Il team VISE lavora per sviluppare un sistema di navigazione 3D per trattare meglio i calcoli renali

di Jill Clendening

Un team multidisciplinare del Vanderbilt Institute for Surgery and Engineering (VISE) sta lavorando per creare un sistema di navigazione in tempo reale per ridurre i frammenti di calcoli residui lasciati dopo un intervento chirurgico per calcoli renali.

Dei 100.000 pazienti che si sottopongono ogni anno a rimozione endoscopica di calcoli renali negli Stati Uniti, il 25% richiederà un intervento chirurgico ripetuto entro 20 mesi. Ciò è quasi sempre dovuto ai frammenti di calcoli lasciati indietro, che possono portare a ostruzione ureterale, infezioni del tratto urinario e lesioni renali. Secondo la National Kidney Foundation, si stima che 1 persona su 10 avrà un calcolo renale prima o poi nella vita.

"Speriamo di trasformare la cura chirurgica dei pazienti affetti da calcoli renali", ha affermato il co-investigatore principale Nicholas Kavoussi, MD, assistente professore di Urologia presso il Vanderbilt University Medical Center. “La chirurgia endoscopica dei calcoli richiede che il chirurgo visualizzi l’intero sistema di raccolta renale per individuare ogni calcolo renale, e ci sono molte sfide in questo. Durante l'intervento chirurgico, sangue o detriti possono oscurare il campo visivo già limitato. Inoltre, per navigare con successo attraverso il sistema di raccolta renale è necessario che il chirurgo crei mentalmente un modello 3D dell'anatomia del paziente a partire dalle immagini preoperatorie della tomografia computerizzata (CT) 2D.

“Durante una procedura chirurgica, i calcoli renali possono frammentarsi e disperdersi, complicando ulteriormente il tracciamento intraoperatorio. Riteniamo che un sistema di navigazione durante la chirurgia dei calcoli possa migliorare i tassi di eliminazione dei calcoli, riducendo gli interventi chirurgici ricorrenti e le complicazioni dovute ai frammenti residui”.

Sovrapponendo un modello 3D dell'imaging preoperatorio di un paziente e aggiornandolo durante l'intervento, la mappa di navigazione risultante consentirà al chirurgo di tracciare con maggiore precisione calcoli e frammenti di calcoli. Si prevede che il sistema di navigazione, primo nel suo genere, identificherà frammenti di pietra di diametro inferiore a 250 micrometri, una dimensione generalmente considerata polvere, che potrà quindi essere rimossa per alleviare problemi futuri. Il sistema di navigazione è stato progettato per funzionare con le telecamere chirurgiche endoscopiche esistenti, consentendo l'integrazione con qualsiasi sistema chirurgico in uso.

Il ricercatore co-principale Ipek Oguz, PhD, professore assistente presso il Dipartimento di informatica dell'Università di Vanderbilt, è un esperto in metodi di apprendimento automatico/deep learning per la segmentazione delle immagini mediche. Lei e il suo team analizzeranno i video e le immagini ottenuti durante lo studio per determinare l'efficacia del nuovo sistema e l'impatto sui risultati dei pazienti.

"Alla conclusione del nostro studio biennale ci aspettiamo di aver raccolto i dati necessari per giustificare uno studio multicentrico su larga scala per valutare i risultati degli interventi chirurgici di rimozione dei calcoli renali con e senza il sistema di navigazione", ha affermato Oguz. “Inoltre, il nostro sistema è generalizzabile, quindi i futuri ricercatori che sviluppano sistemi di tracciamento automatizzato e segmentazione video potrebbero potenzialmente applicare il nostro approccio di base per altri interventi endoscopici”.

Il Dipartimento di Urologia ha uno studio attivo sui calcoli renali, visitando più di 60 pazienti con calcoli renali ogni settimana. Nella regione, il VUMC funge da centro di riferimento terziario per i pazienti affetti da calcoli renali complessi.

"Ho visto in prima persona l'impatto che gli interventi chirurgici ripetuti hanno sui pazienti quando i frammenti residui di calcoli renali causano complicazioni", ha detto Kavoussi. “Di solito sono frustrati, spesso soffrono, e l’ultima cosa che vogliono è un’altra procedura. Aggiungete a ciò il tempo perso al lavoro e nelle attività quotidiane, ed è facile capire perché questa è una sfida chirurgica che dobbiamo risolvere”.

VISE è una struttura interdisciplinare e transistituzionale progettata per facilitare le interazioni e gli scambi tra ingegneri e medici. La sua missione è la creazione, lo sviluppo, l'implementazione, la valutazione clinica e la traduzione di metodi, dispositivi, algoritmi e sistemi progettati per facilitare i processi interventistici e i loro risultati.

Questa ricerca è supportata dall'Istituto Nazionale del Diabete e delle Malattie Digestive e Renali (R21DK133742). VISE ha fornito il supporto iniziale a questo progetto tramite un premio come medico residente a Kavoussi e Oguz, che è stato sfruttato per condurre studi preliminari.