From outer space to the operating room

La robotique spatiale au service de la chirurgie

Des chercheurs de l'Université de Calgary s'inspirent des techniques spatiales et conçoivent un robot chirurgical génial
1 janvier 2006
Imaginez une intervention chirurgicale au cours de laquelle le chirurgien ne touche pas à son patient, mais réussit néanmoins une opération d’une précision inégalée. L’exploit sera bientôt possible grâce au projet NeuroArm, un robot guidé par l’image, compatible avec la résonance magnétique (RM) et conçu pour la microchirurgie. Ce robot est en voie d’être mis au point au Seaman Family MR Research Centre de l’Université de Calgary, de concert avec MDA (MacDonald Dettwiler Space and Advanced Robotics Ltd.), l’entreprise canadienne de renommée internationale qui a conçu le bras canadien pour les navettes spatiales et la station spatiale internationale.
 

« Ce robot est plutôt adroit et peut être utilisé en microchirurgie aussi bien qu’en stéréotaxie », affirme le Dr Garnette Sutherland, chef du projet NeuroArm. « Il s’agit du seul robot au monde à être doté de telles capacités. »

Le NeuroArm pourrait accélérer les soins aux patients. Par exemple, lorsqu’on a recours à l’imagerie par résonance magnétique pour diagnostiquer un cancer, le bras robotisé pourrait être déployé à l’intérieur de l’appareil de résonance magnétique (tomodensitomètre) afin de procéder à une biopsie de la lésion suspecte. Le fait de pouvoir procéder à une biopsie immédiate évite de soumettre le patient à une série de consultations et permet du même coup d’établir le diagnostic plus rapidement. De plus, le recours à l’imagerie par résonance magnétique en temps presque réel permettrait de réaliser une biopsie plus précise. Le chirurgien peut ainsi orienter le robot vers une cible en appliquant une technique chirurgicale fondée sur l’image.

Le NeuroArm étant ambidextre il est capable de réaliser les procédures chirurgicales les plus exigeantes sur le plan technique. En effet, le robot est doté de deux bras qui reproduisent les mouvements de la main et qui peuvent servir à différentes fins, selon les outils de microchirurgie spécialement conçus qu’on y attache. Le NeuroArm comporte aussi des filtres qui éliminent ces tremblements non souhaitables qui peuvent prendre encore plus d’ampleur sous le stress d’une intervention chirurgicale. Le système est contrôlé par un chirurgien manipulant des manettes depuis un poste de travail robotisé. Le poste de travail reproduit les images, les sons et la sensation d’une chirurgie. Le chirurgien peut visualiser le site de son intervention grâce à des images en 3D produites par des caméras stéréoscopiques. Des logiciels de navigation et de simulation lui permettent de déterminer un site d’incision optimal, d’établir un parcours évitant des structures essentielles et de s’exercer sans risque à réaliser des opérations rares ou complexes.

Le NeuroArm possède une caractéristique spéciale, soit la sensation tactile dite haptique. « Pour optimiser une dissection chirurgicale, un chirurgien doit puiser dans son expérience antérieure afin d’en intégrer les images, les sons et les sensations tactiles, affirme le Dr Sutherland. Lorsque je procède à une intervention chirurgicale au cerveau, j’en connais la consistance et je manipule les tissus en m’appuyant sur cette connaissance. Le NeuroArm nous permet de quantifier cette connaissance, ce qui aura des incidences importantes sur la formation. » Les chirurgiens en formation pourront pour la première fois être informés du degré de pression qui causerait des lésions aux tissus. Le NeuroArm sera doté de contrôles internes qui empêcheront que soit exercée une pression excessive, améliorant de ce fait la sécurité des interventions chirurgicales.

Il est possible de définir des zones d’accès interdit et d’établir une interface avec les sensations tactiles de manière à empêcher un chirurgien de faire dévier le bras robotisé de la voie prévue pour la chirurgie. « Ce dispositif de sûreté pourrait contribuer à une diminution des complications liées à la microchirurgie » explique le Dr Sutherland.

La création d’un tel robot, dont la mise en opération est prévue pour la fin de 2006, est le fruit d’une collaboration poussée entre l’université, l’industrie et la collectivité. La robotique à des fins médicales suscite un intérêt croissant sur le plan international, « mais nous profitons d’un avantage unique », ajoute le Dr Sutherland. « Nous collaborons avec une entreprise de robotique établie et réputée et nous jouissons d’un appui remarquable de la collectivité de Calgary. Nous travaillons ensemble à adapter des techniques spatiales à la salle d’opération. »

Retombées

Grâce à l’intégration de la précision robotique et des technologies modernes d’imagerie, les chirurgiens seront en mesure de profiter pleinement de l’environnement numérique de la salle d’opération. Le NeuroArm contribuera de manière importante à rendre les techniques chirurgicales actuelles plus sûres et permettra de réaliser des interventions chirurgicales encore impossibles aujourd’hui. Il permettra de repousser les limites de la chirurgie minimalement invasive, tout en minimisant l’incidence de la morbidité (maladie ou complications) et en écourtant la durée des séjours à l’hôpital.

Le NeuroArm peut être manipulé avec un niveau de précision spatiale sans précédent de 30 microns (un micron correspond à un millionième de mètre, c’est-à-dire à 0,001 millimètre). Le système de bras robotisés étant guidé par l’image, les complications chirurgicales comme les hémorragies et les lésions au cerveau seront minimisées.

L’intégration du NeuroArm à un environnement de résonance magnétique contribuera à l’avancement de la chirurgie guidée par l’image. À l’heure actuelle, si un chirurgien veut obtenir une image par résonance magnétique au cours d’une chirurgie, il doit interrompre l’opération et amener le patient jusqu’à l’appareil de RM ou déplacer l’appareil. « Comme le NeuroArm pourra fonctionner à l’intérieur de l’appareil de RM, de telles interruptions ne seront plus nécessaires, explique le Dr Sutherland. Le chirurgien pourra, pour la première fois, opérer à l’intérieur de l’image. » Cela signifie que le chirurgien pourra observer le champ opératoire avec précision grâce à une imagerie constante.

Le projet NeuroArm dépasse de loin la conception d’un simple robot. Ses systèmes robotisés permettent de revoir l’opération. Les chirurgiens et les étudiants en formation peuvent ainsi analyser des opérations antérieures et perfectionner leurs habiletés. Dans le but de contribuer encore plus à l’avancement de la chirurgie, le projet NeuroArm comprend aussi la mise au point d’un cerveau virtuel propre à chaque patient. Cela permet au chirurgien de répéter les gestes qu’il aura à poser avant de procéder à une opération et ce, dans un environnement virtuel. Comme l’affirme le Dr Sutherland : « Le projet NeuroArm va non seulement changer les façons de faire en chirurgie, mais il modifiera également la manière de s’exercer à la chirurgie et de l’enseigner. »

Un volet de ce projet porte aussi sur la conception et la fabrication d’outils chirurgicaux uniques. « Par le passé, on concevait des outils en fonction de techniques chirurgicales faisant appel à la coordination des mains et des yeux, explique le médecin. En n’étant plus limités par les capacités de la main, nous avons beaucoup plus de latitude dans la conception d’outils pouvant accomplir des tâches multiples. »

Le projet NeuroArm offre une infrastructure qui permet à des chercheurs de diverses facultés et de divers établissement de collaborer, une situation idéale pour favoriser une amélioration des résultats en chirurgie. Ce projet constitue aussi un environnement fertile pour le recrutement et l’avancement de chercheurs de talent qui auront éventuellement une influence aussi bien dans le secteur de la haute technologie que dans celui des soins de santé au Canada.

Partenaires

Le Seaman Family MR Research Centre est né d’un partenariat entre des chercheurs de l’Université de Calgary, de la Calgary Health Region et des gens d’affaires de Calgary. D’autres partenaires se sont ajoutés dans le contexte du projet NeuroArm, notamment MDA, le ministère canadien de la Diversification de l’économie de l’Ouest, le Conseil national de recherche, C-STAR, Innovative Magnetic Resonance Imaging Systems, le Centre for Minimal Access Surgery et le Brigham and Women’s Hospital de l’Université Harvard.

Le centre Seaman est un milieu de travail qui accueille à la fois des scientifiques et des cliniciens. Il s’agit d’un facteur important, car le projet NeuroArm est tributaire d’une collaboration multidisciplinaire. Les chercheurs en médecine associés au projet œuvrent au sein de diverses facultés de l’Université de Calgary, notamment celles de l’ingénierie, de la kinésiologie, de l’éducation et de l’informatique.

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