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Des robots dans le cerveau

CALGARY – La mise au point en 1926 par Harvey Cushing et William Bovie de l’électrocautère (qui permet de cautériser un vaisseau sanguin ou de pratiquer une incision grâce à un courant à haute fréquence) est une innovation qui a révolutionné la neurochirurgie. Compte tenu de la précision nécessaire pour opérer un organe aussi délicat que le cerveau, cette convergence des technologies mécaniques avec l’art de la chirurgie a permis de grandes avancées dans ce domaine.

Les progrès de la neurochirurgie se veulent toujours minimalistes. Comme dans tous les autres domaines de la chirurgie, moins la procédure interfère avec le corps, moins le risque d’effets négatifs sur la qualité de vie du patient est grand, lui permettant ainsi de récupérer une activité normale plus rapidement.

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Cet impératif est d’autant plus prononcé lorsqu’il s’agit de procédures neurologiques sensibles. Des tâches comme de manœuvrer autour de petits vaisseaux sanguins d’un à deux millimètres de diamètre ou de retirer une tumeur cervicale sans endommager les tissus périphériques exigent des technologies comme le microscope opératoire et des outils multimodaux d’imagerie qui viennent soutenir et renforcer la compétence des chirurgiens.

L’étape suivante serait de permettre à un robot contrôlé par l’homme de pénétrer dans le cerveau. Les robots sont capables de réaliser des tâches répétitives avec un degré de précision et d’exactitude supérieur à celui de l'homme, and sans fatigue musculaire. Et ils peuvent être périodiquement actualisés pour intégrer harmonieusement de nouvelles caractéristiques. 

Mais les robots ne possèdent pas la capacité exécutive du cerveau humain. Comprendre et réagir de manière appropriée à un nombre élevé de variables pouvant survenir lors d’une opération chirurgicale nécessiterait de considérables capacités de calcul ; les robots chirurgicaux cherchent donc à intégrer l’expérience humaine et la capacité décisionnelle avec une précision mécanisée.

Un exemple de cette convergence est le neuroArm, développé par mon équipe de recherche à l’Université de Calgary en conjonction avec les ingénieurs de MacDonald, Dettwiler et Associés. Le neuroArm est en fait constitué de deux bras qui peuvent tenir différents outils chirurgicaux tandis que le chirurgien les manœuvre à distance depuis son poste de travail.

Le poste de travail transmet une multitude de données – images à résonnance magnétique (IRM), images tridimensionnelles du champs chirurgical, informations sonores, et retours haptiques (ou tactiles) quantifiables de l’interaction entre les outils et les tissus traités ; cela permet au chirurgien de ressentir l’opération de manière visible, sonore, et tactile. Parce que le cerveau humain prend des décisions fondées sur les flux sensoriels – et bien sûr, l’expérience, – de telles données sont essentielles au chirurgien pour faire les choix les mieux informés possible au cours de l’opération.

Des technologies comme l’IRM constituent une aide pour planifier la chirurgie, assurer le contr��le de la résection et la qualité de l’opération. La robotique compatible avec la résonnance magnétique donne des images en temps réel, avec des informations sur les structures et les modifications anatomiques dans le cerveau relatives à la pathologie chirurgicale lors de l’opération, ce qui minimise les risques.

Dans la mesure où le robot reçoit les IRM et transmet un retour haptique, les autoroutes électroniques ou les corridors chirurgicaux peuvent être établis avant la procédure, tout comme les zones à éviter. La manipulation de l’outil ne peut donc intervenir que dans le cadre de ce corridor chirurgical prédéterminé, ce qui permet d’éviter tout dommage cérébral involontaire.

De plus, la chirurgie robotisée peut potentiellement progresser au-delà de la simple capacité humaine. La graduation du mouvement – qui permet au bras robotisé de reproduire les mouvements exacts de la main du chirurgien, mais à une échelle beaucoup plus réduite – permettra au chirurgien de manipuler des tissus trop petits pour être perçus par l’œil humain. Grâce au développement d’outils microchirurgicaux plus petits et de caméras et de moniteurs à haute résolution, il sera possible d’opérer au niveau cellulaire.

La réalité virtuelle est un autre domaine associé dont les implications sont importantes pour la neurochirurgie. A partir de technologies de simulation, la réalité virtuelle permettra aux chirurgiens de répéter les procédures, y compris avec le robot chirurgical, dans un environnement numérique. La capacité de configurer des cas complexes et de s’exercer à des procédures rares avant de les pratiquer sur les patients aboutira sans aucun doute à une meilleure performance chirurgicale et à de meilleurs résultats médicaux.

La réalité virtuelle permettra aussi d’améliorer la formation des chirurgiens puisque les étudiants pourront bénéficier d’une plus large expérience et leurs performances pourront être quantifiées. Les chirurgiens qui opèrent manuellement connaissent la force qu’ils appliquent juste en la ressentant, alors qu’un simulateur chirurgical pourrait mesurer cette force et informer l’étudiant sur les pressions, excessives ou insuffisantes, qu’il applique.

Les formateurs seront en outre en mesure de programmer des scénarios contrôlés pour évaluer la capacité des étudiants à gérer des situations délicates. La possibilité de recommencer des opérations sans aucun risque ni coût additionnel sera une contribution majeure à la formation neurochirurgicale. Car c’est bien en forgeant que l’on devient forgeron.

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Bien sûr, la réalité virtuelle est encore une technologie relativement récente. Dans la mesure où il est particulièrement difficile de développer des simulations neurochirurgicales réalistes qui doivent prendre en compte un nombre important de variables et de résultats possibles, la réalité virtuelle est encore peu utilisée dans ce domaine. Mais la technologie de simulation chirurgicale progresse rapidement, encouragée par les développements dans le domaine du parallélisme informatique. Lorsque ces simulations deviendront réalistes, elles n’en auront que plus de valeur en matière de formation.

Cette fusion entre l’expérience chirurgicale humaine, les machines, et les technologies informatiques est au cœur des avancées neurochirurgicales ; et les robots chirurgicaux constituent un modèle important des bénéfices issus de l’interface homme-machine. Ajouter la réalité virtuelle à cette équation permettra à l’avenir de la neurochirurgie de prendre forme – un avenir dans lequel la discipline s’élèvera à un nouveau degré d’excellence.