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Dernières avancées en robotique médicale : Projets MARGE, GABIE et IRASIS

Les recherches en robotique médicale se sont intensifiées ces dernières années, soutenues par plusieurs incitations nationales (programme Robea, ACI* et RNTS*) et européennes. Les domaines les plus porteurs à court terme sont la télé-échographie robotisée (projets OTELO [1] et TER [2]), ainsi que la radiologie interventionnelle (projet IRASIS [3] de Robea). A plus long terme, c'est la chirurgie mini-invasive sous endoscopie qui devrait bénéficier des avancées les plus récentes de la robotique en matière de perception, décision et action. Au niveau national, on peut mentionner le projet EndoXiroB [4] qui vise à développer un robot de chirurgie mini-invasive et des instruments appropriés, ainsi que les projets MARGE [5] et GABIE [6] du programme Robea.

 Dans le contexte de la chirurgie mini-invasive, la contrainte de passage des instruments par des trocarts (guides traversant la paroi thoracique ou abdominale facilitant l'introduction des instruments) réduit leur mobilité. Ce problème est d'autant plus critique en chirurgie cardiaque que la présence des côtes de la cage thoracique interdit tout mouvement de ces trocarts (même limité, comme en chirurgie viscérale). De plus, les techniques chirurgicales mini-invasives sont rendues difficiles par leur déroulement dans un environnement confiné, par comparaison à la chirurgie traditionnelle « à ciel ouvert ». Enfin, les frottements des instruments à l'intérieur des trocarts masquent les interactions réelles entre instruments et tissus, qui permettent normalement au chirurgien de contrôler ses mouvements grâce aux sensations perçues ("retours haptiques"). Pour remédier à ces limitations, la robotique offre potentiellement des solutions intéressantes et c'est l'objectif du projet MARGE de les évaluer.

 

Des outils et des méthodologies, validés par des démonstrateurs, ont été proposés: 1) pour doter les instruments de mobilités additionnelles intra-corporelles afin de compenser celles perdues au passage du trocart ; 2) pour améliorer la dextérité du chirurgien lors de la réalisation de gestes fins et précis grâce à des modes de commande coopératifs, notamment pour certains gestes répétitifs comme les sutures ; 3) pour équiper le trocart de telle façon que le chirurgien ait l'impression de travailler directement sur l'organe du patient, la chaîne de transmission manipulateur-trocart-instrument se comportant alors de façon totalement transparente pour l'utilisateur. De nombreuses autres interventions de chirurgie mini-invasive consistent à insérer, au travers d'une petite incision, un instrument à l'intérieur d'un organe pour y effectuer une opération simple comme une ponction ou l'injection d'un produit. L'utilisation de la vision n'est en général pas possible : on utilise alors des dispositifs imageurs externes, souvent un scanner (radiothérapie localisée) ou une sonde échographique. Cette dernière, très avantageuse sur le plan des coûts, reste difficile à manipuler, exigeant une parfaite coordination des deux mains du chirurgien. Le projet IRASIS a pour objectif la conception et la commande d'un système robotisé d'insertion d'aiguille destiné à travailler sous un scanner à rayons X pour la destruction des petites tumeurs du foie par radiofréquence. Ce système, piloté par une interface haptique, permettra au radiologue d'éviter l'exposition aux rayonnements. Les difficultés du projet sont multiples, entre autres l'espace réduit du scanner et la nécessité pour le robot de suivre en temps réel les mouvements de la tumeur dus à la respiration du patient.

 

Dans le projet GABIE, il s'agit de concevoir un système intégrant une imagerie échographique couplée à un instrument de chirurgie mini-invasive et à un système de guidage en temps réel. La réparation à cœur battant d'une lésion de la valve mitrale est l'archétype des interventions visées par ce projet et regroupe l'ensemble des difficultés que les chercheurs veulent aborder, en particulier la possibilité d'atteindre avec un instrument une cible mobile localisée par échographie. Différentes expérimentations permettront de valider d'un point de vue clinique les méthodologies proposées.

La mise en œuvre effective de robots dans les blocs chirurgicaux passe par une miniaturisation des dispositifs, par des procédures d'utilisation plus simples et plus sûres associées à des coûts plus raisonnables, conditions loin d'être remplies par les quelques systèmes actuellement sur le marché. Les robots chirurgicaux de demain seront plutôt des instruments robotisés, spécialisés pour une tâche donnée. Les protocoles opératoires, même s'ils évoluent en conséquence, resteront essentiellement exécutés par les chirurgiens, les instruments robotisés n'intervenant que pour certains gestes spécifiques nécessitant une grande précision ou impossibles à réaliser manuellement.

* Voir annexe.

 

Projet GABIE

Projet GABIE : vue d'une valve mitrale par une sonde échographique trans-oesophagienne

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Projet GABIE

Projet GABIE : schéma de la rupture d'un cordage de la valve, nécessitant une valvuloplastie

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Concept du système IRASIS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Notes :

[1] OTELO (mObile Tele-Echography using an ultra-Light rObot) dans le cadre d'un projet européen : LVR* (Bourges), SINTERS* (Toulouse), CHU de Tours et partenaires européens.

[2] TER (Télé-Echographie Robotisée) dans le cadre d'une ACI*, puis d'un projet RNRT* : TIMC* (Grenoble), PRAXIM* (Grenoble), France Télécom R&D (Grenoble), SINTERS (Toulouse), Alpes Instruments (Grenoble), LVR (Bourges), INSA* (Toulouse), CHU de Tours, CHU de Grenoble, CH de Brest.

[3] IRASIS (Insertion Robotisée d'Aiguille Sous Imagerie Scanner) : LSIIT* (Strasbourg), INSA (Strasbourg), LAAS* (Toulouse), IRCAD* (Strasbourg), Hôpital Civil de Strasbourg.

[4] EndoXiRob (robot de chirurgie endoscopique) dans le cadre du RNTS* : SINTERS (Toulouse), LAAS (Toulouse), LIRMM* (Montpellier), ONERA* (Toulouse), CEA* (Fontenay aux Roses), INRIA* (Sophia Antipolis), IET* (Toulouse), Siqualis (Toulouse), CHU Rangueil (Toulouse).

[5] MARGE (Modélisation, Apprentissage et Reproduction du Geste Endochirurgical) : LIRMM (Montpellier), LRP* (Paris), CEA (Fontenay aux Roses), Groupe Hospitalier Pitié-Salpêtrière.

[6] GABIE (Guidage Actif Basé sur l'Imagerie Echographique) : LIRMM (Montpellier), LRP (Paris), TIMC (Grenoble), CEA (Fontenay aux Roses), Groupe Hospitalier Pitié-Salpêtrière, CHU de Grenoble.

Contacts :

Contact : Etienne DOMBRE,
directeur de recherche au CNRS
Responsable département robotique,
LIRMM, Montpellier
Tél. : 04 67 41 85 58
Mél : dombre@lirmm.fr

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