Les chercheurs visent à rationaliser la chirurgie cérébrale avec un nouveau système robotique souple

Naviguer dans le système vasculaire labyrinthique du cerveau avec des instruments chirurgicaux standards peut être incroyablement difficile, même pour les mains les plus stables. Mais avec une certaine assistance robotique, les chirurgiens du cerveau pourraient potentiellement opérer beaucoup plus facilement.

Des chercheurs de l’Université Johns Hopkins et de l’Université du Maryland ont jeté les bases d’un outil robotique souple et d’un système de contrôle qui pourraient accorder aux chirurgiens un degré de maniabilité sans précédent dans le cerveau.

Une étude récente publiée dans le Journal international de radiologie et de chirurgie assistées par ordinateur démontre que le nouveau système est à la fois intuitif et très précis. Les premiers résultats suggèrent qu’avec des développements plus poussés, le robot pourrait un jour accélérer et améliorer l’efficacité des chirurgies mini-invasives pour les anévrismes cérébraux potentiellement mortels et d’autres affections graves.

L’une des approches courantes pour traiter un anévrisme cérébral (un vaisseau sanguin affaibli qui se gonfle et se remplit de sang) consiste à enfiler un tube en plastique appelé cathéter dans une artère, généralement dans l’aine, dans le but d’atteindre et de sceller l’anévrisme sans provoquant des perforations en cours de route.

Pour remédier aux méandres du système vasculaire, les médecins peuvent plier les extrémités des cathéters dans la direction souhaitée avant de les insérer. Ensuite, à l’aide de leurs mains, ils font tourner le cathéter selon les besoins tout en le poussant vers l’anévrisme. Mais cette approche présente un inconvénient majeur.

“Avec les cathéters normaux, vous ne pouvez pas plier l’extrémité dans une direction différente à la demande une fois insérée, ce qui provoque des problèmes si un anévrisme est difficile à atteindre”, a déclaré Ryan Sochol, Ph.D., co-auteur de l’étude et professeur de mécanique. ingénierie à l’Université du Maryland. “Ce problème particulier semble être tout à fait constant chez les neurochirurgiens et autres personnes effectuant des interventions endovasculaires.”

Après avoir entendu des neurochirurgiens et étudié les procédures chirurgicales, les auteurs de la nouvelle étude ont conclu qu’un outil robotique orientable pourrait grandement améliorer le processus.

Les chercheurs ont conçu un embout de cathéter actionné par pression d’air – ou pneumatique – qu’ils ont imprimé en 3D à l’aide d’une résine souple et flexible. La conception comprend deux canaux creux parallèles sur toute la longueur de la pointe, qui, s’ils sont pressurisés individuellement, font dévier la pointe vers la gauche ou vers la droite.

Même si l’embout du cathéter lui-même s’inspire de conceptions existantes, les auteurs ont cherché à répondre à un besoin auquel les systèmes robotiques précédents n’avaient pas encore répondu : un système de contrôle qui s’intégrerait bien dans le flux de travail clinique actuel.

Pour fournir aux médecins une méthode similaire mais améliorée, l’équipe a développé un cadran manuel qui permet des ajustements précis de la position de l’embout, offrant ainsi plus de contrôle que la rotation d’un embout pré-courbé. De plus, le cadran offre un retour haptique qui indique quand la pointe est pliée. Avec ce système, les chercheurs offrent la possibilité de faire avancer simultanément un cathéter d’une main tout en ajustant l’angle de la pointe de l’autre.

Pour évaluer les performances de l’appareil, les auteurs ont demandé à deux utilisateurs – un neurochirurgien qualifié et un autre sans formation chirurgicale préalable – d’ajuster la position de la pointe robotique pour atteindre un ensemble de cinq cibles cylindriques de 2 millimètres de large espacées de moins de 2 millimètres.

Au cours de 80 essais chacun, les utilisateurs ont conduit les cathéters vers les cylindres d’une main et ont actionné le cadran de l’autre, pliant les pointes encore plus près de chaque cible.

Les auteurs ont suivi la distance entre les astuces et les cibles et le temps nécessaire aux utilisateurs pour accomplir les tâches. Le chirurgien était clairement plus rapide et plus précis, cependant, après plusieurs essais, le novice a commencé à réduire l’écart, égalant presque la précision de son homologue.

“Les deux utilisateurs ont pu utiliser le système robotique pour un contrôle de précision submillimétrique, qui est plus petit que le diamètre de deux millimètres des vaisseaux cérébraux et les ouvertures des anévrismes dans le cerveau”, a déclaré l’auteur principal Axel Kreiger, Ph.D., professeur de génie mécanique à l’Université Johns Hopkins. “Dans l’ensemble, c’était vraiment agréable de voir que les résultats soutiennent la faisabilité du système.”

Alors que l’étude met plus de vent dans leurs voiles, les auteurs sont impatients de continuer à développer l’outil robotique avec l’intention de le réduire à une taille plus pertinente sur le plan clinique et de le tester contre des cibles dans des environnements anatomiquement plus précis, a expliqué Krieger.

À l’avenir, les auteurs ont également l’intention d’augmenter la fonctionnalité de leur conception en ajoutant des pointes en série, ce qui pourrait permettre au dispositif de se plier dans des formes plus complexes et de naviguer dans des environnements vasculaires difficiles.

“La pointe souple du microcathéter est très innovante et pourrait jouer un rôle clé dans l’utilisation généralisée de la robotique en chirurgie endovasculaire”, a déclaré Moria Bittmann, Ph.D., directrice du programme de robotique NIBIB.

Fourni par l’Institut national d’imagerie biomédicale et de bio-ingénierie