Verso l’automazione di una sutura chirurgica tramite Da Vinci Research Kit = Moving towards the automation of a surgical suture through Da Vinci Research Kit

Nel corso della storia della medicina, le innovazioni di carattere ingegneristico hanno radicalmente cambiato, modificato e migliorato sia il modo di agire dei chirurghi, sia i risultati e benefici ottenuti per i pazienti. Alcune di queste, in particolare, hanno dato vita a quella che ad oggi viene definita chirurgia robotica mininvasiva (MIS). L’utilizzo di robot in ambito medico permette al chirurgo di godere di una serie di vantaggi, quali una migliore visuale del campo operatorio, una minore stanchezza fisica dell’operatore, una coordinazione occhio-mano elevata ed una maggiore precisione dei movimenti. È inoltre possibile tramite l’utilizzo di robot chirurgici effettuare piccole incisioni, le quali permettono la conservazione dei tessuti sani e limitano il trauma subito dal paziente, riducendo significativamente i tempi di degenza ospedaliera, favorendo un recupero post-operatorio rapido e generalmente con meno dolore e meno complicanze. In questo contesto, la sutura chirurgica è uno dei task operatori secondari più complessi, ripetitivi e che richiedono tempo. È proprio per questo motivo che nasce l’idea di cercare di rendere il robot abile ad effettuare questo processo in maniera automatica, senza bisogno dell’intervento umano. In questo lavoro di tesi viene proposto un metodo di sutura automatizzata, implementato grazie all’utilizzo di strumenti di programmazione quali MATLAB, Python e ROS, che viene successivamente testato grazie all’utilizzo di un simulatore utilizzato in robotica, chiamato CoppeliaSim. Il lavoro si presenta così suddiviso: il primo capitolo contiene una panoramica sulla chirurgia robotica e, in particolar modo, sul sistema tele-robotico Da Vinci ed i possibili gradi di automazione utilizzati nella robotica medica; nel secondo capitolo vengono descritte le suture chirurgiche e le varie tecniche di sutura; nel terzo capitolo viene presentato il Da Vinci Research Kit (DVRK), oggetto principale di studio in questo lavoro di tesi, con le sue caratteristiche principali ed i suoi metodi di funzionamento nel campo della ricerca: in particolare ROS e CoppeliaSim. ROS, il quale acronimo sta per Robot Operating System, è un framework per lo sviluppo di software robotici, funzionante principalmente con il sistema operativo Linux, ed è il mezzo che permette la comunicazione tra DVRK e PC, mentre CoppeliaSim è un simulatore sul quale risulta possibile schematizzare e testare tutto il lavoro. Nel capitolo successivo vengono poi analizzati gli step del progetto di automazione, i quali trattano: riconoscimento sia della zona da suturare sia dei punti di sutura, i quali prevedono dapprima l’isolamento della zona da suturare partendo da un’immagine reale, presa attraverso l’endoscopio del DVRK, di un pad per suture chirurgiche, il successivo tracciamento della sagoma della sutura grazie ad algoritmi implementati in MATLAB, ed infine il settaggio dei marker in punti specifici, attraverso i quali l’ago penetrerà per poter effettuare una sutura; viene, poi, posizionato l’ago in direzione perpendicolare alla zona da suturare e viene implementata la traiettoria dei bracci robotici sul simulatore CoppeliaSim grazie all’utilizzo di Python e MATLAB. Nell’ultimo capitolo vengono infine analizzati i possibili sviluppi futuri e le conclusioni. Tutto il lavoro verrà realizzato e testato grazie all’utilizzo del Da Vinci Research Kit (DVRK) presente nel Laboratorio MITIC del Dipartimento di Scienze Chirurgiche dell’Università di Torino.