Chirurgie : serons-nous bientôt opérés par des robots ?

Cet article a été publié initialement sur le site de la revue Knowable Magazine from Annual Reviews et traduit avec leur aimable autorisation.

En 2004, l’agence américaine Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) a fait miroiter un prix d’un million de dollars pour tout groupe capable de concevoir une voiture autonome capable de se déplacer seule sur un terrain accidenté de 142 miles entre Barstow , en Californie, et Primm, au Nevada. Treize ans plus tard, le ministère de la défense annonce un autre prix – pas pour une voiture robot cette fois, mais pour des médecins autonomes et robotisés.

On trouve des robots dans les salles d’opération depuis les années 1980, notamment pour maintenir les membres d’un patient en place et, plus tard pour la chirurgie laparoscopique, qui permet aux chirurgiens d’utiliser des bras robotisés télécommandés pour opérer sur le corps humain par de minuscules trous au lieu d’énormes incisions. Mais pour l’essentiel, ces robots n’ont été que des versions très sophistiquées des scalpels et des pinces utilisées par les chirurgiens depuis des siècles – des outils incroyablement sophistiqués, certes, et capables d’opérer avec une incroyable précision, mais toujours entre les mains du chirurgien.

Malgré de nombreux défis, cette situation est en train de changer. Aujourd’hui, cinq ans après l’annonce de ce prix, les ingénieurs prennent des mesures pour construire des machines indépendantes qui peuvent non seulement couper ou suturer, mais aussi planifier ces coupes, improviser et s’adapter. Les chercheurs améliorent la capacité des machines à naviguer dans les complexités du corps humain et à coordonner leur action avec la cellule des médecins. Mais le chirurgien robotique autonome que les militaires potrouint envisagent – tout comme les voitures sans conducteur – est peut-être encore loin. Et leur plus grand défi ne sera peut-être pas d’ordre technologique, mais plutôt de convaincre les gens qu’il est acceptable de les utiliser.

Naviguer dans l’imprévisibilité

Comme les chefs d’orchestre, les chirurgiens doivent apprendre à naviguer dans leur environnement spécifique, ce qui semble facile en principe mais infiniment compliqué dans le monde réel. Sur les routes de la vie réelle, il y a du trafic, des engins de construction, des piétons – toutes choses qui n’apparaissent pas nécessairement sur Google Maps et que la voiture doit apprendre à éviter.

De même, si un corps humain est généralement semblable à un autre, les films pour enfants ont raison : Nous sommes tous spéciaux à l’intérieur. La taille et la forme précises des organes, la présence de tissu cicatriciel et l’emplacement des nerfs ou des vaisseaux sanguins diffèrent d’une personne à l’autre.

“Les patients varient tellement d’un individu à l’autre”, explique Barbara Goff, gynécologue oncologue et chirurgienne en chef au centre médical de l’université de Washington à Seattle. “Je pense que cela pourrait être un défi”. Elle utilise des robots chirurgicaux laparoscopiques – le genre de robots qui ne bougent pas par eux-mêmes mais qui traduisent les mouvements du chirurgien – depuis plus de dix ans.

Le fait que les corps bougent posent une complicité supplémentaire. Quelques robots font déjà preuve d’une certaine autonomie, l’un des exemples classiques étant un dispositif portant le nom de ROBODOC, qui peut être utilisé dans le cadre d’une opération de la hanche pour raser l’os autour de la cavité de la hanche Mais l’os est relativement facile à travailler et, une fois mis en place, il ne bouge pas beaucoup. “Les os ne se plient pas”, explique Aleks Attanasio, un spécialiste de la recherche qui travaille actuellement chez Konica Minolta et qui a écrit sur les robots en chirurgie pour la revue Annual Review of Control, Robotics, and Autonomous Systems de 2021. ” Et s’ils le font, il y a un plus gros problème”.

Malheureusement, le reste du corps n’est pas aussi facile à verrouiller en place. Les muscles se contractent, les estomacs gargouillent, les cerveaux s’agitent et les poumons se dilatent et se contractent, par exemple – avant même qu’un chirurgien n’entre en scène et ne commence à déplacer les choses lui-même. Et si un chirurgien humain peut évidemment voir et sentir ce qu’il fait, comment un robot pourrait-il savoir si son scalpel est au bon endroit ou si les tissus se déplacent ?

L’une des options les plus prometteuses pour de telles situations dynamiques couple l’utilisation de caméras et de logiciels de suivis perfectionnés. Au début de l’année 2022, par exemple, des chercherches de l’université Johns Hopkins ont utilisé un dispositif appelé Smart Tissue Autonomous Robot (STAR ​​​​en abrégé) pour recoudre deux extrémités d’intestins sectionnés chez un anesthésié – une tâche potentielle très délicat – grâce à ce système visuel.

Un opérateur humain marque les extrémités de l’intestin avec des gouttes de colle fluorescente, créant des marqueurs que le robot peut suivre (un peu comme un acteur portant une combinaison de mouvement capture dans un film hollywoodien). Dans le même temps, un système de caméra crée un modèle tridimensionnel du tissu à l’aide d’une grille de points lumineux projetés sur la zone. Ensemble, ces technologies permettent au robot de voir ce qui se trouve devant lui.

“Ce qui est vraiment spécial dans notre système de vision, c’est qu’il nous permet seulement de reconstruire l’aspect des tissus, mais aussi de le faire assez rapidement pour pouvoir le faire en temps réel”, explique Justin Opfermann, concepteur du système STAR et doctorat en ingénierie à Hopkins. “Si quelque chose bouge pendant l’opération, vous pouvez le détecter et le suivre”.

Le robot peut alors utiliser ces informations visuelles pour prédire le meilleur plan d’action, présentant à l’opérateur humain différents plans parmi lesquels ils peuvent être choisis ou vérifiés avec lui entre deux sutures. Lors des tests, STAR a bien fonctionné tout seul, mais pas parfaitement. Au total, 83 % des sutures ont été faites de manière autonome, mais l’homme a dû intervenir sur les 17 % restants pour corriger le choix.

« Les 83 % peuvent certainement être dépassés », déclare M. Opfermann. La plupart des problèmes étaient en dus au fait que le robot avait un peu de mal à trouver le bon angle dans certaines pièces et avait besoin d’un humain pour le pousser au bon endroit, dit-il. Des essais plus récents, qui n’ont pas encore été publiés, affichent maintenant des taux de réusissement de l’ordre de 90 %. À l’avenir, l’homme pourrait n’avoir qu’à présenter le plan, puis le regarder aller, sans aucune intervention.

Depuis les premières conceptions de la NASA dans les années 1970, les robots chirurgicaux sont progressivement devenus de plus en plus performants. À terme, ils peuvent être capables de prendre et d’exécuter des décisions par eux mêmes, sans intervention ni supervision de chirurgiens humains.

Réussir le test de sécurité

Pour l’instant, cependant, il faut toujours quelqu’un sur le siège du conducteur, pour ainsi dire. Et il pourrait en être ainsi pendant un certain temps pour de nombreux robots autonomes différents : si, en théorie, nous pourrions confier l’intégralité du processus décisionnel au robot, cela soulève une question, qui a également été soulevée par les voitures sans conducteur.

“Que se passe-t-il si certaines de ces activités tournent mal?”, a expliqué M. Attanasio. “Que se passe-t-il si la voiture a un accident ?”

L’opinion générale, pour l’instant, est qu’il vaut mieux que les humains gardent le contrôle en fin de compte – au moins dans un rôle de supervision, en examinant et en approuvant les procédures et en se tenant prêts en cas d ‘urgence.

Malgré tout, prouver aux hôpitaux et aux organismes de réglementation que les robots autonomes sont à la fois sûrs et efficaces. Les experts ont quelques idées sur la façon de contourner cet obstacle.

Par exemple, les concepteurs devraient être probablement en mesure d’expliquer aux organismes de régulation la manière exacte dont les robots pensent et décèdent de ce qu’il faut faire subséquemment, explique M. Attanasio, surtout s’ils progressent au point de ne plus seulement assister un chirurgien humain, mais de pratiquer eux-mêmes la médecine. Cette explication pourrait cependant être plus facile à dire qu’à faire, car les systèmes d’intelligence artificielle actuels ne laissent aux observateurs que peu d’indices sur la manière dont ils prennent leurs décisions. Par conséquent, les ingénieurs pourraient vouloir concevoir dès le départ un système “explicable”.

Pietro Valdastri, ingénieur biomédical à l’Université de Leeds en Angleterre et l’un des co-auteurs d’Attanasio, pense qu’il est possible qu’aucun fabricant ne soit en mesure de résoudre facilement le problème de la réglementation, mais il existe une solution de remplacement. “La solution ici est de fabriquer un système qui, même s’il est autonome, est intrinsèquement sûr.” Cela signifie que la prochaine génération de robots chirurgicaux pourrait ne pas être aussi belle que les roadsters que les auto-tamponneuses.

Valdastri travaille sur ce que l’on appelle des robots mous, notamment pour les coloscopies. Traditionnellement, une coloscopie consiste à faire passer un tube souple muni d’une caméra – un endoscope – dans l’intestin pour détecter les premiers signes de cancer du côlon. La procédure est recommandée pour toute personne âgée de plus de 45 ans, mais il faut beaucoup de temps et de formation pour qu’un opérateur devienne compétent avec l’endoscope. Comme il y a peu d’opérateurs correctement formés, les listes d’attente se sont allongées.

Selon M. Valdastri, l’utilisation d’un robot intelligent capable de se conduire lui-même facilite grandement la tâche, comme conduire une voiture dans un jeu vidéo. Le médecin pourrait alors se concentrer sur l’essentiel : repérer les premiers signes de cancer. Et dans ce cas, le robot, créé à partir de matériaux souples, serait intrinsèquement plus sûr que les dispositifs plus rigides. Il pourrait même réduire le besoin d’anesthésie ou de sédation, selon M. Valdastri, puisqu’il pourrait plus facilement éviter de pousser contre les parois intestinales. Et comme le robot n’a aucun moyen de couper ou de zapper quoi que ce soit par lui-même, il pourrait être plus facile à accepter par les autorités régulatrices.

Selon M. Opfermann, au fur et à mesure que la technologie se développe, les robots autonomes potrouillent commencer par n’être approuvés que pour des tâches plus simples, comme tenir une caméra. Au fur et à mesure que ces tâches de base seront approuvées, les tâches poignantes s’accumuleront pour former un système autonome. Dans les voitures, nous avons eu à bord eu le régulateur de vitesse, dit-il, mais maintenant il y a l’assistance au freinage, l’assistance au maintien dans la voie, et même l’assistance au stationnement – toutes ces tâches évoluant vers un système sans conducteur.

“Je pense que ce ce sera un peu la même chose”, dit M. Opfermann, “où nous voyons de petites tâches autonomes qui finissent par s’enchaîner pour former un système complet.”

Traduit et publié avec l’aimable autorisation de Magazine connaissable. L’article d’origine est à retrouver ICI.

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