Cette aiguille robotique manœuvre toute seule dans le corps humain

Pour la toute première fois, une équipe de chercheurs a démontré la faisabilité d’un robot pas comme les autres : une aiguille autonome capable de manœuvrer sans assistance à travers les tissus humains pour atteindre sa cible, tout en évitant habilement les différentes barrières anatomiques.

Les robots chirurgicaux occupent une place de plus en plus importante dans les hôpitaux les mieux lotis. Ils permettent aux chirurgiens d’atteindre des niveaux de précision extraordinaires tout en limitant le recours aux larges incisions. Cela se traduit généralement par une récupération plus rapide et un protocole postopératoire moins contraignant pour le patient, en plus de limiter le risque d’infection et de séquelles. Cette approche a aussi ouvert la voie à de nouvelles procédures chirurgicales extrêmement délicates, bien au-delà des capacités des plus grands artistes du bistouri.

Mais cette révolution technique reste encore largement dépendante des humains. À quelques rares exceptions près, c’est toujours un humain en chair et en os très expérimenté qui doit contrôler le moindre mouvement de ces machines… pour le moment.

L’ère de la médecine autonome

Car si l’idée d’un robot médical entièrement autonome était encore une affaire de science-fiction il n’y a pas si longtemps, c’est en train de changer avec la montée en puissance du machine learning. De plus en plus d’ingénieurs travaillent sur des robots capables d’identifier les tissus en temps réel pour se frayer un chemin dans le labyrinthe du corps humain, afin de pouvoir opérer un patient sans la moindre intervention humaine.

Le concept est assez terrifiant au premier abord ; dans une discipline aussi précise, on imagine aisément que la moindre erreur pourrait avoir des conséquences absolument catastrophiques. Mais sur le papier, l’idée a du sens. Il y a plusieurs activités médicales où les systèmes à base d’IA ont déjà dépassé les humains, comme le diagnostic de certaines formes de cancer. On peut donc imaginer qu’une fois cette technologie mature, les robots autonomes pourront réaliser des opérations comme des greffes ou des ablations de tumeurs avec un niveau de précision inaccessible pour notre espèce.

Pour y parvenir, les chercheurs avancent donc petit à petit, en commençant par des systèmes très peu invasifs. Et c’est dans cette catégorie que tombent les derniers travaux de l’Université de Chapel Hill, publiés dans la prestigieuse revue Science Robotics.

Une aiguille autonome dopée à l’IA

Ils ont cherché à développer une aiguille autonome qui présente de nombreux avantages sur le papier. Elle peut se frayer un chemin jusqu’à des zones très difficiles d’accès sans devoir jouer du scalpel pour libérer la voie. Une fois sur place, elle pourrait réaliser des biopsies, administrer un traitement, ou encore traiter une tumeur par radiations sans endommager les tissus avoisinants.

Mais si le concept en lui-même est très simple, ce n’est pas le cas de la technologie qui se cache derrière. Pour développer cet engin, l’université a constitué une équipe de choc qui rassemble des spécialistes de la médecine, du machine learning, et de l’ingénierie de précision.

Pour prouver la viabilité du système, ils ont choisi de mettre la barre très haut. Leur objectif était d’atteindre un nodule situé sur un poumon en pleine respiration. C’est une cible extrêmement difficile ; en plus d’être un organe ô combien délicat, le poumon est constamment en train de se gonfler et de se dégonfler. « C’est comme tirer sur une cible en mouvement », explique Jason Akulian, chirurgien et co-auteur du papier.

Le premier obstacle qu’ils ont dû surmonter, c’est celui de la navigation. Pour arriver sur le site de l’intervention, l’aiguille doit savoir où elle va. Pour lui indiquer la marche à suivre, les chercheurs ont commencé par réaliser une série de scanners du patient. Ces images leur ont permis de réaliser un modèle 3D très complet qui comprenait non seulement la cavité thoracique, mais aussi les voies aériennes, les vaisseaux sanguins, et surtout la cible.

L’équipe a ensuite développé un modèle IA qu’elle a abreuvé d’informations sur les différents tissus. Cela a permis de lui apprendre où il pouvait passer sans risque. Pas question de traverser une grosse veine ou artère, par exemple.

Une preuve de concept très encourageante

Et malgré la complexité du projet, les premiers tests se sont avérés concluants. « L’aiguille autonome que nous avons développée est hautement compacte, mais le système est équipé de nombreuses technologies qui lui permettent de naviguer de façon autonome et en temps réel », explique Ron Alterovitz, le responsable du projet. « C’est comme une voiture autonome », résume-t-il. Sauf que cet engin navigue dans un espace en trois dimensions constitué d’un tissu fragile, et que la moindre sortie de route aurait pu se conclure par une grave hémorragie interne.

Après cette preuve de concept impressionnante, les chercheurs vont continuer sur leur lancée. Leur objectif est désormais d’amener ce concept à maturité pour qu’il puisse faire l’objet d’un essai clinique à grande échelle, tout en continuant d’explorer d’autres applications potentielles. « Il reste beaucoup de travail, mais je suis très enthousiaste », concède Akulian.

Le texte de l’étude est disponible ici.

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