Un robot effectue une chirurgie des tissus mous avec une aide humaine minimale

Et si votre prochaine opération était planifiée et réalisée par un robot ? Une équipe de l'Université Johns Hopkins s'emploie à concrétiser cette idée.

Le concept de chirurgie assistée par robot n'est pas nouveau :plusieurs systèmes ont déjà été développés et sont utilisés pour traiter des patients humains. Un exemple est le système chirurgical da Vinci, un appareil laparoscopique avec des bras robotiques qui sont contrôlés à distance par un chirurgien. Ce système n'est pas autonome — le robot n'effectue aucune tâche chirurgicale de manière indépendante.

D'autres systèmes robotiques avec des niveaux d'autonomie plus élevés ont été développés, comme le TSolution One ^® , qui utilise un robot pour couper l'os avec précision selon un plan prédéfini.

Les systèmes robotiques autonomes existants ont été largement utilisés pour assister les chirurgies impliquant des tissus durs, telles que le forage dans l'os pour les implants de la hanche ou du genou. Mais ces systèmes n'ont pas été utilisés pour les chirurgies des tissus mous, qui posent des défis uniques, comme la prise en compte des mouvements tissulaires imprévisibles qui se produisent lorsque le patient respire ou les limitations de taille des outils chirurgicaux.

Aujourd'hui, des chercheurs financés par le NIBIB développent un robot autonome capable d'effectuer une chirurgie intestinale avec une assistance minimale d'un chirurgien. De plus, le robot a surpassé les chirurgiens experts par rapport aux modèles précliniques. Une étude détaillant le développement de ce robot, qui présente la première chirurgie laparoscopique autonome connue des tissus mous, a récemment été publiée dans Science Robotics .

"Les résultats chirurgicaux dépendent fortement des compétences et de l'expérience d'un chirurgien, et même un point de suture manqué lors d'une chirurgie intestinale peut entraîner une fuite interne et une infection", a déclaré Moria Bittmann, Ph.D., directrice de programme à la Division de la science et de la technologie de la découverte. à l'Institut National d'Imagerie Biomédicale et de Bioingénierie. "Ce travail préclinique est une étape importante vers la chirurgie robotique autonome des tissus mous, qui pourrait offrir une efficacité et une sécurité accrues chez les patients humains, indépendamment du chirurgien."

Le robot, appelé STAR (pour Smart Tissue Autonomous Robot), a été développé par Axel Krieger, Ph.D., et ses collègues de l'Université Johns Hopkins. Jusqu'à présent, le robot a été développé pour effectuer une anastomose intestinale - où deux morceaux d'intestin grêle sont cousus ensemble pour former une seule section continue - sous la supervision et les conseils d'un chirurgien. Krieger a expliqué comment le robot exécute la procédure :après que le chirurgien a exposé manuellement les bords du tissu, STAR prend des images et élabore un plan de placement de la suture en fonction de la forme et de l'épaisseur du tissu. Une fois que l'opérateur humain approuve le plan, STAR assemble indépendamment le tissu. Si le tissu se déforme ou dépasse un seuil défini, STAR demande au chirurgien si un nouveau plan chirurgical doit être créé. Ce processus est répété jusqu'à ce que le robot termine toute la procédure.

« En incorporant de nouveaux outils de suture, des systèmes d'imagerie, des algorithmes d'apprentissage automatique et des commandes robotiques, le système STAR est équipé pour surmonter les défis de la chirurgie laparoscopique autonome dans les tissus mous », a déclaré Krieger. "STAR peut visualiser une scène chirurgicale, générer un plan chirurgical, puis exécuter ces plans avec une précision et une précision élevées." Il a noté, cependant, que STAR n'est pas destiné à remplacer les chirurgiens. "Les robots autonomes, comme STAR, sont conçus pour être intégrés dans le flux de travail chirurgical aux côtés des chirurgiens, améliorant la performance des tâches précises et répétitives et améliorant finalement la cohérence chirurgicale d'un patient à l'autre."

Pour évaluer les performances de STAR par rapport aux chirurgiens experts, les chercheurs ont utilisé des tissus intestinaux « fantômes » comme système modèle. Un intestin grêle synthétique a été monté sur une platine linéaire programmée pour se déplacer d'avant en arrière, ce qui simulait les mouvements respiratoires qui se produiraient pendant la chirurgie. De plus, au cours de ces expériences, le tissu fantôme a été tourné et déformé au hasard, obligeant STAR ou le chirurgien à faire une pause, à se regrouper et à terminer la procédure, a-t-il déclaré. STAR a effectué la procédure cinq fois sur des tissus fantômes, et quatre chirurgiens ont effectué la procédure de deux manières différentes :deux fois en utilisant une laparoscopie manuelle traditionnelle et deux fois en utilisant un système assisté par robot différent.

En comparaison avec les chirurgiens experts, STAR avait moins d'erreurs et était plus cohérent dans l'espacement et la profondeur des sutures. De plus, lorsque les chercheurs ont fait couler un liquide visqueux à travers les intestins fantômes réséqués, ils ont constaté que le flux était le plus laminaire (lisse et rationalisé) dans les tissus reconstruits par STAR, indiquant une anastomose de meilleure qualité que celles réalisées par les chirurgiens experts.

Enfin, les performances de STAR ont été évaluées dans un grand modèle animal. Une anastomose intestinale a été réalisée sur cinq porcs. Sur quatre des animaux, la procédure a été réalisée via STAR, et pour le cinquième animal, la procédure a été réalisée via la laparoscopie manuelle traditionnelle. Semblable aux expériences fantômes, STAR a fait moins d'erreurs que le chirurgien expert. De plus, lorsque les chercheurs ont analysé la cicatrisation des intestins réséqués sept jours après la chirurgie, il n'y avait aucune différence observable dans la cicatrisation des plaies entre les deux méthodes chirurgicales différentes.

"Nos résultats indiquent que STAR est plus cohérent et précis que les chirurgiens experts lors de l'exécution de tâches de suture", a déclaré Krieger. Il a noté que leurs découvertes démontrent le potentiel de la robotique chirurgicale autonome pour démocratiser les soins chirurgicaux, ce qui pourrait conduire à des résultats plus prévisibles et cohérents pour les patients.

"Bien que beaucoup puissent hésiter à confier à une machine une tâche spécialisée qui est traditionnellement effectuée par un humain, les systèmes robotiques ont le potentiel d'améliorer les résultats des patients dans les milieux médicaux", a déclaré Krieger. "Tout comme le public a adopté l'afflux progressif de régulateurs de vitesse, d'assistance de voie et de fonctions d'auto-stationnement dans les automobiles - ce qui conduira éventuellement à des voitures autonomes - je pense que nous verrons une progression similaire dans le domaine de la robotique médicale. ”