Une nouvelle technique peut aider à réduire les blessures accidentelles lors des interventions chirurgicales assistées par robot

Des mains stables et une vision nette et ininterrompue sont essentielles lors de la chirurgie sur des structures délicates comme le cerveau ou les vaisseaux sanguins fins.

Alors que les caméras chirurgicales ont amélioré ce que les chirurgiens voient pendant les procédures opératoires, la « main ferme » reste à améliorer – les nouvelles technologies chirurgicales, y compris les mains robotiques sophistiquées guidées par le chirurgien, ne peuvent pas prévenir les blessures accidentelles lors de l'utilisation à proximité de tissus fragiles.

Dans une nouvelle étude publiée dans le numéro de janvier de la revue Rapports scientifiques, des chercheurs de la Texas A&M University montrent qu'en délivrant de petits bourdonnements de courants électriques au bout des doigts, les utilisateurs peuvent avoir une perception précise de la distance à contacter.

Ces informations ont permis aux utilisateurs de contrôler leurs doigts robotisés avec suffisamment de précision pour atterrir en douceur sur des surfaces fragiles.

Les chercheurs ont déclaré que cette technique pourrait être un moyen efficace d'aider les chirurgiens à réduire les blessures accidentelles lors des procédures opératoires assistées par robot.

L'un des défis des doigts robotiques est de s'assurer qu'ils peuvent être contrôlés avec suffisamment de précision pour atterrir en douceur sur les tissus biologiques. Grâce à notre conception, les chirurgiens pourront avoir une idée intuitive de la distance de contact de leurs doigts robotiques, informations qu'ils pourront ensuite utiliser pour toucher des structures fragiles avec juste la bonne force. « 

Hangue Park, professeur adjoint, Département de génie électrique et informatique, Texas A&M University

Les systèmes chirurgicaux assistés par robot, également appelés systèmes chirurgicaux télérobotiques, sont des extensions physiques d'un chirurgien. En contrôlant les doigts robotiques avec les mouvements de leurs propres doigts, les chirurgiens peuvent effectuer des procédures complexes à distance, augmentant ainsi le nombre de patients qu'ils peuvent prodiguer des soins médicaux.

De plus, la petite taille des doigts du robot signifie que les chirurgies sont possibles avec des incisions beaucoup plus petites, car les chirurgiens n'ont pas besoin de faire de grandes coupures pour tenir leurs mains dans le corps du patient pendant les opérations.

Pour déplacer précisément leurs doigts robotiques, les chirurgiens s'appuient sur la diffusion en direct d'informations visuelles à partir de caméras installées sur des bras télérobotiques.

Ainsi, ils regardent dans les moniteurs pour faire correspondre les mouvements de leurs doigts avec ceux des doigts télérobotiques. De cette façon, ils savent où se trouvent leurs doigts robotiques dans l'espace et à quel point ces doigts sont proches les uns des autres.

Cependant, Park a noté que les informations visuelles ne suffisent pas à guider les mouvements fins des doigts, ce qui est essentiel lorsque les doigts sont à proximité immédiate du cerveau ou d'autres tissus délicats.

« Les chirurgiens peuvent seulement savoir à quel point leurs doigts réels sont éloignés les uns des autres indirectement, c'est-à-dire en regardant où leurs doigts robotiques sont les uns par rapport aux autres sur un moniteur », a déclaré Park. « Cette vue détournée diminue leur perception de la distance entre leurs doigts réels, ce qui affecte ensuite la façon dont ils contrôlent leurs doigts robotiques. »

Pour résoudre ce problème, Park et son équipe ont trouvé un autre moyen de fournir des informations de distance indépendantes de la rétroaction visuelle.

En passant différentes fréquences de courants électriques sur le bout des doigts via des gants équipés de sondes de stimulation, les chercheurs ont pu former les utilisateurs à associer la fréquence des impulsions de courant à la distance, c'est-à-dire que l'augmentation des fréquences de courant indiquait la distance de fermeture d'un objet de test.

Ils ont ensuite comparé si les utilisateurs recevant une stimulation actuelle avec des informations visuelles sur la distance de fermeture sur leurs moniteurs réussissaient mieux à estimer la proximité que ceux qui recevaient des informations visuelles seules.

Park et son équipe ont également adapté leur technologie en fonction de la sensibilité de l'utilisateur aux fréquences de courant électrique. En d'autres termes, si un utilisateur était sensible à une gamme plus large de fréquences actuelles, les informations de distance étaient fournies avec des étapes plus petites d'augmentation des courants pour maximiser la précision de l'estimation de proximité.

Les chercheurs ont découvert que les utilisateurs recevant des impulsions électriques étaient plus conscients de la proximité des surfaces sous-jacentes et pouvaient réduire leur force de contact d'environ 70%, ce qui était beaucoup mieux que l'autre groupe. Dans l'ensemble, ils ont observé que les informations de proximité fournies par des impulsions électriques douces étaient environ trois fois plus efficaces que les informations visuelles seules.

Park a déclaré que leur nouvelle approche pouvait augmenter considérablement la manœuvrabilité pendant la chirurgie tout en minimisant les risques de lésions tissulaires involontaires. Il a également déclaré que leur technique ajouterait peu à la charge mentale existante des chirurgiens pendant les procédures opératoires.

« Notre objectif était de trouver une solution qui améliorerait la précision des estimations de proximité sans augmenter le fardeau de la pensée active nécessaire pour cette tâche », a-t-il déclaré. « Lorsque notre technique sera prête à être utilisée en milieu chirurgical, les médecins pourront intuitivement savoir à quelle distance leurs doigts robotiques se trouvent des structures sous-jacentes, ce qui signifie qu'ils peuvent continuer de se concentrer activement sur l'optimisation des résultats chirurgicaux de leurs patients. »