Partons aujourd’hui du côté de la médecine et plus précisément de la chirurgie robotique où des progrès ont été fait par le passé et où d’autres sont prévus. J’ai pour ma part connu le robot da Vinci étant plus jeune de par la documentation de présentation que ma mère m’avait ramener avec un petit CD de présentation vidéo. Ce robot, à l’époque était quasiment unique sur le territoire français et était une véritable révolution technologique !

Qu’est-ce que la chirurgie robotique?

La robotique médicale est utilisée depuis environ 30 ans. La chirurgie robotique est qualifiée de «révolutionnaire» par de nombreux chirurgiens qui la valorisent pour ses nombreux avantages, réels et potentiels. Son origine doit beaucoup aux faiblesses des technologies de chirurgie mini-invasive (MIS) qui l’ont précédée.

Aujourd’hui, les vésicules biliaires sont systématiquement prélevées par un chirurgien sur un continent d’un patient sur un autre, à l’aide de la téléchirurgie robotique. L’activation vocale des bras robotiques et le retour haptique offrent aux chirurgiens la commande qu’ils recherchent sur la procédure chirurgicale elle-même.

Problèmes avec la chirurgie mini-invasive

La chirurgie mini-invasive est limitée par la perte des sensations liées au toucher et à la force, qui sont si cruciales pour déterminer la précision des opérations chirurgicales.

La dextérité du mouvement est limitée par la limitation naturelle de l’instrument, qui n’a que quatre degrés de mouvement contrairement aux poignets et à la main humains, qui en ont sept. Les tremblements physiologiques sont également rapidement transportés dans le champ opératoire par l’instrument laparoscopique rigide.

Tous ces facteurs ont conduit au développement des robots chirurgicaux, à commencer par le Puma 560 en 1985, un robot qui réalisait des biopsies neurochirurgicales, et un peu plus tard, la résection transurétrale de la prostate.

Alors que la téléchirurgie est devenue un domaine de recherche intensive au Centre de recherche Ames de la National Air and Space Administration (NASA), la robotique chirurgicale a commencé à progresser de façon spectaculaire.

Les premiers à apparaître étaient les supports de caméra et les positionneurs, tels que le système endoscopique automatisé pour un positionnement optimal (AESOP), un support de caméra à commande vocale, en 1990.

Viennent ensuite les robots médicaux actifs, tels que le système da Vinci (Intuitive Surgical Inc.), un système maître-esclave avancé, avec plusieurs bras robotiques ou manipulateurs contrôlés à distance par un chirurgien à partir d’une console. Ces systèmes utilisent des bras opératoires miniaturisés, contrairement aux bras chirurgicaux d’un centimètre du Puma 560, évitant ainsi d’avoir à rétracter les côtés de l’incision. Les caractéristiques Endo-Wrist des bras de commande offrent également sept degrés de liberté. Les systèmes plus récents utilisent des consoles ouvertes ergonomiquement supérieures plutôt que celle fermée du da Vinci.

Les systèmes traditionnels comme le da Vinci pivotent autour du trocart d’insertion, ce qui à la fois limite la gestion adroite des instruments et peut endommager par inadvertance les structures vitales adjacentes. La grande taille et le coût de ces systèmes sont prohibitifs dans la plupart des cas pour l’adoption systématique de la chirurgie robotique.

Les robots de chirurgie Laparo-endoscopique à site unique (LESS) insèrent la caméra et plusieurs instruments à travers une seule incision, de préférence l’ombilical, auquel cas il n’y a pas de cicatrice. Des systèmes plus petits tels que le système SurgiBot-SPIDER (Single-Port Instrument Delivery Extended Research) permettent la chirurgie robotique à un coût nettement inférieur, mais n’ont pas encore obtenu l’approbation de la FDA.

Les nouveaux robots sont construits avec des matériaux souples, flexibles et déformables. L’utilisation de matériaux souples biocompatibles, de matériaux superélastiques et de plastiques souples imprimés en 3D tels que les élastomères de silicium, permet une plus grande sécurité. Ceux-ci permettent des changements de forme robotique et de propriétés mécaniques en réponse au toucher, améliorant ainsi leur plus grande sécurité intrinsèque. Les robots plus récents permettent également l’allongement pour régler la position exacte du robot et une plus grande flexibilité du manche de l’instrument.

La modélisation des propriétés tissulaires offre un retour haptique. La flexibilité et la contrôlabilité de la rigidité sont des aspects clés des nouveaux systèmes chirurgicaux robotiques émergents aujourd’hui. Les nouveaux robots flexibles détectent la force appliquée par la reconstruction de forme, la rigidité de la pointe qui avance étant contrôlée par la tension. Cela permet un ajustement actif de la charge utile.

La capacité à obtenir une rigidité variable dans différents segments d’un endoscope pourrait permettre au robot de se déplacer de manière flexible dans la lumière d’un organe mou, mais pas de se recourber sur lui-même lorsqu’il est nécessaire de négocier un virage serré, par exemple. Grâce à ces progrès, des robots moins chers et plus sûrs peuvent être conçus pour chaque patient et chaque procédure, ce qui les rend non invasifs et plus rentables.

Des tubes pneumatiques inversés ont été utilisés pour générer des robots pouvant s’allonger jusqu’à des centaines de fois leur longueur d’origine, manœuvrer dans des espaces restreints et se déplacer dans les coins ou les blocs. Ces robots biomimétiques sont modelés sur des plantes et peuvent être utilisés pour la manipulation à distance.

Quelques systèmes chirurgicaux robotiques intéressants en cours d’utilisation

Les nouveaux robots chirurgicaux coloscopiques démontrent des améliorations dans quatre domaines cruciaux: la rigidité réglable, la détectabilité, la flexion et la contrôlabilité. Un système robotique miniature («Endotics») avec une mobilité sous vide semblable à celle des vers a été décrit, pour améliorer la précision du diagnostic et de la chirurgie coloscopiques.

De même, un nouveau mécanisme serpentin à tendon contraint (CTSM) a été conçu pour surmonter ces obstacles, avec un espace de travail élargi et un meilleur contrôle de la section de flexion.

Le système de coloscopie NeoGuide est un robot doux avancé qui intègre la conformité, une interaction sûre avec le corps, l’actionnement et la détection, une plus grande dextérité et un espace de travail accru.

Cela utilise un tube d’insertion assisté par ordinateur avec une articulation complète, un peu comme un serpent, où la pointe de la lunette définit la direction pour chaque segment successif, permettant ainsi au tube de prendre différentes formes à différentes profondeurs d’insertion. Il a également un contrôle variable de la rigidité, empêchant une endoscopie incomplète ou douloureuse.

Le robot intracrânien neurochirurgical minimalement invasif (MINIR) est un autre robot plus récent utilisé pour éliminer les tumeurs cérébrales, basé sur un CTSM avec des actionneurs SMA. Le système Flex utilise des câbles à tension variable pour moduler la flexibilité de l’endoscope, permettant d’effectuer plusieurs procédures tout en n’utilisant qu’une fraction de l’espace requis par le système da Vinci.

La conception Meshworm simule le mouvement des vers de terre et est destinée à la coloscopie, tout comme l’Invendoscope. Le robot souple STIFF-FLOP est basé sur le bras de poulpe, utilisant des chambres fluidiques avec une approche modulaire de la rigidification et de la flexion.

L’Aer-O-Scope est un coloscope autopropulsé israélien qui utilise du dioxyde de carbone pour se pousser à travers le côlon jusqu’au caecum, sans avoir besoin de pousser externe.

L’opération endoscopique à distance sous guidage IRM permet une excellente détectabilité de l’oscilloscope, à condition que les champs électromagnétiques soient éliminés.

Autres modalités chirurgicales utilisant des robots

Les robots non invasifs sont utiles dans la thérapie guidée par imagerie, y compris le CyberKnife ou la radiochirurgie guidée par image, la première plate-forme de ce type à être approuvée par la FDA. L’utilisation de la thermothérapie non invasive utilisant des ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) couplée à des manipulateurs robotiques a été décrite.

Nouvelles approches

REMARQUES

Ces progrès rapprochent également la chirurgie endoscopique transluminale de l’orifice naturel (NOTES), où la chirurgie peut être vraiment non invasive, en aidant à obtenir une plus grande stabilité des instruments malgré leur flexibilité, permettent d’appliquer une force suffisante pour la traction et la rétraction de gros organes positionnement des instruments, plus grande dextérité et qualité d’image.

Robots in vivo miniatures

Les robots miniatures in vivo, développés par Virtual Incision et Center for Advanced Surgical Technology (CAST), sont une nouvelle approche avec l’ensemble de la plate-forme chirurgicale MIS insérée dans la cavité péritonéale. Ceux-ci ont deux bras aux fonctionnalités multiples, avec plusieurs articulations pour une flexibilité illimitée.

Avec une incision d’entrée minute, des moteurs miniatures entraînant les bras et un haut degré de flexibilité, ils offrent une chirurgie sans cicatrice et peuvent être utilisés par des chirurgiens inexpérimentés sous le mentorat de vétérans, ce qui élargit considérablement l’accès des patients.

Ces robots permettent aux chirurgiens d’imager le site chirurgical sous de nombreux angles et d’effectuer la tâche chirurgicale sur place ou à distance. Ceux-ci sont peu coûteux et facilement transportables, ce qui permet de réaliser des SIG à tout moment, n’importe où, par presque n’importe qui, de l’espace extra-atmosphérique aux champs de bataille ou à des situations d’urgence médicale à distance.

Robots à capsule

Ce sont des endoscopes miniaturisés qui peuvent être utilisés dans de nombreux tests de diagnostic, chirurgies ou pour l’administration de médicaments. Ils peuvent être manipulés via des interactions magnétiques, permettant une conception non attachée avec une énorme liberté de mouvement, et sont extrêmement petits, causant moins de dommages aux tissus et une accessibilité rapide.

Les microbots

Les microbots, bien que lointains dans le futur, représentent une avancée potentielle qui ne nécessite aucune incision, mais pourraient être introduits dans la circulation et transportés vers une destination spécifique.

Conclusion

Les microrobots sont très différents des systèmes maître-esclave antérieurs, sans connexion physique à l’opérateur, avec un accès beaucoup plus grand et avec un potentiel de propulsion confinée, une imagerie cohérente, une précision de télémanipulation et une fonctionnalité miniaturisée. Lorsque ces problèmes sont résolus, les microrobots pourraient révolutionner la chirurgie.

Il y a encore beaucoup de chemin à parcourir et nous verrons certaines technologies dans longtemps mais quand ces dernières sortiront, elles révolutionneront tout un secteur très demandeur de nouvelles technologies !

Quentin CLAUDEL

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Source News-Medical.net

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