L’innovation Chirurgicale passe une « transformation » des esprits et une « augmentation » du geste

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(Crédits : DR)
« A l'origine était le geste ». La chirurgie est un métier manuel qui s'apprend encore de manière artisanale en regardant le « Maitre » opérer puis en étant aidé par lui. Un métier où la hiérarchie peut encore paralyser et où l'assistant hésitera à dire au chirurgien que le vaisseau qui va être sectionné n’est peut-être pas le bon. Un métier où l’on parle beaucoup plus de ses succès que de ses échecs et où les événements opératoires sont décrits par celui qui les vit. Bref un vieux métier, avec un potentiel d’amélioration aussi bien sur le plan humain et que technologique qui en fait un métier plein d’avenir, ce que nous allons voir.

La chirurgie est une activité manuelle de haute précision dans des univers complexes et dynamiques, l'anatomie et la physiologie humaine, que les robots sont très loin de faire à notre place. Si certaines tâches spécifiques, comme les sutures digestives réalisées par le Robot STAR [1], pourront peut-être réalisées par des machines, il semble peu probable qu'une chirurgie complexe puisse entièrement être réalisée par un robot dans un futur proche. Même si les progrès de la cancérologie et le vieillissement de la population peuvent faire augmenter le nombre d'indication de transplantations il est peu probable qu'une machine soit capable de transplanter seule un organe.

La transplantation hépatique est d'ailleurs un bon exemple où une transformation des esprits et l'apport de la technologie peuvent augmenter le nombre de greffons disponibles même si le nombre de donneurs en mort cérébral reste stable. Une machine de perfusions est une boite pleine de technologie dans laquelle on vient connecter un organe et où une pompe et oxygénateur auto-régulés, l'équivalent d'un cœur et d'un poumon, y fait circuler un liquide de conservation ou du sang humain.

Les machines de perfusions avec du sang oxygénés permettent aujourd'hui de conserver des organes ex-vivo pendant des heures et probablement plusieurs jours. [2] Aujourd'hui, ces machines ont démontré leurs capacités à sélectionner et transplanter des organes que l'on pensait non transplantables macroscopiquement. [3] Demain, une meilleure coordination des équipes de transplantation, ce qui passera évidemment par plus de coopération et peut-être moins de compétition, permettra de mettre en place des « hubs » de perfusion d'organes pour une région où l'on pourra sélectionner le meilleur receveur ou partager des organes entre équipes. C'est aussi cette technologie qui nous permettra demain de réparer des organes humains, de « maturer » des organes issus du bioengineering voir de redonner une place à la xénotransplantation, la transplantation d'organes issus d'animaux. [4]

Evidemment si nous étions encore dans les années 1980 mais avec les connaissances et les technologies de 2020, nous aurions probablement déjà répondu à la faisabilité ou non de ces « exploits médico-chirurgicaux ». Nous vivons à l'époque du « principe de précaution » et du zéro risque dans un univers médical où l'on soigne déjà très bien les malades. A l'ère des traitements ciblés en oncologie, de l'immunothérapie, de la radiothérapie de précision et de la radiologie interventionnelle il faut aujourd'hui que les résultats de la chirurgie soient très bons voire meilleurs pour justifier du choix thérapeutique. Dans un monde où des alternatives thérapeutiques à la chirurgie donnerons des survies comparables à celles de la chirurgie, la qualité de vie va devenir un élément majeur de décision.

L'évaluation de la qualité de vie du malade, va donc impliquer de transformer la relation souvent paternaliste qui existe entre un chirurgien et son malade. Si le choix thérapeutique sera toujours sous la responsabilité du chirurgien, considérer la qualité de vie imposera que le malade comprenne la situation pour une véritable décision éclairée, élément qui participera probablement à la « qualité de vie ». Nous passerons de l'information à la connaissance, c'est-à-dire de l'information dans un contexte, en optimisant les outils de communication médecin-malade en consultation. Incidemment, les outils d'intelligence augmentée d'aide à la décision dont nous disposerons en consultation nous apporteront du « temps de cerveau disponible » pour prendre le temps de la communication avec le malade.

L'avenir de la chirurgie sera celui de la transparence et d'un changement de paradigme vis-à-vis de notre « rapport à l'erreur » dans le monde chirurgical. Depuis 2016, le « Week-End de l'Innovation Chirurgicale », le WIC, a lieu le dernier week-end du mois de juin à Cabourg pour réfléchir à l'avenir de la chirurgie en explorant ces pistes. Ce « Think-Tank » réunis des chirurgiens, des anesthésistes, des ingénieurs, des mathématiciens et des sociologues pendant 48h pour penser les contours de la chirurgie de demain sans tomber dans des analogies un peu simplistes entre l'aéronautique et la chirurgie. Même si nous avons à apprendre des pilotes dans l'analyse du facteur humain, un chirurgien n'est pas un pilote pour deux raisons : le chirurgien ne meurt pas avec le malade et le pilote conduit une machine dont il connaît parfaitement la « physiologie » : un avion, c'est une machine fabriquée par l'Homme.

Lors du WIC, nous avons admis le fait qu'une « erreur n'est pas une faute si elle est partagée après avoir été comprise ». C'est autour de ce type d'analyse que la chirurgie, comme il y a 20 ans l'aéronautique, effectue une véritable mutation à travers une transformation des rapports humains en chirurgie comme en témoigne la place croissante des articles « non-chirurgicaux » dans la littérature chirurgicale. [5]

C'est avec cette philosophie que nous avons mis en place, dans une collaboration entre l'Assistance Public des Hôpitaux de Paris (AP-HP) et l'Institut Mines Télécom (IMT), la Chaire d'innovation BOPA pour « Bloc OPératoire Augmenté » à l'Hôpital Paul Brousse (Villejuif).

Au sein de cette Chaire d'Innovation, un « Do Tank », nous explorons l'état d'esprit chirurgical et nous déployons des technologies numériques pour « augmenter » le chirurgien par la vue, la parole et le toucher. Ces outils seront connectés et produiront des données de santé qui s'associeront à celles issues des autres « objets » du bloc opératoire et notamment ceux des anesthésistes. Pour pouvoir être utilisées ensuite, ces données seront « étiquetées », cryptées puis « notariées » dans une blockchain sur les systèmes d'information des centres de soins. L'objectif étant in fine de produire un outil qui peut s'apparenter à une « boite noire », le développement de ce type de technologie ne pourra se faire qu'en association à une transformation des esprits et ceci même si l'efficacité de ce type stratégie a déjà été montrée. [6]

Concrètement, l'augmentation par la vue consiste à développer, en collaboration avec la start-up E3S, des technologies de captation d'images vidéo haute définitions adaptées à la chirurgie avec ouverture de la cavité abdominale (« laparotomie ») car le problème se pose moins lorsqu'un endoscope est utilisé, comme en cœlioscopie. Des petites caméras gyroscopiques fixées sur la tête de l'opérateur filmeront ce que regarde le chirurgien. Ces cameras seront asservies au regard du chirurgien qui sera analysé par la position de sa pupille et/ou par l'utilisation de lentilles spécifiques. Outre la captation d'images pour pouvoir les analyser rétrospectivement, cette technologie permettra de réaliser de la télé-expertise, de la formation et surtout de la « vision par ordinateur » afin d'identifier les différentes phases d'une chirurgie.[7, 8] Cette identification basée sur des techniques de « machine-learning » puis demain de « deep-learning » permettront d'étiqueter les informations visuelles pour les retrouver ultérieurement si besoin et aideront au développement d'outils d'aide à la décision en peropératoire.[9]

L'augmentation par la parole consiste à développer un assistant vocal (chat-bot) per-opératoire, « Henri », auquel il sera possible de s'adresser en langage naturel afin de disposer en peropératoire d'informations concernant le malade. [9] « Henri » sera aussi capable de poser des questions au chirurgien en fonction de la réponse aux questions précédentes ou demain grâce à l'identification visuelle des différentes phases chirurgicales. Par exemple, « Henri » sera là pour vous rappeler qu'il faut effectuer telle ou telle geste préalable avant de faire un acte définitif après lequel on ne pourra plus revenir en arrière. « Henri » est développé avec les start-up DeepOR et LettrIA.

L'augmentation par le toucher consiste à développer des outils d'interaction hommes-machines afin de réaliser une chirurgie virtuelle sur des jumeaux numériques avant ou pendant la chirurgie. [10] Ces jumeaux numériques d'organes seront projetés dans des lunettes spécifiques beaucoup plus ergonomiques que les casques de réalité mixte actuellement disponibles mais mal adaptés au bloc opératoire. Nous avons déjà développé ces jumeaux numériques en chirurgie hépatique avec ouverture de la cavité abdominale. Ces objets virtuels se déforment comme le foie et suivent les mouvements imprimés par le chirurgien sur l'organe réel.[10] Demain, nous utiliserons par exemple ces jumeaux numériques afin de rendre plus précise la chirurgie lors de la résection des métastases hépatiques devenues millimétriques après chimiothérapie, et non détectables en échographie per-opératoire. Après demain, nous adapterons le recalage temps réel à la chirurgie laparoscopique en couplant cette technologie à celle des cobots. Les « cobots », version agile et moins cher à la robotique chirurgicale actuelle, est une alternative aux « télé-manipulateurs » où le chirurgien n'est plus au contact du malade. Les cobots remettent le chirurgien au contact du malade et permettent l'utilisation du matériel habituel de coelioscopie. Un cobot, comme celui développé avec la start-up MastOR dans le cadre de la chaire innovation BOPA, c'est 3 ou 4 bras articulés au bout desquels l'on passe des instruments et une caméra. Le chirurgien opère normalement mais des bras articulés dans toutes les directions de l'espace suivent les mouvements chirurgicaux. Le cobot assiste mais ne réalise pas de geste : en soutenant l'instrument manipulé par le chirurgien, il fluidifie et stabilise les mouvements, remplace un aide avec le 3ème bras en soutenant un organe et asservi la position de la caméra à la position des instruments. Le cobot est un outil d'interaction chirurgien-machine dans lequel on pourra intégrer des jumeaux numériques déformables. La position des bras du cobot étant toujours reconnus dans l'espace, nous positionnerons en temps réel, non seulement la position des instruments dans le modèle d'organe virtuel, mais définirons des volumes à risque où le cobot freinera les mouvements chirurgicaux intempestifs.

A une époque où les décisions médicales sont de plus en plus des statistiques, mais les malades toujours autant des cas particuliers, notre métier demandera toujours plus « d'audace et de lucidité ». Pour pouvoir continuer à explorer des pistes, à apprendre d'une situation inédite pendant la chirurgie et à tirer profit d'un hasard, nous devons apprendre la transparence. Cette transparence vis-à-vis de nos décisions, de nos actes et de nos résultats, pour qu'elle ne soit pas subie, devra se développer dans un monde académique et privé qui se sera transformé et où les assureurs financeront la sécurité plutôt de faire payer l'erreur.

L'avenir de la chirurgie passera donc par une transformation des esprits pour une meilleure utilisation de la technologie, et donc par la mise en place non pas d'une intelligence artificielle pour remplacer le chirurgien, mais d'une intelligence chirurgicale augmentée dans un univers résiliant et bienveillant.

La Chaire d'Innovation BOPA est financée par la Fondation de l'AP/HP et la Fondation Mines-Télécom  à travers un Mécénat d'Orange, de Medtronic, de Relyens, de Boston Scientific, de Caresyntax et de Getinge.

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REFERENCES

1. Shademan A, Decker RS, Opfermann JD, Leonard S, Krieger A, Kim PCW. Supervised autonomous robotic soft tissue surgery. Sci Transl Med. 2016

2. Eshmuminov D, Becker D, Bautista Borrego L, Hefti M, Schuler MJ, Hagedorn C, et al. An integrated perfusion machine preserves injured human livers for 1 week. Nat Biotechnol. 2020

3. Nasralla D, Coussios CC, Mergental H, Akhtar MZ, Butler AJ, Ceresa CDL, et al. A randomized trial of normothermic preservation in liver transplantation. Nature. 2018

4. Längin M, Mayr T, Reichart B, Michel S, Buchholz S, Guethoff S, et al. Consistent success in life-supporting porcine cardiac xenotransplantation. Nature. 2018

5. Selvy M, Le Roy B, Abjean A, Veziant J, Pereira B, Slim K. The increasing prominence of "non-surgical" articles in surgical literature. J Visc Surg. 2020

6. Jung JJ, Jüni P, Lebovic G, Grantcharov T. First-year Analysis of the Operating Room Black Box Study: Ann Surg. 2020

7. Hashimoto DA, Rosman G, Witkowski ER, Stafford C, Navarette-Welton AJ, Rattner DW, et al. Computer Vision Analysis of Intraoperative Video: Automated Recognition of Operative Steps in Laparoscopic Sleeve Gastrectomy. Ann Surg. 2019

8. Lacy AM, Bravo R, Otero‐Piñeiro AM, Pena R, De Lacy FB, Menchaca R, et al. 5G‐assisted telementored surgery. BJS. 2019

9. Hashimoto DA, Rosman G, Rus D, Meireles OR. Artificial Intelligence in Surgery: Promises and Perils. Ann Surg. 2018

10. Golse N, Petit A, Lewin M, Vibert E, Cotin S. Augmented Reality during Open Liver Surgery Using a Markerless Non-rigid Registration System. J Gastrointest Surg Off J Soc Surg Aliment Tract. 2020.

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