 90% dei programmi di formazione per la chirurgia del cervello negli Stati Uniti – così come decine di migliaia di neurochirurghi in altri paesi – utilizzino Atlas come una risorsa chiave durante la formazione specialistica e all’inizio delle loro carriere chirurgiche.
Il software Pathfinder di Atlas Meditech sta integrando algoritmi di intelligenza artificiale in grado di suggerire percorsi chirurgici sicuri per gli esperti, per navigare attraverso il cervello e raggiungere una lesione.
E con NVIDIA Omniverse, una piattaforma per collegare e costruire pipeline 3D personalizzate e applicazioni metaverse, il team si propone di creare rappresentazioni virtuali personalizzate del cervello di singoli pazienti per la simulazione di operazioni chirurgiche.
Modelli 3D personalizzati di cervelli umani
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 alle dimensioni, alla forma e alla posizione della lesione del cervello del paziente.
“L’anatomia di ogni paziente è un po ‘diversa”, ha detto il dott. Cohen-Gadol. “Quello che possiamo fare ora con la fisica e la grafica avanzata è creare un modello specifico del cervello del paziente e lavorarci sopra 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 Pathfinder di Atlas ha adottato MONAI Label, che può supportare i radiologi nell’annotazione automatica di risonanze magnetiche e scansioni TC per segmentare strutture normali e tumori.
“MONAI Label è il punto di accesso a qualsiasi progetto sanitario perché ci offre l’opportunità di segmentare strutture critiche e proteggerle”, ha detto il dott. Cohen-Gadol. “Per Atlas, stiamo addestrando MONAI Label a fungere da occhi del chirurgo, evidenziando cosa è un vaso normale e cosa è un tumore nella scansione di un singolo paziente”.
Con una vista segmentata del cervello di un paziente, Atlas Pathfinder può adattare il suo modello di cervello 3D alla specifica anatomia del paziente, catturando come il tumore deforma la struttura normale del tessuto cerebrale.
In base alla visualizzazione – che i radiologi e i 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. Ciascun approccio rimanda al sito web di Atlas, che include un tutorial scritto del piano operativo.
“Il supporto decisionale alimentato da intelligenza artificiale può fare una grande differenza nella navigazione di una struttura 3D altamente complessa in cui ogni millimetro è critico”, ha detto il dott. Cohen-Gadol.
Simulazioni realistiche per chirurghi in allenamento
Atlas Meditech sta utilizzando NVIDIA Omniverse per sviluppare una sala operatoria virtuale in grado di immergere i chirurghi in un ambiente realistico per esercitarsi nelle future procedure. Nella simulazione, i chirurghi possono modificare la posizione del paziente e dell’attrezzatura.
Utilizzando un visore per la realtà virtuale, i chirurghi potranno lavorare all’interno di questo ambiente virtuale, procedendo passo dopo passo attraverso la procedura e ricevendo feedback su quanto strettamente si attengono al percorso target per raggiungere il tumore. Gli algoritmi di intelligenza artificiale possono essere utilizzati per prevedere come si sposterebbe il tessuto cerebrale mentre un chirurgo utilizza strumenti medici durante l’operazione e applicare tale spostamento stimato al cervello simulato.
“Il potere di consentire ai chirurghi di entrare in uno spazio virtuale tridimensionale, tagliare una parte del cranio e provare l’operazione con un cervello simulato con proprietà fisiche molto simili a quelle del paziente sarebbe enorme”, ha detto il dottor Cohen-Gadol.
Per simulare meglio le proprietà fisiche del cervello, il team ha adottato NVIDIA PhysX, un avanzato motore di simulazione fisica in tempo reale che fa parte di NVIDIA Omniverse. Utilizzando dispositivi tattili, sono stati in grado di sperimentare l’aggiunta di un feedback tattile all’ambiente virtuale, imitando la sensazione di lavorare con il tessuto cerebrale.
Immaginando l’IA, la robotica nel futuro dell’addestramento chirurgico
Il dottor Cohen-Gadol ritiene che nei prossimi anni i modelli AI saranno in grado di migliorare ulteriormente la chirurgia fornendo ulteriori informazioni durante una procedura. Esempi includono l’avvertimento ai chirurghi delle strutture cerebrali critiche che sono adiacenti all’area in cui stanno lavorando, il monitoraggio degli strumenti medici durante l’intervento chirurgico e la fornitura di una guida ai passaggi successivi nell’intervento chirurgico.
Atlas Meditech prevede di esplorare la piattaforma NVIDIA Holoscan per la trasmissione di applicazioni AI in tempo reale per alimentare queste informazioni intraoperatorie. L’applicazione di un’analisi AI alle azioni di un chirurgo durante una procedura può fornire al chirurgo un feedback utile per migliorare la propria tecnica.
Oltre a essere utilizzati per permettere ai chirurghi di provare le operazioni, il dottor Cohen-Gadol afferma che i gemelli digitali del cervello e dell’aula operatoria potrebbero aiutare ad addestrare strumenti medici intelligenti come robot microscopici utilizzando Isaac Sim, un’applicazione di simulazione robotica sviluppata su Omniverse.
