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Texte | Observation des acides aminés

Qui sera le prochain Léonard de Vinci ? C’est peut-être la question à laquelle l’industrie médicale accorde le plus d’attention.

Le robot chirurgical da Vinci est unique par sa technologie révolutionnaire et est presque devenu synonyme de robots chirurgicaux. Cependant, étant donné le large éventail de scénarios d’application chirurgicale et les nombreux problèmes, le marché fonde de grands espoirs sur les robots chirurgicaux dans différents scénarios.

À l’heure actuelle, les robots de microchirurgie ne constituent pas seulement le prochain sommet technologique, mais aussi le prochain champ explosif. Après des décennies d'exploration, ce domaine se rapproche de plus en plus du moment de la « singularité ».

En février de cette année, Medical Microinstruments, une entreprise phare dans le domaine des robots de microchirurgie à l'étranger, a reçu un énorme financement de 110 millions de dollars.

Au niveau national, des sociétés comme Angtech Microelectronics et Dishi Medical ont déjà présenté leurs plans et continuent de recevoir un soutien financier pour accélérer leurs progrès. Par exemple, Dishi Medical utilise la chirurgie oculaire comme point d’entrée et mène actuellement des essais cliniques de confirmation en Chine.

Alors, dans le domaine des robots microchirurgicaux, le prochain Léonard de Vinci verra-t-il le jour ?

/ 01/ Des défis que les « humains » ne peuvent pas résoudre

Dans le domaine de la chirurgie, la microchirurgie constitue sans aucun doute le summum technique. La microchirurgie fait référence à l'utilisation d'équipements de grossissement optique et d'équipements microchirurgicaux pour effectuer des opérations complexes et précises dans une très petite plage.

Dans une microchirurgie classique, le médecin doit utiliser un microscope pour explorer et trouver des vaisseaux sanguins et des nerfs qui ne mesurent qu'un millimètre, voire quelques dixièmes de millimètre, puis utiliser des sutures mesurées en microns et aussi fines que de la soie d'araignée pour réparer avec précision. et suturez-les tous les vaisseaux sanguins et nerfs importants.

Étant donné que le champ de vision de la microchirurgie n'est généralement que de 2 à 3 cm, toute légère secousse des mains du médecin peut affecter directement le succès ou l'échec de l'opération. Par conséquent, cela nécessite que la technique du microchirurgien soit stable, précise, précise et habile.

Actuellement, grâce aux progrès des microscopes et de l'instrumentation, les microchirurgiens sont désormais capables de réaliser de la supermicrochirurgie en connectant des vaisseaux sanguins d'un diamètre compris entre 0,3 et 0,8 millimètres.

Basée sur les avantages uniques de la microchirurgie, elle a été largement utilisée dans diverses spécialités chirurgicales, notamment l’ophtalmologie, l’oto-rhino-laryngologie, la neurochirurgie, la chirurgie plastique et l’urologie.

Malgré des progrès rapides, la microchirurgie présente des limites.

Premièrement, la probabilité de commettre une erreur reste élevée. La microchirurgie nécessite une précision extrême, avec peu de marge d’erreur, et le moindre tremblement peut causer des dommages inutiles. En théorie, nous devons éviter ces blessures, mais en raison de la complexité de l’intervention chirurgicale, de nombreux défis restent à relever. Cliniquement, il y aura diverses complications, et leur proportion n’est pas faible. Les données montrent que lors de la chirurgie du peeling de la membrane épirétinienne, l'incidence des complications varie de 2 à 30 %.

Deuxièmement, une intervention chirurgicale à long terme peut facilement apporter davantage d’incertitude. Selon l'état du patient, une opération de microchirurgie peut durer de quelques heures à plus de dix heures, voire plus de trente heures. Chaque opération constitue donc un défi ultime pour les compétences et l'endurance du médecin. De plus, cela peut entraîner de la fatigue et augmenter le risque d'erreurs involontaires.

Troisièmement, c'est aussi le système le plus restrictif pour la pratique clinique. La formation des chirurgiens est difficile et prend extrêmement de temps. Parce que la microchirurgie nécessite des compétences chirurgicales élevées de la part du chirurgien et nécessite une formation approfondie avant que le chirurgien puisse effectuer de telles opérations cliniquement. D'une part, cela nécessite du talent et de la patience des médecins, et d'autre part, cela nécessite également une formation à long terme. Un microchirurgien capable de réaliser une opération de replantation d'un doigt sectionné (une technique emblématique de la microchirurgie) nécessite généralement 3 ans de formation, et l'ensemble du cycle de formation peut prendre plus de 10 ans.

Par conséquent, sous diverses restrictions, la communauté médicale mondiale a exploré l’application de la technologie robotique en microchirurgie et développé divers systèmes de robots microchirurgicaux (MSR).

La chaleur devient de plus en plus forte. Le nombre d’articles liés au MSR publiés chaque année de 2000 à 2022 a été obtenu en recherchant différents mots-clés dans Google Scholar. Comme le montre la figure, le nombre d’études liées au MSR est généralement en hausse.

Diverses indications suggèrent que le système MSR pourrait avoir un impact majeur dans le domaine de la microchirurgie.

/ 02/ L'émergence continue d'acteurs du changement

Sur la base de problèmes profonds, de nombreuses entreprises à travers le monde se concentrent sur ce domaine, et de nombreuses idées techniques différentes ont émergé au cours du processus d'exploration.

L’un d’entre eux est le système robotique portatif.

Dans les systèmes robotiques portatifs, l’outil chirurgical lui-même est modifié en un petit système robotique appelé « outil robotique ». Les chirurgiens le manipulent pour effectuer des interventions chirurgicales. Les outils robotiques offrent des fonctions telles que l'annulation des tremblements, le verrouillage de la profondeur, etc., c'est pourquoi ils sont également appelés « mains stables ».

« Micron » en est un exemple typique. Son objectif principal est de détecter son propre mouvement à l'aide d'un manipulateur portatif et de filtrer sélectivement les mouvements erronés, tels que les tremblements des mains. Le robot génère ensuite un mouvement stable au niveau de la pointe de l'outil grâce à une compensation d'erreur active. Le robot Micron est facile à utiliser, équipé de bras qui maintiennent de véritables instruments microchirurgicaux qui s'insèrent facilement dans les supports et sont compatibles avec les microscopes chirurgicaux traditionnels.

Deuxièmement, le système de robot télécommandé.

Dans un système robotique téléopéré, le chirurgien manipule le module maître pour contrôler le module esclave, qui remplace les mains du chirurgien pour manipuler les outils chirurgicaux. Le système intègre la mise à l'échelle des mouvements et le filtrage des tremblements via des algorithmes d'asservissement. De plus, il permet une perception tridimensionnelle en intégrant des algorithmes de retour tactile ou de détection de profondeur à l’extrémité des outils chirurgicaux.

Un exemple typique est le « système chirurgical Preceyes », qui se compose d'un ordinateur, de contrôleurs de mouvement d'entrée, de manipulateurs d'instruments et d'un appui-tête monté sur table d'opération. Conçu pour des performances optimales, le système est doté de liaisons parallélogramme et de contrepoids réglables qui fournissent un RCM mécanique, une protection contre les pannes de courant et un couple de joint minimisé. PSS utilise une mise à l'échelle dynamique pour convertir un mouvement grossier en un mouvement précis sur quatre axes de la pointe de l'instrument. De plus, il utilise des limites de distance basées sur l'OCT pour empêcher les mouvements involontaires et intègre un filtrage des tremblements pour réduire les traumatismes rétiniens iatrogènes. Les autres fonctionnalités incluent un retour tactile, un changement automatique d'instrument, un retour auditif proche de la rétine et un mécanisme de rétraction amélioré pour le retrait immédiat de la sonde en cas d'accident. Ces caractéristiques augmentent la précision et la sécurité et réduisent le risque de lésions accidentelles des tissus.

Troisièmement, des systèmes robotisés exploités conjointement.

Dans un système robotique co-manipulé, le chirurgien et le robot manipulent simultanément les outils chirurgicaux. Le chirurgien manipule directement les outils chirurgicaux manuellement pour contrôler le mouvement, et le robot joue un rôle de soutien, fournissant une compensation auxiliaire des tremblements de la main et permettant aux outils chirurgicaux d'être immobilisés pendant de longues périodes.

Le robot de chirurgie oculaire DiShi Weifeng de DiShi Medical en est un exemple typique. Dans ce système chirurgical, la main maîtresse est le médecin et la main esclave est le robot, qui se déplace selon l'intention du médecin. L'ensemble du processus d'injection est divisé en plusieurs étapes. Tout d'abord, le médecin contrôle le cardan du robot pour le positionnement extraoculaire, puis le positionnement intraoculaire, puis contrôle la poignée pour rapprocher progressivement l'extrémité de la zone de lésion rétinienne. S'il est nécessaire d'injecter des médicaments en position sous-rétinienne, le robot reste immobile et les mains humaines n'interviennent plus, ce qui prend environ 3 minutes. Prenons l'exemple de l'injection de 200 microlitres de solution médicamenteuse. Pendant le processus, le médecin n'a qu'à surveiller le temps, la vitesse et le débit, puis à évacuer l'œil après l'injection. toujours sous la surveillance du médecin, et la prise de décision est également prise par le médecin Do.

Quatrièmement, des systèmes robotiques partiellement automatisés.

Dans un système robotique partiellement automatisé, des procédures ou étapes procédurales spécifiques sont exécutées automatiquement par le robot. Le robot manipule et contrôle directement le mouvement des outils chirurgicaux. Les informations d'image traitées sont fournies au robot sous forme de retour d'information et de guidage. Les informations visuelles sont transmises simultanément au chirurgien, qui peut fournir des commandes prioritaires à tout moment pour superviser des interventions chirurgicales partiellement automatisées.

Dans ce domaine, le système « IRISS » est un exemple typique. Basé sur le système « IRISS », le chirurgien commande à distance le manipulateur esclave via une paire de contrôleurs maîtres personnalisés et obtient des informations visuelles en observant un retour visuel 3D peropératoire via un moniteur tête haute. De plus, le système offre des capacités de filtrage des tremblements et de mise à l’échelle des mouvements pour améliorer les performances de contrôle et la sécurité en chirurgie robotique. Les performances d'IRISS ont été vérifiées dans des yeux de porc isolés, et les chirurgiens ont réalisé avec succès une série d'opérations vitréorétiniennes à l'aide d'IRISS, notamment une capsulectomie du cristallin antérieur, une vitrectomie, une canulation de la veine rétinienne et d'autres interventions chirurgicales complexes.

Cependant, même si de nombreux acteurs explorent, objectivement parlant, la plupart des entreprises en sont encore au stade initial de l’exploration. Par conséquent, l’explosion dans ce domaine doit encore attendre l’arrivée du moment de singularité.

/ 03/ En attendant un moment de singularité

Avant que ces innovations technologiques puissent triompher, une série de problèmes complexes doivent être résolus.

Premièrement, nous avons besoin d’une approche interdisciplinaire pour résoudre efficacement les problèmes dans les domaines cliniques et techniques. Bien que le positionnement logique de la fonction soit très clair (positionnement précis et prévention de la gigue), le matériel approprié doit d'abord être développé. Ce n’est pas une tâche facile. Par exemple, certains robots peuvent nécessiter des fonctions qu’aucun bras robotique existant ne peut répondre à des exigences de précision aussi élevées. Par conséquent, nous devons partir des bases et concevoir en toute indépendance, y compris la construction du système de contrôle et la conception de l’ensemble de la structure mécanique.

Dans le même temps, le processus d’assemblage de ces pièces de haute précision pour répondre aux exigences d’utilisation clinique est également assez compliqué. Par exemple, DiShi Medical a mentionné que lorsque l'œil gauche nécessite une intervention chirurgicale, la machine est placée à gauche ; lorsque l'œil droit nécessite une intervention chirurgicale, le prototype est placé à droite. En pratique, les robots mobiles compliquent la situation. Le défi est que la course de mouvement du robot augmente d'une distance interpupillaire, même si elle ne représente que quelques centimètres, le changement dans la structure mécanique entraîne un changement de poids et la charge correspondante sur le moteur change également... De nombreux composants clés et mécaniques. les structures doivent être repensées.

Deuxièmement, la conception du robot doit répondre aux conditions opératoires du médecin. Les robots n’existent pas isolément. Une compréhension approfondie des besoins et des problèmes des médecins est une question de savoir-faire clé. Par conséquent, les entreprises ont besoin de ressources médicales abondantes. Tout au long du processus de développement, les ingénieurs professionnels doivent travailler en étroite collaboration avec les chirurgiens pour assurer des interactions efficaces. Certaines fonctions qui ne répondent pas aux besoins cliniques doivent également être éliminées. normes pertinentes pour les dispositifs médicaux, et avoir la capacité d'itérer en permanence.

Même si le développement du produit réussit, sa commercialisation ultérieure impliquera de nombreux problèmes, comme la formation des médecins. Fondamentalement, les robots peuvent raccourcir le processus de formation des médecins, par exemple de 10 à 5 ans. Mais il reste encore beaucoup à faire pour gagner la confiance des cliniciens et des patients.

Dans l'ensemble, la performance du produit est un « 1 », tandis que des questions telles que la formation des médecins sont un « 0 ». À l'heure actuelle, la tâche principale des robots de microchirurgie est de résoudre le problème du « 1 », et ce n'est qu'alors qu'ils pourront être qualifiés pour parler de l'accumulation de plusieurs « 0 ».