ROBOTIQUE CHIRURGICALE

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Depuis les années 1980, la robotique a trouvé un nouveau domaine d’application : la chirurgie. Un robot chirurgical se distingue d’un robot industriel par trois caractéristiques : il doit être sûr de fonctionnement car il travaille au contact du patient, du chirurgien et de son équipe ; il doit être stérilisable, ou tout au moins les composants qui sont au contact avec le patient ; il doit s’intégrer dans un bloc opératoire et, à ce titre, il doit être peu encombrant, facile à mettre en œuvre et à maintenir. Il hérite des robots conventionnels un certain nombre de propriétés qui lui permettent d’assurer naturellement de meilleures performances pour certaines tâches, notamment en termes de précision, répétabilité, stabilité du geste, intégration d’informations sur l'environnement issues de capteurs. Toutefois, comme le robot industriel, il est incapable de réagir de façon adéquate à des situations imprévues, les capacités d’analyse, de décision, d’adaptation et d’apprentissage étant, encore pour longtemps, l’apanage de l’homme.

Un robot chirurgical est avant tout un système d’assistance au geste du chirurgien. Il peut certes réaliser quelques gestes de façon automatique, mais il est le plus souvent soit télémanipulé, via une interface appropriée (généralement un bras maître), soit comanipulé par une action directe du chirurgien sur l’instrument porté par le robot. Le choix du mode de commande des robots (automatique, télémanipulé ou comanipulé) dépend du geste chirurgical à accomplir et, donc, de considérations d'ergonomie de l'interface homme-machine. Le mode automatique, par exemple, peut convenir pour certaines tâches d'usinage en chirurgie orthopédique. Les robots télémanipulés sont les plus nombreux car c’est le mode de commande du robot Da Vinci, le plus répandu aujourd’hui.

Histoire de la robotique chirurgicale

Les premiers robots chirurgicaux étaient de simples robots industriels qui ont été sécurisés pour pouvoir être mis en œuvre en salle d’opération et sur lesquels ont été adaptés des instruments conventionnels de chirurgie. On peut citer quelques dispositifs pionniers :

– Le robot Puma 260 est le premier de tous. Il a été utilisé en neurochirurgie sur une vingtaine de patients à l’hôpital de Long Beach (Californie) en 1985.

– Un robot Scara, fruit d’une collaboration entre IBM Yorktown Heights et l’université de Californie à Davis, a été conçu entre 1986 et 1989 pour la chirurgie orthopédique. C’est à partir de ce dispositif qu’a été développé Robodoc. Ce dernier, commercialisé depuis 1992, a effectué plusieurs milliers de poses de prothèse de hanche.

– Speedy est un robot de la société française AID (aujourd’hui disparue) qui a été adapté en 1989 par le laboratoire T.I.M.C. (techniques de l'imagerie, de la modélisation et de la cognition) de Grenoble pour être utilisé en neurochirurgie stéréotaxique (technique qui, grâce à un dispositif mécanique fixé sur la tête, permet de localiser et d'atteindre de façon précise des structures cérébrales profondes).

– Le robot Puma 560 a permis, en 1990, à une équipe médicale d’Imperial College à Londres, d’effectuer une ablation de la prostate.

Développement des robots chirurgicaux

Au début des années 1990, les premiers prototypes de robots spécifiquement conçus pour la chirurgie ont été développés. Ceux-ci présentent des architectures mécaniques adaptées au geste chirurgical à réaliser. Certains d’entre eux sont couplés à un système d’imagerie médicale. À la différence du robot industriel, l'homme coopère en permanence (le chirurgien) ou interagit (le patient) avec le robot chirurgical. Des contraintes et des spécifications sévères doivent donc être respectées dans la conception de ses différents composants (mécaniques, électriques, logiciels) pour qu'ils soient intrinsèquement sûrs de fonctionnement.

Parmi ces premiers robots chirurgicaux, on peut citer, par exemple, le robot porte-endoscope AESOP (Automated Endoscopic System for Optimal Positionning), commercialisé en 1994 par la société californienne Computer Motion (rachetée en 2003 par Intuitive Surgical), ou encore le robot de neurochirurgie Neuromate qui a été développé en 1996 par la société française IMMI (commercialisé depuis 2008 par la société Renishaw). À cette époque, le concept de téléopération (ou télémanipulation), développé après la Seconde Guerre mondiale pour les besoins de l’industrie nucléaire, a été transposé à la chirurgie endoscopique mini-invasive. Ce type de chirurgie consiste à insérer, dans le corps du patient, un endoscope (système optique permettant de visualiser le site opératoire) et des instruments au travers de petites incisions réalisées au moyen de trocarts (tubes creux étanches) qui restent en place pendant l'intervention. Cette technique est peu invasive comparée aux grandes ouvertures requises en chirurgie traditionnelle. Avec la téléopération, qui met en œuvre une architecture dite maître-esclave (l'instrument est porté par un bras esclave qui recopie les mouvements du bras maître manipulé par le chirurgien), le chirurgien peut facilement contrôler des instruments qui possèdent des articulations distales et ainsi accroître sa dextérité (capacité à réaliser des gestes fins et précis sur des sites difficiles d'accès). L’amplitude des mouvements et des efforts que le chirurgien exerce sur les instruments peut être réduite par exemple pour des opérations de microchirurgie. Outre ces fonctions de recopie du geste chirurgical et de réduction d’échelle, de tels systèmes (comme le robot Zeus de la société Computer Motion, mis sur le marché en 1998, ou encore le robot Da Vinci d’Intuitive Surgical en 1999) ont ouvert la voie à la téléchirurgie ou chirurgie à distance. Un exemple fondateur est l’opération Lindbergh (2001) au cours de laquelle Jacques Marescaux de l’Institut de recherche contre les cancers de l’appareil digestif (I.R.C.A.D.) a réalisé, depuis New York, une ablation de la vésicule biliaire (cholécystectomie) sur une patiente hospitalisée à Strasbourg avec un robot Zeus.

Robot médical Da Vinci

Photographie : Robot médical Da Vinci

Commercialisé depuis la fin des années 1990, le robot chirurgical Da Vinci est le plus répandu. Il est composé de deux sous-ensembles : d'une part, localisé au niveau du patient, un système de bras robotisés et interactifs (trois ou quatre selon les modèles) qui portent soit un... 

Crédits : Intuitive Surgical, Inc.

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Miniaturisation des robots chirurgicaux

Au début du xxie siècle, la voie de la miniaturisation a commencé à être explorée, avec notamment le premier robot portable (Spine Assist de la société israélienne Mazor Surgical Technologies) qui a été utilisé dès 2002 pour le vissage pédiculaire : le robot est fixé sur la colonne vertébrale du patient et est utilisé pour y assujettir une tige (par exemple pour corriger une scoliose sévère). Diminuer les dimensions et le poids, intégrer de nouvelles fonctions grâce aux avancées dans les T.I.C. (technologies de l’information et de la communication) et penser à de nouveaux protocoles d’intervention ouvrent des perspectives très prometteuses mais aussi de sérieux défis scientif [...]

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Robot médical Da Vinci

Robot médical Da Vinci
Crédits : Intuitive Surgical, Inc.

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Les robots médicaux

Les robots médicaux
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Découpes osseuses pour la mise en place d'une prothèse de genou

Découpes osseuses pour la mise en place d'une prothèse de genou
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Axes mécaniques du tibia et du fémur

Axes mécaniques du tibia et du fémur
Crédits : E. Stindel

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Écrit par :

  • : directeur de recherche au C.N.R.S., laboratoire d'informatique, robotique et microélectronique de Montpellier, U.M.R. 5506, université de Montpellier-II

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Pour citer l’article

Étienne DOMBRE, « ROBOTIQUE CHIRURGICALE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 26 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/robotique-chirurgicale/