Droni medici: come stanno cambiando il futuro dell’assistenza sanitaria

Quanto è importante il fattore tempo quando si è vittima di un infarto? Oppure nel caso ci trovassimo in una zona isolata e difficilmente raggiungibile dopo una calamità naturale?
Il tempo è fondamentale non solo per la guarigione ma anche per la sopravvivenza stessa ed è in questo frangente che i droni medici stanno dando un importantissimo aiuto coprendo “l’ultimo miglio” nella consegna di farmaci, vaccini, sangue e apparecchiature salvavita.
I primi aiuti portati dai droni risalgono al 2010, dopo il terremoto di Haiti, quando vennero utilizzati dall’OIM (Organizzazione Internazionale per la Migrazione) per la mappatura delle aree più colpite e la distribuzione di beni di prima necessità e articoli sanitari.
Da allora grazie alla continua ricerca tecnologica e al conseguente sviluppo di prototipi di droni medici sono stati fatti passi da gigante.
Ma in che modo questi droni stanno cambiando la fornitura di assistenza sanitaria?

Le applicazioni dei droni medici si possono dividere in tre categorie principali: sanità pubblica/soccorso in caso di calamità, telemedicina e trasporto medico. Ognuna di queste tre macrocategorie si sta sviluppando in settori sempre più specifici in base all’area geografica di appartenenza e grazie agli investimenti sempre maggiori da parte di enti pubblici e governativi. Le esigenze di un continente come l’Africa, ad esempio, dove si utilizzano ormai da anni, per la distribuzione di vaccini, droni medici ad ala fissa in grado di volare per centinaia di chilometri, saranno diverse da quelle di una grande metropoli europea dove probabilmente avrà una richiesta maggiore un drone con a bordo apparecchiature mediche salvavita in grado di arrivare velocemente dove richiesto. In ogni caso grazie all’utilizzo di questi droni medici stiamo superando i principali limiti del trasporto via terra ovvero la congestione del traffico e i siti di consegna remoti.

Trasporti medicali


Era il 21 dicembre 2016 quando un’ambulanza arrivava all’Ospedale di Kabgayi nel Ruanda centrale con a bordo la piccola Ghislane, 2 anni appena, e la madre.
La bambina, colpita da una forma acuta di malaria, era giunta in ospedale ormai in fin di vita ed i medici come estremo tentativo di salvarla decisero di farle una trasfusione. Normalmente l’iter per la consegna di sangue prevedeva di mandare un’autista alla banca centrale del sangue di Kigali, per un viaggio di andata e ritorno di circa 3 ore, ma quella volta i medici provarono qualcosa di nuovo. Dopo aver digitato la richiesta di 2 unità di globuli rossi pediatrici 0+, attesero la risposta che arrivò in pochi minuti: il sangue stà arrivando, tempo di consegna 6 minuti. Poco dopo un drone Zipline giunto in prossimità dell’ospedale sganciava una scatola di cartone rossa attaccata ad un piccolo paracadute di carta. Dentro c’erano 2 sacche di sangue avvolte in carta isolante ancora fredde ed in pochi minuti i medici effettuarono la trasfusione. La piccola Ghislane Ihimbazwe divenne così la prima persona ad essere salvata dalla consegna di un drone medico.

La consegna di sangue per la piccola Ghislane poco dopo l’arrivo all’ospedale di Kabgayi

Oggi Zipline, con le sue basi in Ruanda, Ghana, India e Stati Uniti e le 79.000 consegne effettuate è una delle logistiche sanitarie più importanti. I suoi centri di distribuzione, costruiti al centro di ogni regione di servizio, sono in parte magazzino medico e in parte aeroporto e possono effettuare centinaia di consegne al giorno all’interno di un’area di oltre 22.500 km.

Un drone Zip sulla rampa di lancio pronto al decollo

Nel dicembre 2018 l’Unicef ha utilizzato per la prima volta un drone medico per inviare vaccini ad una delle piccole comunità lungo la Baia di Cook in una zona raggiungibile solo a piedi superando una zona montuosa. Molto spesso i vaccini destinati a zone impervie arrivano a destinazione rovinati a causa degli sbalzi di temperatura dovute ai lunghi viaggi. Il drone medico ha volato per 40 km attraverso una zona montagnosa, trasportando i vaccini in uno speciale contenitore termico dotato di un sensore che si attivava in caso di temperatura superiore a quella di conservazione del prodotto.
A distanza di soli due anni UNICEF con il suo programma droni è attiva anche in Malawi, Vanuatu e Kazakistan.

Arrivo della prima consegna di vaccini dal drone Swoop Aereo a Cook’s Bay

La prima consegna medica approvata dal governo degli Stati Uniti risale invece al 2015, quando furono inviati, tramite un drone, farmaci ad una clinica nella contea di Wise nella Virginia rurale.
Nel 2019 è stato effettuato con successo il primo trapianto di un organo trasportato da un drone: l’annuncio è stato dato dal Medical Center dell’Università del Maryland, il rene trasportato era riposto in un contenitore ad alta tecnologia appositamente progettato per il mantenimento ed il monitoraggio di un organo umano vitale ed ha volato per circa 5km decollando da un campo aereo vicino all’ospedale.

Anche in Italia è stato effettuato il primo trasporto di materiale sanitario grazie all’ausilio di un drone medico. Le prove di questo volo sperimentale si sono svolte a Roma tra il 19 e il 22 ottobre scorso quando il drone equipaggiato con una smart capsule della startup italiana ABZero ha trasportato campioni biologici e generi biomedicali dal centro prelievi di S. Marinella a quello di analisi di Palidoro coprendo una distanza di circa 30 km.

La Smart Capsule di ABZero in volo

Uno dei casi in cui il fattore tempo è cruciale per la sopravvivenza è quando si è vittima di un attacco cardiaco. Anche in questa circostanza i droni medici stanno dando un aiuto fondamentale trasportando i DAE direttamente alle persone colpite da infarto.
L’uso del DAE (defibrillatore automatico esterno) ha notevolmente migliorato il tasso di sopravvivenza in caso di arresto cardiaco extra ospedaliero, tuttavia la variabile più importante per il successo del trattamento è il tempo che intercorre tra il malore e l’uso effettivo del defibrillatore. I DAE sono solitamente posizionati in modo fisso in luoghi aperti al pubblico non sempre raggiungibili in breve tempo o in caso di arresto cardiaco in orario notturno.
Il primo progetto di drone con un defibrillatore integrato a bordo lo si deve ad Alec Momont, un brillante studente di ingegneria alla Delft University of Tecnology.
Il prototipo ideato da Momont può navigare autonomamente verso un luogo in pochi minuti, inoltre a bordo oltre al DAE è integrata una webcam che permette alle persone sulla scena di un arresto cardiaco di comunicare con il personale di emergenza ed essere guidate nell’uso del defibrillatore per effettuare subito il trattamento in attesa dell’arrivo dell’ambulanza.

Test di rianimazione con il Drone Ambulanza di A. Momont

Il trasporto aereo, effettuato con l’ausilio di elicotteri, è ampiamente utilizzato nella medicina d’urgenza per la rapidità di azione, l’assenza delle restrizioni tipiche del trasporto su strada e la capacità di raggiungere in brevissimo tempo luoghi lontani o difficilmente raggiungibili.
Le prime indagini sull’utilità dei droni nel trasporto di pazienti sono state condotte dalla divisione di ricerca medica dell’esercito americano e hanno dimostrato la possibilità di utilizzare i droni per l’estrazione di soldati feriti in scenari di guerra.

Prototipo di un drone Ambular 2.0

Nel 2018 l’Organizzazione per l’aviazione civile internazionale (ICAO) ha dato vita ad Ambular un progetto internazionale, non a scopo di lucro, con l’obiettivo di sviluppare un drone ambulanza per il trasporto umano.
Il concetto Ambular è basato sull’idea di un piccolo aereo dotato di un sistema di volo autonomo ed equipaggiato con attrezzature mediche per sostenere la vita di un paziente durante il trasporto. In base al modello sarà in grado di portare una o più persone dentro e fuori da luoghi difficili da raggiungere, riuscirà a volare facilmente tra gli edifici, evitare gli ostacoli ed atterrare praticamente ovunque. Attualmente Ambular sta testando in galleria del vento ben 5 modelli: Ambular , Ambular Drone , Ambular Pod , Ambular 2.0 e Ambular 3.0 con la previsione di averne i prototipi in scala 1/4 pronti a volare entro i prossimi 4 anni.

Rendering dei prototipi Ambular

Telemedicina

Uno degli usi più promettenti dei droni medici è nel campo della telemedicina ovvero la diagnosi ed il trattamento a distanza dei pazienti.

Nel febbraio 2018, a Camp Shelby il più grande centro di addestramento militare negli Stati Uniti, si è svolta Patriot South un’esercitazione federale su larga scala per mettere alla prova le capacità di risposta in caso di attentati o disastri naturali utilizzando scenari di emergenza simulati come ad esempio una mareggiata o il crollo di un edificio. Nel corso della simulazione, sistemi di droni equipaggiati per la telemedicina Hiro sono stati testati con successo dai primi soccorritori militari e civili.

In uno degli scenari, un kit avanzato per il trauma della rianimazione (DART), con fluidi, emoderivati, forniture per le vie aeree e altre forniture avanzate per il trauma, è stato trasportato ad un medico da combattimento sul campo ed è stato in grado di somministrare fluidi e sangue a numerosi pazienti in stato di shock che non potevano essere trasportati immediatamente. L’interfaccia di telemedicina ha anche consentito di effettuare il triage virtuale sul campo per guidare l’evacuazione delle vittime.

In ultima analisi l’obiettivo di questa tecnologia è fornire cure salvavita per le vittime di disastri, in particolar modo quando i primi soccorritori non possono arrivare rapidamente via terra e colmare questo ritardo fornendo un trattamento rapido direttamente alle vittime utilizzando medici remoti per istruire chiunque sul posto.

Salute pubblica e il soccorso in caso di disastro

Oggi i droni vengono ampiamente utilizzati per la sorveglianza di siti dopo un disastro, in aree con rischi biologici e chimici e per il monitoraggio della diffusione di malattie. Nel 2013, dopo che il tifone Haiyan ha devastato le Filippine uccidendo oltre 6300 persone, i droni sono stati utilizzati per valutare i danni iniziali e dare la priorità ai soccorsi fornendo, in una sorta di Pre-Triage, informazioni sul numero di pazienti che necessitavano di cure urgenti.

In ambito di salute pubblica sono stati utilizzati per identificare le aree a rischio prima che si verifichi un disastro, in Perù sono stati utilizzati i droni per documentare i danni ambientali causati dagli oleodotti.

 La tecnologia dei droni viene usata per rilevare i rischi per la salute come metalli pesanti, aerosol e radiazioni. Nel 2015, a Trentola Ducenta, in provincia di Caserta, sono stati utilizzati un drone dotato di una camera speciale ad alta risoluzione ed un software fotogrammetrico per mappare la concentrazione di rame nelle zone agricole ed avere così una previsione di rischio di cancro nella zona.

Sempre nel 2015, in Cornovaglia, un drone che trasportava un’unità integrata di mappatura delle radiazioni gamma è stato utilizzato in numerosi siti minerari dismessi per rilevare le aree contaminate e identificare il grado di contaminazione e la sua natura isotopica.

Nel 2016, i ricercatori hanno utilizzato droni con moduli di analisi degli acidi nucleici per rilevare lo Staphylococcus aureus e il virus Ebola

La tecnologia dei droni è ampiamente utilizzata anche per rilevare i radionuclidi tipici degli incidenti nucleari.

Le aziende da tenere d’occhio

Abzero è una startup italiana nata nel 2017. Ha progettato e realizzato la smart capsule, un contenitore intelligente che monitora e mantiene, durante il volo, i parametri ottimali per la conservazione di sangue ed emoderivati, farmaci e organi trasportati. I sensori presenti sulla Smart Capsule sono in grado di gestire in completa autonomia anche il volo stesso del drone, monitorando per esempio il livello residuo di batteria, abbassando notevolmente il livello di rischio del trasporto.

Smart Capsule ABZero

Matternet è una startup con sede nella Silicon Valley che ha brevettato una piattaforma per la consegna di campioni medici tra ospedali effettuata via drone. La Matternet Station occupa uno spazio di circa 2 mq ed è stata progettata per controllare l’intero processo di volo e consegna. La tecnologia di cui è dotata guida il Drone M2 ad un atterraggio di precisione sulla piattaforma e dopo essere atterrato, viene sganciato dal suo carico e dotato di una nuova batteria pronto per riprendere il volo.
Il Matternet Drone M2 è progettato per trasportare carichi fino a 2 chilogrammi su distanze fino a 20 km.
Una delle prime installazioni di Matternet è a Zurigo dove i droni M2 hanno ridotto i tempi di consegna dei campioni tra ospedale e laboratorio di analisi dai 40 minuti in auto a meno di 10 minuti con i droni.

Flirtey è una società di consegna con droni con sede a Reno (Nevada). Nel 2015 ha effettuato la prima consegna approvata dalla FAA (Federal Aviation Administration) negli Stati Uniti. Nel 2016 ha completato la sua prima consegna di campioni medici da una chiatta in mezzo al mare alla terraferma. Flirtey ha impiegato i suoi droni per portare medicinali di emergenza e campioni medici alle cliniche rurali in Nevada. Il drone effettua la consegna mentre è in volo, semplicemente abbassando un cavo sul quale è appeso il pacco da recapitare

Il prototipo di questo drone ambulanza è di Alec Momont, uno studente di ingegneria alla DELF University of Technology (Paesi Bassi), che ha integrato in un drone, un defibrillatore cardiaco, una videocamera e un microfono. Questo drone è in grado di portare il DAE (Defibrillatore Automatico Esterno) in un minuto dalla chiamata in una zona di 12 km quadrati, aumentando la possibilità di sopravvivenza ad una vittima di arresto cardiaco fino all’80%. Quando il drone arriva sul posto, il personale medico può interagire con le persone vicine alla vittima e dare istruzioni su come usare correttamente il defibrillatore.

Zipline è un’azienda di logistica sanitaria fondata a San Francisco nel 2014 da K. Ronaudo, W. Hetzler e K. Wyrobek. L’idea delle consegne via drone è nata scorrendo un lungo elenco di vite perse nelle zone rurali dell’Africa a causa della carenza di medicinali essenziali. Nel 2016 in Ruanda sono iniziate le prime consegne a lunga distanza tramite gli “Zip” piccoli aeroplani a elica in grado di volare fino a 150 km con una singola carica di batteria e in qualsiasi condizione atmosferica. Ogni Zip può trasportare un carico massimo di 1,75 kg. (l’equivalente di 3 unità di sangue) che viene rilasciato tramite un paracadute.
Oggi Zipline gestisce la più grande rete di consegna di droni al mondo con le sue basi in Ruanda, Ghana, India e Stati Uniti.

Wing è il progetto che Google ha iniziato a testare nel 2014 con l’obiettivo di sviluppare droni da utilizzare per fornire soccorso in aree isolate in caso di catastrofe. Il drone Wing è dotato sia di ala fissa che di eliche per i decolli in verticale e può trasportare pacchi fino a 1,5 Kg per un raggio di 20 km. Attualmente il servizio è attivo in Australia, Finlandia e in Virginia, Stati Uniti. Dopo lo scoppio della pandemia da Covid-19 i droni Wing sono stati utilizzati per fornire prodotti essenziali come medicine, alimenti per neonati e cibo agli abitanti delle zone più rurali della Virginia.

HiRO acronimo di Healthcare Integrated Rescue Operations è un sistema di telemedicina mobile creato per trasportare, nel modo più rapido possibile, forniture mediche salvavita e fornire una consulenza medica specialistica, da remoto, alla prima persona giunta sulla scena di un disastro. Il sistema Hiro è stato sviluppato dai dottori Subbarao e Cooper a partire dal 2013 ed è composto da una serie di droni ambulanza equipaggiati da Kit medici personalizzabili in grado di supportare anche emergenze su larga scala, come un disastro naturale o uno scenario di guerra. Ogni kit è dotato di occhiali intelligenti “First Responder” da far indossare a chi è presente in loco, un cellulare/radio/satellitare per una comunicazione live e sensori wireless per il monitoraggio dei parametri vitali che permettono al medico in collegamento di fare una prima valutazione e guidare il soccorritore nel miglior trattamento salvavita possibile.

La società cinese Ehang è stata la prima azienda al mondo a lanciare e commercializzare droni per il trasporto passeggeri. Durante l’ultimo anno, in piena emergenza COVID-19, il suo “Ehang216” un drone passeggeri biposto è servito per trasportare forniture mediche e personale in svariati ospedali cinesi.
Nell’agosto 2020 la società ha annunciato di essere stata selezionata per partecipare ad ambular un progetto internazionale per lo sviluppo di droni ambulanza per il trasporto umano. Ehang fornirà al progetto l’hardware necessario allo sviluppo del prototipo Ambular.

L’americana Vayu è stata fondata da Daniel Pepper nel 2014 con la missione di consegnare rifornimenti vitali in aree isolate sia su base regolare che in tempi di crisi.
Dal 2016 operano su larga scala in Madagascar per il trasporto di campioni medici e vaccini tra gli ospedali ed i villaggi più remoti e difficili da raggiungere del paese.
Il loro X5 è un drone ibrido, ad ala fissa ed eliche che gli consentono di decollare e atterrare in modo verticale su qualsiasi superficie. Grazie a questa tecnologia combinata è in grado di coprire distanze fino a 100 km. in modo veloce ed economico trasportando un carico di 2 kg.

Conclusioni

L’utilità dei droni per il settore medico è evidente ormai da diversi anni e molte start-up stanno continuando a sperimentare nuovi servizi a livello globale.
Attualmente sono più di venti i progetti in corso in tutto il mondo e la recente pandemia di COVID-19 ne sta aumentando drasticamente la richiesta. Già in Cina, nel corso della prima ondata di Sars-cov-2, droni medici sono stati utilizzati per inviare sia personale che forniture essenziali in aree infette sottoposte a quarantena.
Ora, con l’imminente arrivo del vaccino, si pensa alla possibilità di utilizzarli per ottimizzarne la distribuzione anche in zone remote.
Un rapporto appena pubblicato da Fior Markets, prevede un incremento vertiginoso per il mercato globale di droni medici, che dovrebbe crescere dai 109 milioni di dollari del 2019 ai 642 milioni entro il 2027. Un ulteriore conferma quindi di quella che sarà una tendenza mondiale dei prossimi anni: l’azzeramento delle distanze in luoghi remoti e la riduzione dei tempi di consegna necessari e di intervento.

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