Come e perché usare realtà virtuale e realtà aumentata in medicina e sanità

Nel mondo health, è sempre più frequente l’impiego di soluzioni basate su realtà virtuale (VR) e realtà aumentata (AR). Poiché in ambito medico-sanitario queste tecnologie possono portare vantaggi nei settori più disparati, non stupisce che il mercato VR e AR sia tra quelli a più rapida crescita. A livello globale, il giro d’affari è valutato attorno agli 1,8 miliardi di dollari (2021) e si prevede che si espanderà con un CAGR del 27,2% fino al 2028, quando il mercato dovrebbe raggiungere il valore di 9,5 miliardi di dollari.
Ma cosa rende realtà virtuale e realtà aumentata così preziose per la nostra salute?

Realtà virtuale e aumentata: cosa sono e come funzionano

Succede spesso che si assimilino AR e VR, attribuendo a entrambe le tecnologie il medesimo funzionamento. Invece, operano in modo totalmente differente.

Quando parliamo di realtà aumentata ci riferiamo a una versione “arricchita” della realtà, creata grazie all’uso della tecnologia che aggiunge informazioni digitali sovrapponendole all’ambiente reale. Per fare ciò, la realtà aumentata necessita, anzitutto, di dispositivi digitali quali, ad esempio, uno smartphone o un tablet. Un’app di AR presente sul device mobile utilizza la fotocamera del dispositivo per mostrare una visione del mondo reale a cui sono aggiunti alcuni livelli di informazioni, come testi o altre immagini.

Essenzialmente, esistono tre tipi di AR, che devono essere attivati tramite il riconoscimento di uno specifico trigger. In alcuni casi, bisogna sapere esattamente cosa una persona sta guardando: questa viene chiamata marker-based AR. In altri casi, serve solo visualizzare modelli di realtà aumentata 3D, cosa che può essere fatta senza un marker (markerless AR). Infine, in certe situazioni, si devono fornire informazioni locali, come le indicazioni stradali. In questo caso, bisogna conoscere la posizione dell’utente (location based AR).

A differenza della realtà aumentata, la realtà virtuale “estrae” la persona dall’attuale esperienza del mondo reale, inserendola in una nuova situazione completamente simulata. Poiché la realtà virtuale richiede un’immersione completa, è necessario avvalersi di dispositivi specifici, come per esempio appositi visori, che escludono completamente il mondo fisico.

Quando si parla di realtà virtuale si intende perciò una tecnologia in grado di “trasportare” in una realtà diversa da quella che si sta vivendo. Si può trattare di ambienti reali, frutto di riprese con telecamere a 360 gradi, oppure ambienti completamente artefatti, ricostruiti grazie all’utilizzo della grafica 3D.

AR e VR: i vantaggi in ambito medico-sanitario

Il mondo dei videogiochi e dell’intrattenimento è stato tra i primi ad adottare la realtà virtuale e la realtà aumentata su ampia scala, ma oggi le applicazioni VR sono usate in molti settori e organizzazioni. E quello della sanità è uno degli ambienti più attivi, che vede l’impiego di AR e VR per molteplici scopi. Tra questi:

• formazione medica: studenti di medicina, medici o chirurghi possono imparare a curare meglio i propri pazienti o ad eseguire operazioni complesse senza il rischio di commettere errori;
• chirurgia robotica: i dispositivi robotici eseguono operazioni ad alta precisione controllati da un chirurgo umano che si avvale di AV e VR;
• terapia fisica: la realtà virtuale può aiutare i pazienti a superare più facilmente gli alti livelli di dolore e garantire un recupero più rapido durante l’esecuzione della terapia fisica;
• trattamento dello stress post-traumatico: quando una persona viene inserita nell’ambiente con una situazione traumatica e cerca di trovare la soluzione per superare la situazione di crisi;
• trattamento di ansia, fobia e depressione: i pazienti possono utilizzare la realtà virtuale per meditare o rilassarsi in ambienti sicuri forniti dalla VR;
• approccio personalizzato ai pazienti: VR e AR possono aiutare i medici a spiegare meglio ai loro pazienti come verranno eseguite le loro operazioni o quali passi un paziente dovrebbe intraprendere per un recupero più efficace;
• trattamento di emergenza: con le mappe AR sovrapposte alla realtà, le persone possono trovare più facilmente e velocemente centri medici, farmacie e altre strutture sanitarie.
• collaborazione: un medico può chiedere il supporto in remoto in tempo reale per aspetti diagnostici di particolare complessità

AR e VR: esempi d’uso in medicina e salute

Nel mondo medico-sanitario, realtà virtuale ed aumentata sono usate per migliorare l’esperienza dei pazienti, coinvolgendoli efficacemente in attività inerenti la salute. Per esempio, utilizzando le app VR per la medicina estetica e l’ortodonzia, le aziende sanitarie possono pianificare assieme ai propri pazienti la sequenza delle procedure e visualizzarne i risultati.

In oftalmologia, gli specialisti sanitari possono fornire ai propri pazienti un’app che stimoli la visione in condizioni specifiche, come con la cataratta, la degenerazione maculare e altre situazioni simili. In questo modo, i pazienti possono comprendere meglio il problema e partecipare attivamente al loro trattamento.

Le tecnologie VR e AR possono essere utilizzate anche per una migliore autodiagnostica. Ciò risulta particolarmente prezioso nelle aree in cui è difficile raggiungere gli ospedali e le persone devono spesso utilizzare i servizi di telemedicina. L’autodiagnostica migliorata con AR fornisce una panoramica più precisa per definire se una persona richiede controlli e cure ospedaliere o se può essere curata a casa.

Oltre a ciò, in isolamento vengono utilizzate app basate su VR e AR per il trattamento autoguidato. Per esempio, affrontare dolori cronici, fare sessioni di meditazione per superare l’ansia o pianificare esercizi per il recupero delle disfunzioni articolari. Quei pazienti che sono sopravvissuti a lesioni cerebrali e ictus possono sottoporsi a una riabilitazione con un approccio in stile gaming. Questo rende più piacevole la terapia e coinvolge maggiormente i pazienti stessi.

Un’implementazione della realtà aumentata nell’assistenza sanitaria per uso di massa è fornire alle persone informazioni sull’ubicazione delle strutture sanitarie. Utilizzando le mappe AR, è possibile individuare dove si trovano le cliniche più vicine o qualsiasi altra istituzione sanitaria quando ci si trova in un’area sconosciuta. Le mappe AR consentono di risparmiare tempo nella ricerca di tali strutture e ciò può avere un ruolo salvavita. Per esempio, nel caso una persona necessiti di assistenza di emergenza a causa di un’insufficienza cardiaca, attraverso le mappe AR è possibile individuare dove si trovano i defibrillatori automatici più vicini.

Medici e specialisti sanitari traggono vantaggio dalle tecnologie VR e AR utilizzandole nelle sale operatorie e nelle aule. Per esempio, prima di eseguire un intervento, i chirurghi possono utilizzare le tecnologie VR e AR per esplorare gli organi da operare o visualizzare modelli 3D di casi chirurgici complessi. Inoltre, i modelli di organi 3D possono essere utilizzati a scopo illustrativo in occasione di conferenze, nel processo di apprendimento o per spiegare ai pazienti cosa accadrà durante l’intervento chirurgico e quali saranno gli esiti.

Oltre a ciò, le tecnologie VR e AR garantiscono un approccio più personalizzato nell’assistenza sanitaria. Studiando come funzionano gli organi dei loro pazienti e come reagiscono a un determinato trattamento, i medici possono costruire “gemelli” di organi digitali dei loro pazienti ed eseguire più test su di loro. Questa combinazione di esperienza clinica e tecnologia VR fornisce un trattamento individualizzato per ogni paziente, garantendo un recupero migliore e più rapido.

VR e 3D in cardiochirurgia: un caso pratico

L’integrazione sistematica di modelli e stampe 3D nella pratica di tutti i giorni sta diventando una modalità standard per diverse strutture ospedaliere. Tra queste, la Cardiochirurgia Pediatrica di Padova, che ha adottato la realtà virtuale come supplemento alle tradizionali visualizzazioni 2D e ai modelli di cuore stampati in 3D per offrire un trattamento altamente personalizzato sui piccoli pazienti. Questa modalità offre capacità uniche di interazione e manipolazione interattiva di rappresentazioni ad alta risoluzione di dati di “imaging” specifici del paziente. Le potenzialità di questa tecnologia sono molteplici e sono tutte finalizzate a un miglioramento della qualità del trattamento offerto ai pazienti affetti da cardiopatie congenite (incluso il counseling in epoca fetale e preoperatorio nonché una migliore pianificazione dell’intervento chirurgico).

VR e simulazioni per la cura di fobie, dipendenze, stress…

La capacità della realtà virtuale di trasportare virtualmente una persona in un altro luogo può essere utilizzata anche per creare potenti simulazioni degli scenari in cui si verificano difficoltà psicologiche come fobie, dipendenze, disturbi alimentari e stress. Un terapeuta non ha più bisogno di accompagnare un paziente durante un viaggio in un centro commerciale affollato o su un alto edificio. Anche situazioni poco pratiche o impossibili da ricreare, come il volo, possono essere evocate con un clic del mouse. Con l’aiuto della VR, il “coaching in situ” per così tanti disturbi può essere erogato direttamente in ambulatorio.

Le simulazioni possono essere facilmente classificate in livelli di difficoltà e ripetute tutte le volte che è necessario. Il King’s College di Londra e l’Hôpital de la conception di Marsiglia utilizzano la realtà virtuale per questo scopo da anni. Un’altra applicazione VR che aiuta i pazienti è il progetto Bliss sviluppato in Francia da “L’effet papillon“: esso immerge i pazienti – prima e dopo interventi chirurgici – in esperienze paradisiache di realtà virtuale, con risultati positivi sul dolore e sul sollievo dallo stress.

La realtà virtuale può anche essere molto utile per i pazienti durante la riabilitazione, in modo particolare nei pazienti con disabilità motorie o sindrome dell’arto fantasma. MindMaze, uno spin-off dell’École Polytechnique Fédérale de Lausanne, in Svizzera, è uno dei pionieri globali nell’uso medico della realtà virtuale per la riabilitazione. La sua soluzione VR, che è completamente certificata come prodotto medico, utilizza visori e imaging cerebrale per aiutare le vittime di ictus nel recupero. Questa tecnologia è stata impiegata anche per alleviare il dolore fantasma negli amputati.

La realtà virtuale per alleviare il dolore

In alcuni campi della Medicina, la realtà virtuale ha dimostrato di essere uno strumento efficace anche per alleviare il dolore, come per esempio nella diagnosi e nel trattamento delle patologie della vescica. Tali pratiche, di solito, richiedono un controllo attraverso cistoscopia, operazione che è percepita dai pazienti come spiacevole e dolorosa. Alcuni di essi, addirittura, evitano il follow-up e, in tal modo, rischiano di andare incontro a uno sviluppo incontrollato e irreversibile della malattia.
È possibile sottoporre il paziente a una cistoscopia flessibile, che è meno dolorosa, ma questo non vale per tutti i trattamenti e alcuni possono essere eseguiti solo con una cistoscopia rigida in anestesia locale o generale.

Il dottor Wojciech Krajewski e i suoi colleghi dell’Università Medica di Breslavia, in Polonia, hanno condotto uno studio su 103 pazienti, con un’età media di 66 anni, sottoposti a cistoscopia rigida e solo con anestesia locale intrauretrale. Alcuni erano alla prima diagnosi e altri si presentavano per un follow-up dopo aver sperimentato la procedura in passato.
Gli individui sono stati suddividi in modo casuale affinché di sottoponessero in parte alla cistoscopia classica e in parte alla stessa procedura, però indossando cuffie e visori VR che presentavano un’immagine della cascata Skógafoss in Islanda.
Nel “gruppo VR” sono stati riscontrati punteggi più bassi della scala del dolore e, sebbene la sensazione di nausea e vertigini fosse più alta con le cuffie e gli occhiali, i pazienti li hanno trovati sopportabili e, quindi, non è stato necessario interrompere nessuna procedura. La pressione sanguigna e la frequenza cardiaca sono aumentate in tutti i pazienti durante la procedura, ma con valori più contenuti nel “gruppo VR”.

Il team del dottor Krajewski sta valutando la possibilità di ottenere lo stesso effetto di riduzione del dolore utilizzando la realtà virtuale in altri interventi medici quali la litotripsia per frantumare i calcoli renali o la biopsia della prostata.

AR e big data, VR e robotica

Poiché le tecnologie di accesso ai dati stanno rapidamente progredendo, entro breve la realtà aumentata potrà fornire ai chirurghi – in tempo reale – informazioni salvavita per il paziente. I chirurghi saranno così in grado di studiare con precisione l’anatomia dei loro pazienti inserendo i dati di risonanza magnetica e delle scansioni TAC in uno schermo AR. In tal modo, essi potranno visualizzare ossa, muscoli e organi interni senza dover “aprire” un corpo, aiutandoli a determinare esattamente dove fare iniezioni e incisioni.

I chirurghi potrebbero poi risparmiare tempo prezioso nel caso di un intervento d’urgenza. Invece di cercare tra documenti e cartelle cliniche elettroniche, potrebbero avere tutte le informazioni necessarie sul loro schermo AR in pochi secondi.

La realtà virtuale può poi essere combinata con la chirurgia robotica per eseguire un intervento, ad esempio utilizzando un braccio robotico controllato da un chirurgo umano. Ciò comporta minori rischi di complicanze durante l’intervento e una procedura più rapida. Poiché il dispositivo robotico è molto accurato, si possono avere incisioni più piccole, perdite ematiche ridotte e recupero più rapido.

Nonostante lo sviluppo della tecnologia tattile, ottenuto grazie alla robotica, non è però ancora consigliabile utilizzare la realtà virtuale per la pratica di procedure che si basano su una palpazione accurata o che comportano determinate perforazioni chirurgiche, poiché le superfici altamente dettagliate e il feedback delle vibrazioni sono difficili da gestire.

Realtà virtuale e riabilitazione robotica

I sistemi di realtà virtuale (in cui l’ambiente esperito dal paziente è interamente modellato dal computer), realtà aumentata (in cui oggetti virtuali sono sovraimposti ad ambienti reali), virtualità aumentata (in cui ad un ambiente virtuale si aggiungono viste su oggetti reali) e realtà mista (termine che originariamente faceva riferimento a tutti i casi in cui oggetti reali e virtuali coesistono nella scena percepita dall’utente, mentre i trend attuali aggiungono requisiti come la possibilità di interagire con gli elementi digitali come se fossero oggetti fisici), sono considerati casi di realtà estesa (termine che definisce tutte le modalità con cui reale e virtuale possono combinarsi ed integrarsi).
La versatilità di queste tecnologie (supportate da sistemi di visualizzazioni basati su visori o proiettori, come pure su semplici schermi in caso di condizioni non immersive) nel fornire feedback multimodali e scenari con compiti coinvolgenti in contesti riabilitativi permette di creare veri e propri ambienti ad elevata validità ecologica (somiglianza con contesti reali), in modo da dare significato e profondità alle azioni che il paziente deve svolgere ripetutamente. Tutto ciò è utilizzato di recente, con risultati di tutto di riguardo, nell’ambito della riabilitazione robotica.

Limiti e rischi di AR e VR

Tra le critiche mosse più di frequente all’uso della realtà virtuale in ambito medico-sanitario troviamo i costi, la necessità di competenze tecniche specialistiche, l’ingombro delle apparecchiature e la cybersickness, ovvero la nausea indotta dal prolungato uso di smartphone, tablet o visori VR. La produzione di contenuti per programmi basati sulla realtà virtuale è costosa, quindi tutte le fasi di progettazione e sviluppo devono essere valutate attentamente. Questo perché apportare modifiche al contenuto delle versioni finali è molto più difficile e costoso in quanto richiede una stretta collaborazione e comunicazione tra medici ed esperti informatici, tra Medicina e Tecnologia. Cosa, purtroppo, non sempre facile da ottenere.

La potenza di elaborazione necessaria per supportare la raffinatezza della realtà aumentata e soprattutto della realtà virtuale può causare anche altre pressioni sui costi per l’assistenza sanitaria. Le applicazioni attuali richiedono computer di fascia alta, spesso non disponibili presso le aziende sanitarie, che siano corredati da una solida infrastruttura di rete.

AR e VR – inoltre – cambiano il modo in cui le persone interagiscono tra loro e fanno assumere un valore sempre più elevato ai dati. Ne consegue che le implicazioni del rischio informatico, dovuto a sistemi diventati molto più complessi, aumentano in modo esponenziale. Anche se nessuna organizzazione è immune da una violazione informatica, ci si aspetta che le aziende sanitarie proteggano adeguatamente i mondi virtuali e fisici.
E per far ciò, oltre alle tecniche informatiche – serve un approccio culturale orientato alla consapevolezza della cybersecurity. Soprattutto quando la tecnologia viene impiegata in situazioni critiche, come quella delle procedure chirurgiche, dove un attacco hacker non deve certo poter fermare un intervento.

Articolo aggiornato (pubblicazione originaria: 21/10/2021)