Pianificazione Chirurgica Assistita al Calcolatore per un'Interfaccia Miocinetica nel Controllo delle Protesi della Mano = Computer Assisted Surgical Planning For a Myokinetic Interface for Controlling Hand Prosthese

L’amputazione dell’arto superiore compromette gravemente la capacità di manipolare oggetti. Questa può essere ripristinata attraverso protesi robotiche avanzate, controllate da interfacce uomo-macchina (HMI) adeguate. Una nuova HMI miocinetica, recentemente sviluppata, ha la potenzialità di superare le limitazioni delle interfacce elettromiografiche (EMG) di superficie tradizionali. Utilizzando magneti impiantati nei muscoli e sensori magnetici esterni, questa interfaccia ricostruisce la deformazione muscolare durante la contrazione, fornendo segnali di controllo intuitivi. Per massimizzare la funzionalità dell’interfaccia, i magneti devono essere posizionati nei muscoli recisi che presentano una maggiore capacità contrattile e rispettare delle regole geometriche di posizionamento definite in studi precedenti. Per supportare i chirurghi in questa fase, è stata sviluppata un’interfaccia grafica (GUI) in Matlab che unisce dati fisiologici del paziente a requisiti tecnici specifici, elaborando immagini di risonanza magnetica (MRI), ecografie (US) e dati EMG acquisiti dal paziente amputato. Focalizzandosi su amputazioni transradiali, la GUI ricostruisce virtualmente l’avambraccio del paziente e mappa l’abilità contrattile residua dei muscoli, fornendo sia una rappresentazione grafica dell’arto residuo che informazioni quantitative sul trofismo muscolare. Sono state utilizzate immagini MRI già disponibili, derivanti da sperimentazioni precedenti, mentre i video US sono stati acquisiti secondo un protocollo specifico. Quest’ultimo prevedeva l’acquisizione di immagini per ciascun muscolo target in sezione longitudinale e trasversale, a tre livelli anatomici: prossimale, mediale e distale. Inoltre, la sonda lineare è stata utilizzata in combinazione con un sistema di tracking basato su marker ottici retroriflettenti. Questo ha permesso di determinare la posizione relativa tra avambraccio e sonda, nonché di identificare un punto di repere visibile anche nelle immagini MRI. Infine, sono stati acquisiti i segnali EMG di superficie sia dai muscoli recisi sia dai muscoli sani dell’arto controlaterale. Una volta acquisiti i dati fisiologici, questi vengono caricati e processati dalla GUI. Per prima cosa, le immagini di risonanza magnetica vengono elaborate tramite una segmentazione a soglia per ottenere il volume dell’avambraccio. Le immagini 2D-US vengono poi combinate con le immagini 3D-MRI sfruttando la coincidenza tra punti di repere (per esempio, gli epicondili) e i dati derivati dal tracking ottico, ottenendo la proiezione delle immagini US all’interno del volume ricostruito tramite operazioni di rototraslazione. Le immagini 2D vengono visualizzate dall’operatore clinico che associa un valore di contrazione al muscolo. Successivamente a partire dagli stessi frame ecografici la GUI permette il calcolo del diametro del muscolo, fornendo un primo parametro quantitativo di trofismo del muscolo. Queste informazioni vengono poi combinate con dati derivanti dall’analisi dei segnali EMG, in particolare con il decremento percentuale relativo alla massima contrazione volontaria (MVC). Si ottiene finalmente una tabella riassuntiva della situazione contrattuale residua nell’amputato che fungerà da supporto al chirurgo per la pianificazione dei magneti nei muscoli, indicandone il posizionamento ottimale. La GUI proposta risponde alle necessità del team interdisciplinare di chirurghi ed ingegneri per ottimizzare il funzionamento della protesi miocinetica, semplificando la gestione intraoperatoria.