Le tecnologie robotiche per la chirurgia e la diagnosi minimamente invasive sono al centro di questo corso. Vengono identificate le esigenze cliniche negli approcci di accesso extra, endo e transluminale. Vengono discusse varie soluzioni ingegneristiche e viene presentata e giustificata la loro evoluzione nel tempo. Gli argomenti, le tecnologie e le metodologie discusse includono, ma non sono limitati a: storia dei robot chirurgici, robot chirurgici commerciali, sistemi robotici di ricerca, robot gastrointestinali, progressi nella fabbricazione, rilevamento e attuazione di robot morbidi, robot per il rilevamento del cancro, interfacce percettive uomo-robot, sale operatorie basate sui dati e sull'intelligenza artificiale, ecc. con i principali attori scientifici a livello mondiale nei rispettivi settori di competenza.

PRINCIPLES, MATERIALS AND APPLICATIONS OF ROBOTICS IN BIOMEDICINE 1

Il corso intende fornire ai dottorandi una visione avanzata e interdisciplinare della robotica applicata alla biomedicina, con particolare attenzione alle tecnologie per la chirurgia, l’endoscopia, la diagnosi, la simulazione, la sensoristica e l’interazione uomo-macchina. L’obiettivo è mostrare come un bisogno clinico possa essere tradotto in requisiti ingegneristici, quindi in dispositivi, piattaforme e soluzioni robotiche potenzialmente trasferibili alla pratica medica. Il corso integra prospettive chirurgiche, bioingegneristiche, meccatroniche, computazionali e traslazionali, evidenziando il ruolo della collaborazione tra clinici, ingegneri e ricercatori nello sviluppo di tecnologie realmente utili per il paziente. Il corso sarà tenuto da Alberto Arezzo, Alessandro Rizzo, Carlo Alberto Ammirati, Federica Barontini e Francesco Marzola. Alberto Arezzo introdurrà il corso affrontando il tema dell’innovazione robotica in chirurgia e medicina interventistica, partendo dal principio secondo cui la necessità clinica rappresenta il principale motore dell’invenzione tecnologica. Sarà analizzata l’evoluzione della chirurgia mininvasiva, dalla laparoscopia ai sistemi robotici commerciali, fino alle piattaforme emergenti per chirurgia endoluminale, transanale, transluminale e single-port. Verranno discusse le esigenze cliniche ancora non pienamente soddisfatte: accesso sicuro ad anatomie complesse, riduzione dell’invasività, maggiore precisione, ergonomia, standardizzazione della performance chirurgica e integrazione dei dati intraoperatori. Particolare attenzione sarà dedicata alla chirurgia colorettale, all’endoscopia operativa, alla chirurgia transanale e agli scenari nei quali la robotica può superare i limiti degli approcci convenzionali. Saranno inoltre presentati esempi di ricerca traslazionale sviluppati all’interfaccia tra clinica e ingegneria, inclusi sistemi di simulazione, piattaforme sensorizzate, strumenti robotici e soluzioni basate su intelligenza artificiale per il supporto decisionale. Alessandro Rizzo fornirà una panoramica dei principi ingegneristici della robotica biomedica avanzata, con riferimento a modellistica, cinematica, dinamica, controllo, pianificazione del movimento e interazione tra robot, operatore e ambiente biologico. La lezione affronterà i concetti di teleoperazione, controllo assistivo, controllo in forza, robotica collaborativa, feedback aptico e sistemi condivisi uomo-macchina. Saranno discussi gli approcci necessari per progettare robot destinati ad ambienti non strutturati, deformabili e incerti, come il corpo umano, dove variabilità anatomica, vincoli spaziali e informazioni sensoriali incomplete rappresentano sfide centrali. Verranno inoltre introdotti elementi di controllo intelligente, apprendimento da dimostrazione, adattamento online e integrazione di dati provenienti da sensori multimodali. L’obiettivo sarà mostrare come meccanica, elettronica, software, controllo e interfacce debbano essere concepiti in modo integrato per passare da un prototipo sperimentale a un sistema affidabile e validabile. Carlo Alberto Ammirati tratterà il ruolo dei materiali, dei dispositivi e delle tecnologie abilitanti nella robotica biomedica. La lezione analizzerà come la scelta dei materiali condizioni prestazioni, sicurezza, biocompatibilità, sterilizzabilità e scalabilità dei sistemi robotici. Saranno discussi materiali polimerici, elastomerici, compositi, materiali intelligenti, strutture flessibili e deformabili, con particolare attenzione alla robotica soft e continuum. Verranno presentati principi di attuazione pneumatica, magnetica, elettromagnetica, tendon-driven e basata su materiali attivi, insieme alle implicazioni per il controllo e la progettazione meccanica. La lezione affronterà anche prototipazione rapida, stampa 3D, microfabbricazione e integrazione di sensori in strumenti chirurgici, endoscopici, cateteri robotici, manipolatori miniaturizzati e dispositivi destinati alla diagnosi e alla terapia mininvasiva. Federica Barontini approfondirà il tema della sensoristica, della percezione e dell’elaborazione dei dati nei sistemi robotici biomedici. La lezione partirà dal concetto che un robot medico non è soltanto un dispositivo meccanico, ma un sistema integrato capace di percepire, interpretare e reagire all’ambiente clinico. Verranno presentati sensori di forza, pressione, deformazione, posizione, prossimità, imaging, visione endoscopica, sistemi inerziali e sensori tattili integrabili in strumenti chirurgici o endoscopici. Particolare attenzione sarà dedicata alla fusione multimodale dei dati e all’uso dell’intelligenza artificiale per l’analisi del gesto chirurgico, la valutazione oggettiva della performance, il riconoscimento delle fasi procedurali, la navigazione assistita, la segmentazione di immagini intraoperatorie e l’identificazione di strutture anatomiche o patologiche. Saranno inoltre discussi i limiti attuali legati a qualità dei dati, annotazione, bias, privacy, interoperabilità, validazione clinica e spiegabilità degli algoritmi. Francesco Marzola presenterà le applicazioni della robotica biomedica nella simulazione, nella formazione, nella valutazione della performance e nello sviluppo di piattaforme sperimentali per la ricerca traslazionale. La lezione esplorerà simulatori fisici, virtuali e ibridi, phantom anatomici sensorizzati, ambienti di test e sistemi per la raccolta di metriche oggettive. Sarà discusso il ruolo della simulazione nella validazione di strumenti robotici, nella pianificazione procedurale e nella formazione chirurgica basata su competenze misurabili. Verranno analizzate metriche quantitative di destrezza, efficienza, sicurezza, precisione e interazione con strumenti robotici o endoscopici. La lezione introdurrà infine le prospettive future legate a digital twin, realtà aumentata, modelli computazionali del paziente e sistemi di supporto decisionale. Al termine del corso, i dottorandi avranno acquisito strumenti per comprendere i principi della robotica biomedica, analizzare criticamente una tecnologia, valutarne limiti e potenzialità cliniche, e contribuire allo sviluppo di soluzioni innovative orientate alla reale applicazione medica e chirurgica.

In presenza

Test a risposta multipla

P.D.2-2 - Marzo

16 Marzo ore 12 - 20 - AULA ROCCIA - Palazzina ex Odonto Osp Molinette corso Bramante 88 19 Marzo ore 9 - 13 - Sala Maxwell del DET del POLITO, 5 piano dello scavalco sud di Corso Castelfidardo 23 Marzo ore 12 - 20 - AULA ROCCIA - Palazzina ex Odonto Osp Molinette corso Bramante 88