Les robots sont des machines capables de refaire un nombre infini de fois la même opération de la même façon sans jamais se fatiguer ni se tromper. Compte tenu de ces qualités, ils s'infiltrent dans de nombreux domaines de la vie économique et sociale où ils remplacent l'activité humaine, supposée globalement moins fiable et plus coûteuse. La médecine, et surtout la chirurgie, sont très demandeuses de robots. Ces derniers peuvent effectuer des interventions de haute précision, y compris dans un environnement complexe, tout en réduisant au minimum les risques encourus par les médecins comme par les patients.

Cet article est le troisième d’une série de sept consacrée à la robotique, série dont la publication s’étalera sur plusieurs mois.

Les capacités chirurgicales des robots sont impressionnantes. À titre d’exemple, les instruments d’un robot comme le « Da Vinci », le produit phare de l’Américain Intuitive Surgical, possèdent un total de sept degrés de liberté, soit deux de plus à leur extrémité que les instruments endoscopiques traditionnels. Les articulations des extrémités imitent, voire améliorent, la souplesse des mouvements verticaux et latéraux du poignet humain. Ces articulations prolongent les capacités du chirurgien dans une nouvelle dimension car elles lui permettent de pratiquer des opérations chirurgicales reconstructrices complexes au travers d’incisions faisant moins d’un centimètre de longueur.

Un marché en explosion
La croissance du marché des robots chirurgicaux est pour le moins robuste. Selon une enquête du Wall Street Journal, 1000 opérations chirurgicales étaient effectuées en l’an 2000 avec l’assistance d’un robot. On en comptait 360 000 en 2011 et 450 000 en 2012. Pour le cabinet Wintergreen Research, ces machines représentaient en 2012 un chiffre d’affaires mondial de 3,2 milliards de dollars. Il devrait atteindre 19,96 milliards d’ici 2019. Certains marchés sont déjà matures, comme aux Etats-Unis où, par exemple, 80% des opérations de la prostate sont effectuées avec une assistance robotique, mais d’autres se lancent tout juste. En France, par exemple, cette proportion est de seulement 20%.

Sur le marché, il existe encore assez peu d’acteurs majeurs et les robots se répartissent schématiquement en deux catégories : d’une part les machines utilisant l’imagerie pour aider le médecin à pratiquer son intervention, à l’image du robot Rosa fabriqué par une entreprise française installée à Montpellier, Med Tech, d’autre part les appareils d’augmentation de dextérité en milieu encombré, à l’image du Da Vinci, spécialisé dans la chirurgie abdominale depuis 2003, également très utilisé pour le traitement des cancers de la prostate.

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Le Da Vinci d’Intuitive Surgical

Intuitive Surgical, qui fabrique le Da Vinci, a joui pendant longtemps d’un quasi monopole. Toutefois, de nombreux brevets vont tomber dans le domaine public à partir de 2014, ce qui permettra à des sociétés du Canada, de Corée du Sud ou d’Italie de se faire une place au soleil. Toutes les entreprises dotées d’une bonne expérience de robotique industrielle sont a priori capables de développer une activité de robots chirurgicaux.

Les années 2000 ont donné lieu à une envolée des usages, consécutive à l’autorisation officielle de plusieurs machines très évoluées, le Cyberknife (Accurayn), un robot capable de détruire une tumeur de manière non-invasive en utilisant un faisceau extrêmement précis de rayons, et le Sensei, développé par la société Hansen Medical, qui aide à la mise en place de cathéters avant les opérations du cœur. En 2001, on s’en souvient, l’opération « Lindbergh » avait défrayé la chronique scientifique : une opération effectuée par un robot contrôlé par un chirurgien situé à 8000 kilomètres du patient, à l’aide d’une ligne transatlantique à ultrahaut débit.

Simulations
Les robots permettent également de simuler une opération, à des fins d’apprentissage, et les plus récents sont capables de se configurer de manière personnalisée en fonction de chaque patient. À l’université de Nagoya, le professeur Toshio Fukuda, spécialiste des microsystèmes robotiques, micro capteurs et micro actionneurs, a mis au point un simulateur de microchirurgie intravasculaire sans équivalent dans le monde. Son « EVE » (endovascular evaluator) reconstitue avec une grande précision la lumière vasculaire humaine enregistrée préalablement en scannant les organes du patient. Une fois l’intérieur du patient scanné – c’est-à-dire reproduit à l’identique – des techniciens en construisent une réplique en silicone en utilisant une imprimante 3D. Ensuite, une fonction de commande de fluide est installée pour simuler la circulation sanguine du patient. À partir de ce clone, le chirurgien fera une simulation de l’opération et, une fois satisfait par sa maîtrise des gestes, les rentrera comme paramètres dans l’effecteur, pour atteindre à court terme une semi-autonomisation du geste, et pourquoi pas, sur le long terme, une autonomisation complète de celui-ci. C’est ce qu’on appelle la « simulation préopératoire immédiate ».

Il existe en effet une différence fondamentale entre les simulateurs de réalité virtuelle et un simulateur utilisant la réalité. Désormais, il est possible de commettre une erreur dans la réalité – pendant l’entraînement, s’entend – et de la corriger, sans conséquence pour le patient. Le matériel de robotique permettant une vision en 3D de « l’intérieur » du patient, l’opérateur sera capable d’une plus grande précision. En général, les bénéfices de la robotique sont de plusieurs ordres : un plus grand confort de travail puisque les chirurgiens sont assis ; le champ opératoire est plus visible ; les tremblements de la main peuvent être filtrés. En outre, garantie supplémentaire de sécurité, le robot analyse, 1000 fois par seconde, des signaux du geste que le chirurgien effectue. L’effecteur permet, au-delà de l’acquisition de cette précision, une démultiplication du geste. Quand la main avance d’un centimètre sur la plateforme du robot, l’effecteur va avancer uniquement d’un millimètre.

La robotique permet ainsi de nouvelles approches dans la formation des chirurgiens, un sujet hautement sensible dans la profession puisqu’il conditionne notamment la durée extrêmement longue des études, contribuant ainsi à décourager les vocations. Un chirurgien est le plus souvent spécialisé dans certaines zones, et par voie de conséquence dans certaines opérations. Or l’apprentissage de l’opération robotisée peut accélérer l’apprentissage tout court. Un témoignage du docteur François Pugin (HUG, Genève) et de ses collègues précise ainsi que « la courbe d’apprentissage spécifique à chaque intervention est également facilitée par la possibilité de coupler une seconde console à celle du chirurgien, permettant d’opérer en duo. Le chirurgien novice est accompagné d’un mentor lors d’une intervention, ce qui réduit la courbe d’apprentissage et augmente la sécurité lors de son accomplissement ». C’est l’une des raisons pour lesquelles les jeunes chirurgiens saisissent toutes les opportunités de se former à ces nouvelles techniques.

La chirurgie mini-invasive
Dans les opérations du cœur, les robots miniatures auront un grand rôle à jouer. Le médecin exerçait habituellement par pontage coronarien. Cette méthode traditionnelle exige d’ouvrir le thorax du patient, après avoir scié le sternum, puis de le refermer, une intervention extrêmement traumatisante. L’opéré met une à deux semaines à pouvoir remarcher et le sternum prend trois mois pour se reconstituer. Un robot long de un ou deux millimètres circulant à l’intérieur d’un cathéter peut fournir le même résultat et le patient peut sortir de l’hôpital le jour même, au prix de trois petites incisions dans la poitrine. À l’échelle d’un pays, la chirurgie mini-invasive peut jouer un rôle majeur dans l’économie de la santé, en réduisant la durée des séjours.

Toujours pour les diagnostics mini-invasifs, une grande variété de dispositifs robotisés à commande magnétique sont en cours d’élaboration, qui serviront pour les interventions dans des régions du corps particulières, y compris l’œil, l’oreille, l’abdomen, le cœur, le cerveau et le système vasculaire. Les applications potentielles sont nombreuses : livraison ciblée de médicaments, imagerie diagnostique, insertion d’implants, biopsie et ablation de tissus. Les concepts varient. Certains robots « nagent » dans les vaisseaux, d’autres sont propulsées par des bactéries.

Dans le cas d’une intervention délicate comme la prostatectomie où il s’agit de guérir le malade du cancer, il faut également que le patient ne devienne pas incontinent et qu’il ait encore des érections, donc que les nerfs collés à la prostate n’aient pas été endommagés. La chirurgie mini invasive par robot est un plus. Mais au-delà des prouesses techniques, qu’apportent les robots ? D’abord une réduction de la durée des séjours en hôpital, ce qui permet une meilleure gestion des coûts.

Ce facteur est le moteur de la demande pour les systèmes de robot de chirurgie. Pour le patient, l’absence de cicatrices, la réduction phénoménale des douleurs post-opératoires, la durée d’hospitalisation écourtée et donc un retour beaucoup plus rapide à la vie sociale et professionnelle. Tout cela constitue une économie globale conséquente pour la société. Si l’utilisation d’instruments de chirurgie mini-invasive coûte momentanément plus cher à l’hôpital, le fait d’avoir trois jours d’hospitalisation au lieu de trois semaines à 1500 euros la journée compense largement. L’une des principales complications de la chirurgie dite classique, avec grande incision (éventration), était la hernie post-opératoire. Elle touchait 15% des malades, qui devaient être réopérées avec la mise en place d’un filet, et de lourdes conséquences : si ces malades avaient un métier physique, ils devaient l’abandonner.

Quels obstacles ?
Même si la présence d’un robot dans un hôpital va aider celui-ci à recruter de jeunes chirurgiens de talent, le coût reste un facteur majeur d’hésitation pour les établissements : entre 1,5 et 2 millions de dollars pour un Da Vinci ou entre 350 000 et 450 000 euros pour un Rosa Brain de Medtech. Il faut ajouter les frais de maintenance (autour de 120 000 euros par an) et les mises  jour, comme pour toute technologie rapidement évolutive. La rentabilité économique de l’investissement n’est pas encore prouvée : la mise en œuvre d’un robot augmente le coût de la salle d’opération, mobilise une assistance technique supplémentaire, impose une formation des personnels et peut allonger de façon non négligeable la durée de l’opération. C’est un changement de culture, relativement long à mettre en place. Il faut former toute une équipe médicale à ces nouvelles techniques. Au robot lui-même, il convient d’ajouter le prix des instruments, le surcoût peut aller jusqu’à 4000 euros par intervention, même si certains hôpitaux réfléchissent à la possibilité de faire fabriquer ces instruments par une imprimante 3D. Par ailleurs, les établissements, soucieux de rentabiliser leur investissement, ont tendance à faire un usage excessif des robots.

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Le Rosa de MedTech

Le potentiel chirurgical de la robotique semble sans limite mais le recours à ces machines comporte également des risques. Une critique technique est souvent formulée : certes les robots démultiplient les gestes des chirurgiens mais il n’y a pas de retour de force et il est possible de blesser des zones avoisinantes sans le remarquer. Lorsque l’on saura fabriquer des capteurs miniatures d’effort et de toucher, que l’on aura donc résolu les problèmes d’intégration, de stérilisation et de robustesse, on pourra alors restituer au chirurgien une information concernant les déformations qu’il exerce sur les tissus et des sensations tactiles comme celles qu’il synthétise par palpation lors d’une opération à ciel ouvert. Les robots actuels, même les plus sophistiqués, n’offrent pas cette sécurité.

Des travaux de recherche sont depuis plusieurs années consacrés à cette question sensible. Dès 2006, une thèse de doctorat soutenue par Nabil Zemiti à l’université Paris 6  pointait deux difficultés : la première d’ordre métrologique, puisqu’il est technologiquement très difficile de procéder à une mesure directe de l’interaction distale à l’intérieur du patient, tout en respectant les contraintes de stérilité et d’encombrement. La seconde concerne le contrôle d’interactions dont la géométrie et la dynamique sont fortement variables et mal connues (contacts avec des organes, le chirurgien, ou d’autres instruments) dans un contexte particulier où la contrainte cinématique induite par le passage des instruments par un point fixe ne permet pas l’asservissement de toutes les composantes du torseur d’interaction ». Le docteur Zemiti proposait alors un système robotique bâti autour d’un bras compact de cinématique sphérique, avec un capteur d’efforts placé à l’extérieur du patient et une commande en effort. D’importants efforts de R&D se sont poursuivis depuis, mais la robotique médicale n’a guère plus de vingt ans et des progrès sont encore possibles.

Selon une étude publiée dans The Journal for Healthcare Quality, des milliers d’incidents ont été signalés entre 2000 et 2012 avec le robot da Vinci et les chercheurs ont retrouvé nombre d’autres opérations « ratées » non déclarées. Les conséquences peuvent être dramatiques. En 2009, relate le New York Times, une Américaine de trente ans avait subi une opération chirurgicale assistée par un robot pour traiter une endométriose, une pathologie de l’utérus. Dix jours plus tard, la patiente est transportée aux urgences où les médecins constatent que son côlon et son rectum ont été déchirés lors de l’opération. Hospitalisée pendant cinq semaines, elle a subi une série d’interventions pour réparer les dommages, dont une colostomie temporaire. En dix ans, le Da Vinci a effectué plus d’un million de procédures, mais entre janvier 2000 et août 2012, des milliers d’incidents ont été signalés à la Federal Drug Administration. Elle a comptabilisé 174 complications et 71 décès. Toutefois, la FDA a recruté trop peu d’analystes en robotique pour vraiment couvrir le sujet.

Aucune étude indépendante n’a encore évalué les avantages de long terme de ces technologies par rapport aux interventions traditionnelles. L’introduction des robots, par ailleurs, impose aux chirurgiens un apprentissage ardu et  chronophage, sans que l’on mesure la perte de capacité à opérer à l’ancienne pour un chirurgien qui effectuerait surtout des opérations robotisées. Quant aux formations, elles ne sont pas standardisées. Elles varient selon les établissements en fonction du budget, de l’espace et du temps disponibles et d’autres contraintes, ce qui rend le choix des malades incertain. Enfin, la  prédominance et la puissance du fabricant américain Intuitive Surgical ne facilitent pas la transparence.

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