Fotogrammetria tridimensionale in neuroanatomia e neurochirurgia: standardizzazione metodologica e applicazioni quantitative, educazionali e cliniche

La comprensione delle strutture neuroanatomiche complesse è storicamente dipesa dalla capacità di rappresentarle in modo efficace. Le tradizionali immagini bidimensionali—dalle illustrazioni all’imaging radiologico—hanno costituito tappe fondamentali nello sviluppo della medicina, ma presentano limiti intrinseci nel descrivere relazioni spaziali tridimensionali, particolarmente critiche nei distretti ad alta complessità geometrica come la base cranica. In questo contesto, la modellazione tridimensionale digitale ha introdotto un cambiamento paradigmatico nell’apprendimento dell’anatomia e nella pianificazione chirurgica, offrendo rappresentazioni dinamiche e più fedeli della morfologia e della disposizione spaziale delle strutture.1-3 La fotogrammetria si inserisce in tale evoluzione come metodologia in grado di generare modelli 3D a partire da immagini 2D, sfruttando principi geometrici e algoritmi di ricostruzione spaziale. A differenza delle tecniche volumetriche, essa ricostruisce in modo accurato le superfici anatomiche con elevato fotorealismo, trasformando serie fotografiche in modelli navigabili, misurabili e utilizzabili non solo a scopo descrittivo, ma anche analitico. In ambito medico, la fotogrammetria assume quindi il ruolo di strumento metodologico integrato che combina osservazione anatomica, analisi spaziale e misurazione quantitativa in un unico framework, con il vantaggio di essere implementabile con strumentazione relativamente accessibile e di consentire la conservazione digitale permanente dei preparati, superando i limiti di deperibilità e non riproducibilità dei campioni. Obiettivo della tesi è esplorare e consolidare la fotogrammetria come metodologia rigorosa per lo studio della neuroanatomia e per l’analisi delle tecniche neurochirurgiche, andando oltre la mera produzione di modelli 3D. Il primo contributo consiste nello sviluppo e nella formalizzazione di una guideline metodologica per la creazione di modelli fotogrammetrici ad alta definizione in neuroanatomia, colmando una lacuna frequente nella letteratura, spesso focalizzata sul prodotto finale senza adeguata standardizzazione delle variabili tecniche che determinano qualità, accuratezza e riproducibilità (setup, illuminazione, pattern di acquisizione, gestione delle superfici riflettenti, densità e ottimizzazione della mesh, controllo qualità, export e fruizione). La guideline definisce principi non modificabili, variabili adattive in funzione della complessità anatomica e “failure points” responsabili di artefatti, ponendo le basi per modelli fotorealistici, fedeli e utilizzabili per didattica e misurazioni. Il secondo asse della tesi riguarda l’applicazione educazionale: i modelli fotogrammetrici vengono impiegati come strumenti cognitivi per favorire la costruzione di una “mental road map” tridimensionale, superando i limiti di iconografia 2D, dissezione cadaverica (per quanto gold standard ma non riproducibile) e modelli DICOM spesso poco fotorealistici. L’interazione con modelli 3D consente di comprendere relazioni tra strutture superficiali e profonde, integrare prospettive chirurgiche differenti (transcranica ed endonasale) e chiarire regioni di intersezione anatomica ad alto rischio, con prospettive ulteriori di integrazione in ambienti immersivi VR/AR. Il contributo metodologico più innovativo è la validazione quantitativa della fotogrammetria. Due studi dimostrano che, con adeguata calibrazione e workflow, le misurazioni su modelli fotogrammetrici presentano errore comparabile al reale, elevata affidabilità intra- e inter-osservatore e ottimo accordo tra metodiche. Inoltre, la fotogrammetria endoscopica viene impiegata per quantificare parametri chirurgici (area di esposizione, angoli di attacco, surgical freedom) in approcci endonasali parasellari, offrendo una alternativa cost-effective e riproducibile a metodiche basate su TC e neuronavigazione. Infine, la tesi culmina nell’applicazione tecnica allo studio dell’approccio transpalpebrale transfrontale, utilizzato come modello per dimostrare il valore traslazionale della metodologia: su 24 modelli fotogrammetrici endoscopici ad alta risoluzione vengono misurati parametri di esposizione, profondità del corridoio, angoli di lavoro e libertà chirurgica, evidenziando un corridoio corto e diretto verso la fossa cranica anteriore. L’introduzione clinica iniziale, in un caso di fistola durale Cognard III, conferma la fattibilità e il potenziale dell’approccio con outcome favorevole. Nel complesso, la tesi dimostra che la fotogrammetria può evolvere da strumento illustrativo a metodologia integrata per educazione, ricerca anatomica e validazione tecnica in neurochirurgia, aprendo prospettive di studi comparativi, integrazione con imaging radiologico e applicazioni nella pianificazione chirurgica personalizzata.