TLMFMC - Formation Médicale Continue - Développement Professionnel Continu
  • La Robotique médicale

  • Numéro TLM 105
  • Spécialité :
  • Algologie
  • Date :
  • 01/11/2016
  • La Robotique médicale
    Sécurité et performances
    En quelques années la robotique médicale est devenue l’un des paramètres fondamentaux du monde de la santé. Tous les domaines sont concernés : elle intervient au niveau de la formation, elle accompagne déjà nombre de professionnels de santé, et elle s’est taillé une place de choix dans le traitement avec la révolution en cours dans les techniques de remplacement d’organes ou de membres artificiels. Quel qu’il soit, le robot médical articule une structure mécanique et motorisée avec une interface homme/machine, des instruments, des composants électroniques et un logiciel. Son objectif principal est de potentialiser les capacités de l’opérateur comme de la machine avec pour objectif des performances inaccessibles par un seul des deux. Ces robots ne remplacent donc pas la main humaine, ceux utilisés en chirurgie servent à rendre possibles des opérations qui ne l’étaient pas auparavant ou à faciliter des interventions complexes plutôt qu’à les automatiser. Mais d’ores et déjà on peut prédire, sans grand risque de se tromper, que la chirurgie de demain en sera transformée de fond en comble, d’autant que les robots répondent au besoin d’une meilleure sécurisation, exprimé avec une exigence croissante par les patients. Ce dossier TLM dresse un panorama prospectif d’une révolution qui, au-delà du caractère spectaculaire de ses réalisations actuelles, n’en est encore qu’à ses balbutiements. 
    Dominique Noël
    Coordinatrice du dossier TLM
     
  • Ce dossier est composé de 3 Articles
  • Le robot, meilleur ami du médecin...et du patient - Auteur : Diane Cacciarella
  • La troisième main du chirurgien - Auteur : Frédérique Guénot
  • Le nouvel office de la robotique médicale - Auteur : Frédérique Guénot
  • Ce dossier est composé de 3 Articles

De téléopération ou de guidage les robots médicaux, ultra-précis, surpassent la main du chirurgien dans de multiples gestes, dispensant de surcroît ce dernier d’opérer debout des heures durant. Un confort apprécié par les praticiens, et partagé par les patients pour la durée réduite des hospitalisations et le niveau de la douleur revu à la baisse…

Riman pèse 100 kilos pour 1,60 mètre et se déplace grâce à des mini-roulettes. Encore à l’état de prototype, la principale mission de ce robot japonais sera de porter des personnes dans l’incapacité de se mouvoir. Grâce à ses capteurs, il analysera le poids, la position, les mouvements du visage et la respiration du patient dont il aura la charge. A terme, Riman jugera seul de l’état de santé de son compagnon humain. Ce service d’aide à la personne nouvelle génération connaît un précédent. Le robot HOSPI, créé par Matsushita Electric, salue déjà les visiteurs de l’hôpital d’Okayama, au Japon. Il mémorise les visages, délivre des informations, s’occupe de distribuer les médicaments et de transporter les dossiers des malades. Pendant 7 heures —limites de la charge du robot de 120 kilos— il se déplace et se dirige seul dans l’hôpital. Il n’est d’ailleurs pas rare de croiser HOSPI, seul, dans l’ascenseur pour rejoindre la chambre d’un patient et s’occuper de lui. Ces robots d’aide à la personne à mobilité réduite peuvent aussi agir sur des domaines plus ciblés. C’est le cas d’ARMin, qui prend exclusivement en charge les personnes paraplégiques et celles victimes d’attaques cérébrales. D’origine suisse, cet original membre de l’équipe médicale assure une partie de la rééducation des patients : il leur réapprend à se servir de leurs bras pour de simples mouvements. Il évalue, à l’aide de ses capteurs, la force que le patient peut fournir et adapte la thérapie en fonction de celle-ci. L’aide est donc totalement individualisée.de l’accès à ces données.

La technologie médicale sauve ou améliore la vie des patients depuis de nombreuses années. Son efficacité a largement augmenté au cours des années récentes grâce aux nombreuses évolutions. Désormais plus résistants, les membres artificiels sont produits avec de nouveaux matériaux —plastique, fibre de carbone, etc.— qui limitent la quantité d’énergie nécessaire pour utiliser le membre. L’électronique associée aux prothèses transbitiale, transfémorale, transradiale ou transhumérale améliore donc le service rendu au patient en le préservant d’efforts superflus. Dans le même ordre d’idées, les malades qui recevaient des dons d’organes peuvent à présent être greffés de machines remplissant parfaitement la fonction manquante.

Les membres bioniques, quant à eux, remplacent des organes qui ne sont pas vitaux, comme la main, le bras ou encore les rétines. La pensée du patient greffé contrôle directement le membre, grâce à deux types de technologies. Soit le membre bionique est équipé d’un microprocesseur, soit il dispose de fils de silicium reliés directement au nerf du porteur. Ces deux engins fonctionnent grâce au même mécanisme : ils récupèrent les messages nerveux du cerveau, où ils sont basés, et les retransmettent à la prothèse qui réagit. Les avantages du microprocesseur sont sa capacité à envoyer des informations au cerveau et à réguler les organes bioniques. i-LIMB Hand, développée par Touch Bionics, a été la première main bionique lancée sur le marché, en 2007. Pionnière du genre, elle est semblable à une main humaine, avec cinq doigts contrôlés individuellement. Pour commander le bras bionique par la pensée les médecins implantent, au préalable, les quatre principaux nerfs du bras dans le thorax du patient. En quelques mois, ceux-ci se développent naturellement dans le muscle. Ainsi, la greffe du bras bionique est faite et le patient contrôle ses nouveaux membres grâce aux signaux électriques envoyés par son cerveau. Quant aux rétines bioniques, elles fonctionnent grâce à une petite caméra sur les lunettes du porteur. Celle-ci transmet les informations à une puce placée sur la rétine. Elle stimule alors le nerf optique, qui traduit les signaux électriques en images sans couleurs. Le nombre d’électrodes placées sur la puce augmente la définition de l’image.

Des robots pour peaufiner

sa formation médicale continue

Les organes vitaux, comme le cœur, peuvent également être remplacés par des machines. Il existe actuellement deux sortes d’organes artificiels. Ceux qui remplacent toutes les fonctions de l’organe humain et ceux qui le remplacent intégralement. Le pancréas artificiel, également appelé pompe à insuline, illustre le premier type d’organe artificiel. Pour les patients diabétiques, il permet de prévenir les complications, réduire les risques d’hypoglycémie et d’améliorer la vie du malade dont le taux de glycémie est difficile à équilibrer. Le cœur artificiel complet, lui, relève de la seconde catégorie. Les patients atteints d’une insuffisance cardiaque et qui ne peuvent plus être transplantés, sont greffés de cet outil. La pompe qui l’alimente fonctionne de manière autonome, ce qui évite aux porteurs d’être relié à une grosse machine. De plus, le cœur artificiel —comme d’autres organes artificiels vitaux— peut être plus efficace qu’une greffe. Par exemple, le patient greffé d’un cœur artificiel n’a pas besoin d’immunosuppresseurs pour éviter les rejets car ce cas de figure est impossible.

Les médecins aussi profitent de l’évolution des technologies dans le domaine médical par de multiples biais. Ils peaufinent leur formation médicale continue grâce à SimMan et AirMan. Ces deux robots sont programmés pour mimer les réactions que des patients en situations critiques pourraient avoir : période pré-hospitalisation, urgences, réanimation. Les professionnels de santé des hôpitaux peuvent en outre tester de nouvelles techniques sur ces robots, sans risque pour les malades, et ainsi acquérir de nouvelles compétences. Mais, chacun ses missions. SimMan permet aux praticiens de parfaire leurs compétences durant les soins intensifs et la réanimation. Il imite les pathologies respiratoires et circulatoires : respiration spontanée, contrôle des voies aériennes, sons vocaux et physiologiques, troubles du rythme cardiaque… Quant à AirMan, il simule le dégagement des voies respiratoires difficiles pour que les médecins s’entraînent aux incubations complexes.

La robotisation du bloc opératoire, conséquence directe de l’évolution des technologies médicales, a révolutionné l’acte chirurgical désormais plus précis et sécurisé. A cet égard, deux types de robots sont proposés aux chirurgiens : ceux de téléopération et ceux de guidage. Grâce au premier, le chirurgien peut désormais réaliser des opérations à distance. Pour cela, il utilise une interface électromécanique grâce à laquelle il mime les gestes techniques d’une opération. Le robot, présent dans le bloc opératoire, les reproduit au millimètre près sur le corps du patient. Le praticien suit l’opération et jauge de son bon déroulement grâce à la retransmission en image de l’acte. Le second modèle de robot, dit de guidage, s’appuie sur la réalité augmentée pour que le chirurgien visualise en temps réel ses instruments dans les structures anatomiques du patient qu’il opère. Grâce au système Surgiscope, il peut superposer sa propre image sur celle du patient opéré, par résonance magnétique. Ainsi, il voit où est son instrument, comment réagit l’organe opéré… Qu’il s’agisse du robot de téléopération ou de guidage, ils améliorent les conditions de travail du chirurgien. Auparavant, ce dernier était debout en permanence et amené à se courber pour opérer. Avec les robots, ce temps est fini, il opère à distance assis et les bras posés sur la console d’où il fait les gestes que le robot va reproduire. La diminution de la fatigue permet une plus grande précision. De plus, l’appareil automatise certains gestes et calcule lui-même la position où doit être la prothèse, ce qui réduit la phase préopératoire à 10 minutes au maximum. Avant, elle pouvait être plus longue car le chirurgien devait lui-même traduire l’échelle de la radiographie pour bien situer le membre artificiel. Mais ce gain de temps ne concerne pas toutes les phases de l’acte chirurgical. Le temps d’une opération effectuée à l’aide d’un robot est plus long qu’une intervention conventionnelle. La formation du personnel hospitalier nécessite en outre temps et énergie pour mettre régulièrement à jours les logiciels. Les investissements demandent donc beaucoup d’efforts alors que les retombées restent encore trop limitées : seules quelques opérations sont faites grâce à des robots. Enfin, les chirurgiens qui sont habitués ou préfèrent certains outils pour opérer seront déçus. Les machines imposent le matériel qu’il doit utiliser, par exemple un seul type de prothèses. La robotisation du bloc opératoire est donc encore perfectible pour les professionnels de santé. Les perspectives pour les patients sont d’ores et déjà prometteuses : la durée des séjours hospitaliers est réduite ainsi que la douleur qu’ils peuvent endurer.

Diane Cacciarella

 

Virob et Da Vinci

 

Tout juste un millimètre de diamètre. Grâce à sa toute petite taille, Virob se faufile partout à l’intérieur du corps humain : vaisseaux sanguins, système digestif, le système respiratoire, etc. Une fois dans notre organisme, Virob peut remplir différentes missions. Tout d’abord, les médecins accèdent, par son intermédiaire, à des zones qu’ils ne pouvaient pas atteindre jusque-là. Une fois installé dans un endroit précis, le nano-robot y délivre une quantité précisément calculée de médicament directement aux organes touchés. Les patients n’ont donc plus à souffrir d’effets secondaires du traitement sur d’autres organes et les médecins disposent d’une nouvelle solution pour administrer —beaucoup plus efficacement— les médicaments. Cette réponse thérapeutique peut être utilisée dans  le cancer du poumon ou pour traiter les métastases. Les principales avancées biomédicales du petit robot sont sa capacité à rester longtemps dans le corps et à s’y déplacer dans des espaces sinueux et infimes. Néanmoins, le petit objet a encore des failles. S’il s’aventure dans des endroits trop restreints il peut s’y coincer et créer des obstructions de vaisseaux sanguins.

Autre compagnon du chirurgien issu de la révolution des nouvelles technologies : Da Vinci. Ce robot, fabriqué par Intuitive Surgical, est doté de trois ou quatre bras manipulateurs. L’un tient une caméra endoscopique pour que le chirurgien puisse voir l’image en trois dimensions, les autres portent les outils nécessaires à l’opération. Le robot, qui mesure deux mètres et pèse 500 kilos, reste toujours précis dans ses mouvements. La machine surpasse donc — du moins pour les mouvements courts— le praticien, car elle ne tremble jamais. Mais, pour que Da Vinci agisse, il faut obligatoirement qu’il soit piloté par un chirurgien. Si ce dernier retire sa tête de la partie de la machine où il peut voir la vidéo de l’opération, le robot s’arrête. Si le médecin veut que l’acte chirurgical se poursuive, il doit replacer sa tête à l’endroit de la vidéo. Ce type de mécanisme de sécurité participe à l’efficacité de la robotisation du bloc opératoire et à la réduction maximale des risques encourus par le patient. Autre exemple, si une coupure d’électricité a lieu dans la salle d’opération, Da Vinci poursuit son travail jusqu’à 20 minutes, limite maximale de sa batterie. Parmi les prouesses chirurgicales que le robot a déjà accomplies, les plus remarquables sont : l’ablation totale de la glande thyroïde, une greffe du pancréas ou encore l’ablation de l’utérus. Mais, cette technologie de pointe a un coût. Un hôpital français doit débourser entre un et deux millions d’euros pour équiper ses chirurgiens du robot. Une contrainte importante, d’autant plus que Da Vinci ne peut réaliser qu’une opération à la fois. Pour qu’il soit rentable, l’investissement d’un établissement de santé doit être massif afin que les chirurgiens ne se disputent pas la compagnie du robot…

D.C.

 

Aux origines de la robotique : de l’Arthrobot au robot sur mesure

 

Si les robots chirurgicaux actuels s’adaptent aux interventions à effectuer —la chirurgie robotisée étant à même de couvrir toute la procédure opératoire—, le premier robot date de 1983. Baptisé Arthrobot, il a été le fruit d’un travail mené à Vancouver par l’équipe dirigée par le Dr James McEwen, en collaboration avec un chirurgien orthopédiste, le Dr Brian Day. Le tout premier du genre a été utilisé en mars 1984 lors d’une opération de chirurgie orthopédique. La même année, plus de de 60 interventions d’arthroscopie sont réalisées et, en 1985, le National Geographic produit un film présentant l’Arthrobot. A cette même période, d’autres projets sont développés, notamment un bras robotisé permettant d’effectuer la chirurgie oculaire et un second qui agit en tant qu’assistant d’exploitation et parvient à remettre les instruments chirurgicaux en réponse à des commandes vocales.

Toujours en 1985, le professeur japonais San Kwoh développe la première interface d’aide à la chirurgie robotisée à l’aide du robot industriel PUMA, ce dernier étant équipé d’un bras mécanique permettant de manipuler un instrument chirurgical en liaison avec une sonde et un scanner. Utilisé trois ans plus tard pour une opération chirurgicale, ce robot a ensuite évolué vers une forme spécialisée, le Probot, lequel a été affecté à la chirurgie de la prostate.

• Neuromate et Robodoc

Premier robot à s’imposer dans l’univers médical dès 1989, le Neuromate est un système robotisé à bras articulés associé à un ordinateur. Il est considéré comme « semi-actif » puisqu’il positionne et guide un instrument actionné par le chirurgien. La dernière génération de ce robot atteint une précision de 1/10e de millimètre et des milliers d’opérations ont été réalisées avec succès partout dans le monde. Le premier prototype a permis une utilisation clinique en 1989 et le Neuromate en est la version industrielle. Second robot chirurgien, Robodoc est destiné à la chirurgie de la hanche. Muni d’un bras équipé d’un outil de perçage, il permet la pose de prothèses de hanches en forant —à l’aide d’une fraise— un trou dans la tête du fémur. Il se repère par des capteurs que le médecin place sur le corps du patient. S’appuyant sur son système « actif », Robodoc opère de manière autonome avec une précision de l’ordre du 10e de millimètre au lieu des 2 millimètres du chirurgien. Utilisé pour la première fois en 1992, Robodoc n’a pu s’imposer à grande échelle en raison des capteurs susceptibles de générer des infections. Il a cependant inspiré les constructeurs des robots Caspar et Aubart. L’éventail se complète des robots dits synergiques, tels Acrobot et Dermarob, sensibles au toucher. Dotés de capteurs à même de suivre la main du médecin, ils se posent comme « la 3e main du chirurgien », permettant à ce dernier d’éviter les zones à risque.

• Zeus et Da Vinci

D’autres systèmes de chirurgie robotisés se sont développés, tels le robot Zeus ou le Da Vinci, composé de deux parties ; d’un côté, une console permet au chirurgien de guider les bras mécaniques du robot, de l’autre la partie active du robot comporte les bras opérateurs. À partir de la console, le chirurgien commande les bras opérateurs ainsi qu’une double caméra. Le Da Vinci offre une excellente visualisation et surtout une plus grande précision, le chirurgien réalisant des interventions par de minuscules incisions ne dépassant pas 1 à 2 centimètres. Pour exemple, en 1998, le Da Vinci a permis d’exécuter le premier pontage coronarien en Allemagne. En 1997, une reconnexion de l’opération de trompes utérines a été effectuée avec succès à Cleveland avec ce même robot chirurgical, qui a permis deux ans plus tard la première opération robotique chirurgicale du monde à cœur ouvert. Et en 2001, le Pr Marescaux a utilisé Zeus pour effectuer une cholécystectomie depuis New-York sur une femme à Strasbourg.

Les recherches robotiques se sont ensuite intensifiées et la première chirurgie robotique non-pilotée a eu lieu en mai 2006 en Italie pour une intervention cardiaque. Désormais conçus en fonction du geste chirurgical à réaliser, ces robots chirurgicaux entrent dans plusieurs types de chirurgie, notamment la microchirurgie, la gynécologie, et la chirurgie cardiaque.

u Androïd, Cyborg et Nanorobot

Si l’Android est un robot imitant et utilisant l’apparence de l’homme, le cyborg est une personne dont les capacités physiologiques sont améliorées par des prothèses ou implants bioniques. Défini comme un être humain ayant reçu des greffes de parties mécaniques, le cyborg est alors une fusion de l’homme et de la machine. D’une certaine façon, l’on peut considérer que des personnes possédant aujourd’hui des greffes bioniques sont des cyborgs.

Le nanorobot est quant à lui un robot dont les pièces qui le constituent sont de l’ordre du nano, fabriqué grâce aux nanotechnologies émergentes. Conçus dans le cadre de la nanorobotique (domaine d’ingénierie ayant trait à la conception et construction de nanorobots de dimensions variant entre 0,1 et 10 micromètres), les nanorobots ont toute leur pertinence en médecine. Si leur utilisation dans le champ médical en est encore au stade de la recherche, quelques prototypes se montrent très prometteurs. Ces derniers seraient en effet capables de repérer et détruire des cellules cancéreuses, d’agir sur les fibres musculaires, de reconstruire des tissus vivants, d’entrer dans les cellules pour en modifier le programme génétique, d’effectuer des opérations de mini-chirurgie, de déboucher des artères, ou encore de participer à des missions d’exploration. Parmi les prototypes les plus aboutis dans le domaine médical, figurent Protheus, ou encore le robot marcheur. D’un diamètre de 250 microns —soit l’épaisseur de trois cheveux—, Protheus circulera dans le système sanguin du patient. Contrôlé à distance grâce à des ondes électromagnétiques d’une puissance de 2 à 3 watts, il aura pour mission d’explorer le corps humain, transporter du nanomatériel, des médicaments à dose concentrée, ou encore soigner des tumeurs. Autre prototype de nanorobot, le robot marcheur : une fois implanté, son rôle sera de forcer le diaphragme de patients ayant des difficultés respiratoires. Si l’utilisation de ces nanorobots pose débat au niveau médical, en raison de leur capacité à effectuer des tâches complexes en évoluant seuls, venant ainsi contrecarrer la vocation première de la médecine, tout porte à croire, au rythme où s’enchaînent les innovations, que leur emploi se généralisera dans les pays développés d’ici quelques années.

F.G.

 

 

 

  • Auteur :
  • Diane Cacciarella