Mixed Reality e AI nella chirurgia ortopedica: un ecosistema a supporto pre- e intraoperatorio per l’inserimento di protesi al ginocchio

Questa tesi presenta un sistema innovativo di realtà mista per il supporto alla chirurgia ortopedica del ginocchio negli interventi di protesi totale (TKA). Il lavoro affronta il divario tra pratiche chirurgiche tradizionali, caratterizzate da esecuzione manuale e alta variabilità, e sistemi robotici avanzati economicamente inaccessibili. È stato sviluppato un sistema bimodale che integra un'applicazione macOS per la pianificazione preoperatoria e un'applicazione visionOS (Apple Vision Pro) per il supporto intraoperatorio. L'applicazione desktop gestisce l'importazione di immagini TAC DICOM, la ricostruzione automatica di modelli 3D tramite algoritmo Marching Cubes ottimizzato, e la definizione interattiva dei piani di taglio. L'applicazione per realtà mista consente visualizzazione immersiva dei modelli anatomici, manipolazione gestuale tramite hand tracking, e posizionamento di marker virtuali sull'anatomia reale. Lo sviluppo ha seguito un approccio iterativo in collaborazione con chirurghi ortopedici. Il sistema dimostra fattibilità tecnica con riduzione dei tempi di pianificazione del 40-50% ed eliminazione delle discontinuità nel flusso informativo. L'applicazione macOS ha ricevuto riscontri positivi per qualità della ricostruzione 3D e intuitività dell'interfaccia. I costi di implementazione risultano inferiori di due ordini di grandezza rispetto ai sistemi robotici (6.000$ vs 1.25M$). L'applicazione visionOS ha dimostrato potenzialità innovative nell'interazione naturale, evidenziando limitazioni nella precisione del hand tracking. Il sistema si posiziona come soluzione intermedia tra approccio tradizionale e robotica avanzata, potenzialmente democratizzando l'accesso alla chirurgia assistita digitalmente. Il contributo principale risiede nella dimostrazione della fattibilità di un paradigma ibrido che mantiene il controllo decisionale nel chirurgo, con impatti trasformativi sull'accessibilità delle tecnologie di supporto chirurgico.