Confiez-vous votre corps à un robot chirurgien?

Dans la grotte rouge et brillante de la cavité abdominale du patient, le chirurgien Michael Stifelman guide soigneusement les deux bras robotiques pour faire un nœud autour des fils. Il contrôle une troisième main avec une aiguille, suturant un trou dans le rein du patient où se trouvait la tumeur. Un autre manipulateur tient un endoscope qui envoie la vidéo à l'écran Steifelman. Chaque bras de robot pénètre dans le corps par une minuscule incision de 5 millimètres de large.

Regarder cette procédure complexe signifie s'émerveiller de ce qui peut être réalisé en travaillant en tandem avec le robot. Styelman, directeur, Centre de chirurgie robotiqueLangon à l'Université de New York, après avoir effectué plusieurs milliers d'opérations chirurgicales avec un robot, manipule des manipulateurs à l'aide du panneau de commande. En tournant son poignet et en rapprochant ses doigts, il force l'instrument à l'intérieur du corps à répéter les mêmes mouvements, mais à une échelle beaucoup plus petite. «Le robot ne fait qu'un avec moi», explique Steifelman, tandis que ses appendices mécaniques font un autre nœud.

Mais la robotique, observant ces mouvements adroits, ne verrait pas un miracle, mais un potentiel perdu. Steifelman est un expert formé avec de précieuses compétences et une expérience dans la prise de décision. Mais il passe son temps précieux à coudre, à peaufiner après l'opération chirurgicale principale. Si le robot lui-même pouvait effectuer cette procédure monotone, le chirurgien serait libre pour des choses plus importantes.



Les robots d'aujourd'hui élargissent les capacités du chirurgien; ils filtrent les tremblements dans les mains et vous permettent de faire des mouvements que le meilleur médecin n'aurait pas effectués lors de la laparoscopie avec ses instruments longs et fins (surnommés "baguettes"). Mais en même temps, le robot n'est qu'un outil plus sophistiqué sous le contrôle direct d'une personne. Dennis Fowler, vice-président exécutif de Robosurgeons, une entreprise de Titan Medical , pense que la médecine serait meilleure si les robots devenaient autonomes, prenant des décisions et accomplissant leurs tâches assignées de manière indépendante. «Cette amélioration technologique devrait ajouter de la fiabilité et réduire le nombre d'erreurs qui se produisent en raison des personnes», explique Fowler, qui a travaillé comme chirurgien pendant 32 ans avant de se lancer dans cette industrie.

Offrir une telle promotion aux robots n'est pas une perspective très éloignée. La plupart des technologies sont activement développées dans les laboratoires scientifiques et industriels. Tout en travaillant avec des modèles en caoutchouc de personnes, des robots expérimentaux cousent et nettoient les blessures, découpent les tumeurs. Certaines compétitions entre eux et les gens ont déjà montré que les robots fonctionnent plus précisément et plus efficacement. Le mois dernier, un système robotique dans un hôpital de Washington a montré ce résultat en suturant de vrais tissus prélevés dans les intestins du porc. Les chercheurs ont comparé le travail d'un bot autonome et d'un chirurgien, et ont constaté que les points de suture du bot étaient plus uniformes et plus denses pour couvrir l'incision.

Bien que ces systèmes ne soient absolument pas préparés pour une utilisation humaine, ils peuvent représenter l'avenir de la chirurgie. Le sujet est glissant, car il implique une perte de travail des chirurgiens. Mais en salle d’opération, c’est comme sur une chaîne de montage: si l’automatisation améliore les résultats, vous ne l’arrêterez pas.



Gutan Ashrafian , un chirurgien pour enlever des parties du système digestif pour perdre du poids et un professeur à l'Imperial College de Londres, étudie les résultats de la robotchirurgieet écrit souvent sur le potentiel de l'IA dans les soins de santé: «J'y pense tout le temps», admet-il. Il estime que la venue de robot chirurgiens est inévitable, restant néanmoins prudent dans le choix des formulations. Dans un avenir prévisible, Ashrafian s'attend à ce que les chirurgiens robotiques effectuent des tâches simples à la demande d'un chirurgien. «Notre objectif est d'améliorer les résultats d'exploitation. Si l'utilisation d'un robot sauvera des vies et réduira les risques, nous devrons alors utiliser ces appareils. »

Ashrafian regarde également vers l'avenir: selon lui, il est tout à fait possible que des robots de nouvelle génération apparaissent en médecine, qui pourront prendre eux-mêmes des décisions en utilisant une véritable IA. De telles machines pourront non seulement effectuer des tâches de routine, mais également effectuer entièrement des opérations. Cela semble peu probable, selon Ashrafian, mais la voie de l'innovation technique peut nous y conduire. «Il s'agit d'un processus étape par étape, et chacune des petites étapes n'est pas si grande», dit-il. "Mais un chirurgien de 1960 n'aurait rien su de mon bloc opératoire aujourd'hui." Et dans 50 ans, à mon avis, le monde de la chirurgie sera différent. »

Les robots chirurgiens prennent déjà des décisions et agissent indépendamment plus souvent que vous ne l'imaginiez. Avec correction de la visionun système automatique coupe un volet cornéen et génère une série d'impulsions laser pour changer la forme de la couche interne. Lors du remplacement des genoux, les robots coupent les os avec une plus grande précision que les chirurgiens humains. Dans les cliniques de greffe de cheveux coûteuses, le robot identifie les follicules pileux sains sur la tête, les recueille et prépare une zone chauve pour les implants, faisant de petits trous dans la tête selon un certain schéma, épargnant au médecin de nombreuses heures de routine.

La chirurgie des tissus mous dans la poitrine, l'abdomen et la région pelvienne demeure un problème. L'anatomie des personnes varie légèrement et un robot autonome devra très bien comprendre les tissus internes mous et les vaisseaux serpentins. De plus, les organes internes du patient peuvent se déplacer pendant les opérations, de sorte que le robot devra constamment ajuster le plan d'opération.

Il doit également se comporter de manière fiable dans les situations critiques. Cette tâche a été démontrée au Center for Surgery de l'Université de New York, où Steifelman a libéré la pince artérielle qui bloquait le flux sanguin vers le rein pendant l'ablation de la tumeur. "Maintenant, nous devons nous assurer que nous ne saignons pas", dit-il, contrôlant l'endoscope autour de l'organe. La plupart des coutures semblent bonnes, mais soudain, une fontaine rouge apparaît à l'écran. "Wow, avez-vous vu? Prenons un autre fil », dit-il à l'assistant. En bloquant le fil avec un point rapide, Steifelman peut terminer l'opération.

Pour lui, cela fait partie de son travail quotidien, mais comment un chirurgien robotique fera-t-il face à une situation inattendue? Son système de vision par ordinateur devra reconnaître un problème grave dans sa fontaine de sang. Ensuite, le décideur devra décider comment combler l'écart. Ensuite, les outils entreront en fonction, parmi lesquels il y aura une aiguille et un fil. Enfin, l'évaluateur évaluera les résultats et déterminera si des actions supplémentaires sont nécessaires. Mettre en place un robot pour effectuer parfaitement chacune de ces étapes - mesurer les données, prendre des décisions, agir et évaluer - est une tâche d'ingénierie grande et difficile.

Steifelman , qui travaille maintenant au Hackensack University Medical Center dans le New Jersey, a effectué des opérations à l'Université de New York en utilisant le robot da Vinci . Cette voiture est de la sociétéIntuitive Surgical coûte jusqu'à 2,5 millions de dollars et est le seul système robotique pour les tissus mous approuvé aux États-Unis. Alors que Da Vinci domine le marché, 3 600 de ces appareils fonctionnent déjà dans le monde. Mais son chemin vers le succès n'a pas toujours été facile. Les patients ont poursuivi en raison de problèmes sur les tables d'opération, une étude a affirmé que ces incidents n'étaient pas toujours signalés. Certains chirurgiens se demandent si les robots chirurgiens apportent de réels avantages dans les opérations laparoscopiques, citant des études contradictoires des résultats des opérations dans divers cas. Malgré ces controverses, de nombreux hôpitaux ont hébergé une technologie intuitive et de nombreux patients en sont impatients.

"Da Vinci" est entièrement contrôlé par le chirurgien, ses manipulateurs en plastique et en métal restent immobiles jusqu'à ce que le médecin prenne les leviers de la télécommande. Intuitif veut tout laisser pour l'instant, comme l'explique Simon Dimayo, le responsable du département recherche et développement des systèmes avancés de l'entreprise. Mais, ajoute-t-il, les experts en robotique se rapprochent déjà d'un avenir dans lequel les chirurgiens opéreront avec "des niveaux croissants d'aide et de direction depuis l'ordinateur".

Dimao compare la recherche dans ce domaine avec les premières conceptions de véhicules robotiques. «Les premières étapes consistent à reconnaître les marques, les obstacles, les voitures et les piétons», note-t-il. Les ingénieurs ont ensuite créé des voitures pour aider les conducteurs à reconnaître l'environnement - par exemple, une voiture qui connaît l'emplacement des voitures environnantes peut alerter le conducteur lorsqu'il essaie de changer de voie lorsque cela n'est pas souhaitable. Afin d'émettre les mêmes remarques aux chirurgiens robotiques - avertissant une personne dont les instruments ont dévié de la voie typique - il faut devenir beaucoup plus intelligent. Heureusement, de nombreuses voitures apprennent déjà.

Un chirurgien robotique dans un coin du laboratoire de l'Université de Californie à Berkeley n'est pas encore en mesure de faire des nœuds, mais il coud déjà bien. Lorsque vous travaillez avec l'émulateur de la chair, un manipulateur tire une aiguille jaune incurvée à travers les bords de la «plaie». Le second tire l'aiguille sortant de la "chair" pour resserrer le fil. Les mains humaines ne les dirigent pas et le cerveau ne calcule pas leur chemin. Le robot autonome repasse ensuite l'aiguille et tout recommence.

Alors que le robot continue de fonctionner, Ken Goldberg, qui ressemble à un professeur des Muppets, court dans le laboratoire. Goldberg, chef du laboratoire de Berkeley pour la recherche en automatisation et en ingénierie, professeur dans quatre domaines, y compris le génie électrique et l'art, a la réputation d'être en mesure d'obtenir des résultats étonnants à partir de robots. Sur le mur du laboratoire est suspendu un portrait peint par l'un de ses premiers robots, où son visage et son torse sont dessinés par des traits bleus et rouges maladroits.

Jusqu'à présent, la «chair» cousue par le robot n'est que du caoutchouc rose. Mais la technologie est déjà bien réelle. En 2012, Intuitives a commencé à donner des systèmes Da Vinci donnés à des chercheurs d'universités du monde entier. Et lorsque Goldber enseigne à son Da Vinci comment effectuer des opérations de manière indépendante, les mêmes algorithmes pourraient théoriquement contrôler des systèmes réels dans des opérations sur des patients vivants. «Pour l'instant, nous conduisons le long du site d'essai», dit Goldberg, «mais un jour, nous conduirons sur la route.» Il pense que les opérations simples seront automatisées au cours des 10 prochaines années.

Pour accomplir la tâche de couture autonome, le Goldberg da Vinci calcule les points d'entrée et de sortie optimaux de chaque point et le trajet de l'aiguille, en suivant son mouvement à l'aide de capteurs et de caméras. L'aiguille est peinte en jaune vif pour que l'ordinateur puisse mieux la reconnaître. Et pourtant, la tâche reste difficile. Les résultats publiés des travaux indiquent que le robot n'a effectué que 50% des procédures pour créer quatre points, généralement le deuxième manipulateur n'a pas pu saisir l'aiguille ou l'enchevêtrer dans les fils.

Le professeur précise que même si les robots apprennent à bien effectuer des opérations simples, il considère toujours qu'il est nécessaire d'avoir des chirurgiens vivants comme observateurs. Il voit "l'autonomie sous surveillance". "Le chirurgien est toujours responsable de l'opération", dit-il, "mais les aspects de bas niveau de la procédure sont effectués par le robot." Si les robots effectuent un travail lourd et monotone avec précision et qualité constante - «comparez le travail d'une machine à coudre avec une couture manuelle» - combiner la machine avec une personne peut créer un super chirurgien.

Bientôt, selon Goldberg, les robots atteindront la qualité nécessaire pour les hôpitaux alors qu'ils commencent à apprendre par eux-mêmes. Dans la dernière expériencepour l'entraînement par l'observation, Da Vinci a enregistré les données des opérations effectuées par huit chirurgiens de différentes classes, quand ils ont appliqué quatre points avec l'aide de manipulateurs. L'algorithme d'apprentissage a extrait les données visuelles et cinématiques, divisé l'opération en étapes (placement de l'aiguille, pression sur l'aiguille et autres) pour les exécuter séquentiellement. Ainsi, da Vinci peut, en principe, apprendre n'importe quelle intervention chirurgicale.



Goldberg est convaincu que l'apprentissage par l'observation est la seule approche efficace. "Nous pensons que l'apprentissage automatique est le sujet le plus intéressant en ce moment", dit-il, "car la création d'algorithmes de bas en haut n'est pas évolutive." Bien sûr, il y a beaucoup de tâches, et des tâches complexes nécessiteront des robots pour traiter les données de milliers d'opérations. Mais suffisamment de données. Chaque année, les chirurgiens effectuent 500 000 chirurgies à l'aide de Da Vinci. Et s'ils partageaient les données de toutes les opérations (tout en préservant la confidentialité des patients), permettant à l'IA d'apprendre? Chaque fois qu'un chirurgien utilise un robot d'assistance pour suturer avec succès un rein, par exemple, l'IA pourrait améliorer sa compréhension de cette procédure. «Le système pourrait extraire des données, améliorer les algorithmes et résoudre le problème», explique Goldberg. Nous serions tous plus intelligents ensemble. »



L'automatisation dans la salle d'opération ne doit pas inclure une aiguille, un scalpel ou autre chose tranchant et dangereux. Deux sociétés introduisant des robots chirurgiens sur le marché ont développé des caméras qui se déplacent automatiquement, donnant au chirurgien une image pratique de l'opération, comme s'il lisait son esprit. Aujourd'hui, les chirurgiens utilisant la machine da Vinci s'arrêtent toujours pour déplacer la caméra ou demander un assistant.

TransEnterixde Morrisville, cherchant à rivaliser avec Da Vinci avec son système Alf-X, déjà disponible en Europe. Le système comprend un suivi oculaire intégré au panneau de commande et contrôle l'endoscope - une caméra à fibre optique mince qui pénètre dans le corps du patient. Lorsque le chirurgien regarde l'image à l'écran, Alf-X déplace la caméra de sorte que ce qui l'intéresse est au centre de l'écran. «Les yeux du chirurgien deviennent une souris d'ordinateur», a déclaré Anthony Fernando, directeur technologique de TransEnterix.

Système Sport Système chirurgicalde Titan Medical de Toronto adopte une approche différente de l'automatisation de l'image. Ce système introduit de petites caméras dans la cavité corporelle, et elles tournent et visent en fonction de la position des instruments du chirurgien. Ce type d'automatisation est une première étape pratique pour les chirurgiens, explique Fowler, porte-parole de l'entreprise. Et très probablement, les régulateurs ne s'en soucieront pas. Fowler est convaincu que lorsque la société soumettra une demande d'approbation de son équipement en Europe cette année, et aux États-Unis l'année prochaine, le système de caméra ne posera aucune question. "Mais si l'automatisation signifie que l'ordinateur contrôle la fraise, alors un tel système nécessitera des tests supplémentaires", dit-il.



Intuitifs attendent les défis des principaux rivaux. Medtronic, l'un des plus grands fabricants de dispositifs médicaux au monde, développe un système de chirurgie robotique , dont il ne parle toujours à personne. Google a fait équipe l'an dernier avec Johnson & Johnson pour lancer Verb Surgical , un système doté de «capacités robotiques avancées», selon un communiqué de presse. Les analystes basés sur une telle activité prédisent un boom du marché. Un récent rapport de WinterGreen Research a déclaré que le marché mondial des robots abdominaux (Da Vinci et ses rivaux) passerait de 2,2 milliards de dollars en 2014 à 10,5 milliards de dollars d'ici 2021.

Si les prévisions se réalisent et que les chirurgiens-robots deviennent monnaie courante dans les salles d'opération, nous leur confierons naturellement des tâches de plus en plus complexes. Et s'ils montrent qu'ils peuvent être fiables, le rôle des chirurgiens humains peut changer radicalement. Un jour, les chirurgiens pourront rencontrer des patients et développer un traitement, puis observer uniquement comment les robots exécutent leurs commandes.

Gutan Ashrafian, un chirurgien pour enlever des parties du système digestif pour perdre du poids, dit que le professionnel est prêt à accepter ces changements. L'histoire de la médecine montre que les chirurgiens "améliorent toujours avec enthousiasme leur efficacité", dit-il, et ajoute qu'ils sont prêts à accepter tous les outils utiles. "Personne ne fonctionne déjà avec un simple scalpel", explique Ashrafian avec ironie. Si les robots indépendants apprennent à effectuer suffisamment bien les tâches chirurgicales, le même principe fonctionnera. À la recherche de la perfection, les chirurgiens peuvent un jour libérer complètement la chirurgie.

Source: https://habr.com/ru/post/fr394805/