Oasis futuriste

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June 18, 2017 17:17

Dans le désert du Néguev, des chercheurs travaillent sur une médecine du futur, en imaginant des robots médicaux et chirurgicaux qui s’apprêtent à bouleverser procédures et traitements




Le Dr Ilana Nisky travaille au développement du sens tactile des robots

Le Dr Ilana Nisky travaille au développement du sens tactile des robots. (photo credit:DANI MACHLIS/BGU)

Avec son paysage biblique et ses traces de civilisations millénaires, le désert du Néguev ne semblait pas, a priori, l’endroit idéal pour accueillir des entreprises futuristes. Pourtant, c’est bien sur cette terre aride, poussiéreuse et isolée au sud d’Israël, que de jeunes entreprises innovantes et des experts en robotique ont choisi de s’installer pour y faire éclore un centre de recherche sur les technologies de pointe, envié dans le monde entier.

A côté des entreprises de high-tech, le Néguev accueille aussi l’université Ben-Gourion (BGU), qui abrite une multitude de chercheurs et d’ingénieurs dans le secteur de la robotique appliquée notamment à la médecine. Ce domaine innovant a pour vocation de créer des machines autonomes qui assistent le personnel de santé (infirmiers, médecins, chirurgiens…) afin d’optimiser les procédures médicales, ainsi que les traitements et la rééducation. Plusieurs centaines d’experts – ingénieurs mécaniques, électroniciens, experts en robotique, médecins, spécialistes du cerveau, informaticiens, et même philosophes – joignent leurs efforts dans les laboratoires de l’université pour concevoir, construire, et tester des robots médicaux.

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Le Pr Hugo Guterman, responsable du laboratoire de robotique autonome à la BGU, confirme que son département planche sur une multitude de projets. Le Pr Amir Shapiro, membre du département d’ingénierie mécanique, fait toutefois remarquer que « la technologie dans le domaine de la robotique a progressé plus lentement que prévu ». « Nous avions fondé de grands espoirs dans cette science et nous imaginions des robots dans de nombreux domaines dès l’an 2000, mais ce n’est pas encore le cas. Cependant, les perspectives sont bonnes », ajoute-t-il.

Un domaine prometteur

La robotique n’était pas le secteur de prédilection du Pr Guterman. Il avoue même s’être engagé dans ce domaine « par erreur ». Mais très vite, son intérêt s’est aiguisé, et aujourd’hui, il se déclare véritablement passionné par cette science, qui permet, selon lui, « d’améliorer ce que la nature nous a donné et d’aider les gens en apportant des solutions qui n’auraient pas pu exister sans l’intervention de robots ». Pour les novices, la robotique médicale s’apparente souvent à de la science-fiction, mais elle a déjà fait ses preuves dans de nombreux domaines. Le professeur cite ainsi plusieurs exemples de machines automatiques qui, utilisées en médecine et en chirurgie, ont considérablement amélioré le bien-être des patients, la sécurité des actes et la manière de réaliser les opérations. Certains traitements, impossibles auparavant, ont également vu le jour grâce à l’utilisation de robots.

L’appareil automatisé de la société israélienne Mazor Robotic, qui assiste les chirurgiens dans les opérations sur la colonne vertébrale, en est une parfaite illustration. L’histoire de Mazor a commencé après des recherches menées dans le laboratoire de robotique de la faculté d’ingénierie mécanique du Technion de Haïfa. Grâce à son système de guidage, ce robot a révolutionné la chirurgie rachidienne, une des plus délicates qui soient, car elle exige une précision extrême. Le système conçu par Mazor permet de créer un environnement en 3D qui guide les instruments du chirurgien tout au long de la procédure jusqu’au placement d’implants, avec une précision d’1,5 millimètre.

Autre innovation célèbre utilisée dans le monde entier, le « Balance Tutor » (aide à l’équilibre), un appareil automatisé qui permet aux patients, notamment les personnes âgées, de ne plus perdre l’équilibre et d’améliorer leur vie quotidienne. Conçu par le Pr Itzik Melzer, docteur en physiothérapie, ce système de rééducation analyse, grâce à de multiples senseurs, la posture de chaque patient ainsi que sa démarche lors d’exercices sur un tapis roulant, et détermine ensuite comment améliorer son équilibre. Cette technologie, brevetée par la société Meditouch dont le siège social est à Netanya, est vendue désormais à des hôpitaux, cliniques, centres de rééducation de par le monde.

Réduire la douleur,diminuer les risques


Améliorer l’efficacité des prises de sang, des poses d’intraveineuses et réduire la douleur est un autre défi qui a été relevé début 2017 par un système robotique créé par la société israélienne Xact Medical, en collaboration avec l’hôpital pédiatrique de Cincinnatti aux Etats-Unis. Celle-ci a conçu un mécanisme facilitant l’insertion des aiguilles dans les veines lors des prélèvements sanguins ou de l’alimentation par intraveineuse. L’appareil dénommé FIND (Fast intelligent needle delivery), utilise la robotique et les ultrasons pour guider et insérer l’aiguille dans le corps du patient, en réduisant au maximum les risques. « Les erreurs lors de prises de sang et poses d’intraveineuses sont courantes, car ces procédures ne sont pas faciles », fait remarquer le Pr Guterman, dont le département a également collaboré à ce projet. « La procédure réussit du premier coup dans seulement 70 % des cas. Quelque 300 personnes meurent chaque année aux Etats-Unis d’infections et de complications suite à une mauvaise manipulation des aiguilles », souligne-t-il.

Le nouvel outil, qui rassemble aiguille et échographie dans un même appareil, ressemble à une manette de jeu. Il permet au personnel hospitalier d’effectuer un placement précis et rapide – en moins de 30 secondes – d’une aiguille au bon endroit et d’augmenter ainsi les chances de réussite dès le premier essai.

Une technologie qui devrait être développée pour d’autres actes médicaux comme les biopsies, la chimiothérapie et l’administration de médicaments par intraveineuse. Les chercheurs de la BGU travaillent sur ces nouvelles applications. « Dans le cas des intraveineuses, les médecins sont devant une équation difficile à résoudre : ils ne savent pas exactement où le produit est injecté et les traitements sont de ce fait moins efficaces qu’ils ne pourraient l’être. Mais si vous réussissez à injecter le médicament au même endroit à chaque fois, vous pouvez ainsi réduire la quantité administrée, et faire en sorte que le traitement ait plus de chance de réussir », explique le Pr Guterman.

Le champ d’intervention des robots est infini. La rééducation physique après un traumatisme fait aussi partie de ses nombreuses utilisations. Il n’y a pas suffisamment de physiothérapeutes ; en conséquence, de nombreux malades et accidentés doivent attendre très longtemps avant d’être pris en charge ; ils sont donc bien souvent obligés de pratiquer leurs exercices de rééducation seuls à la maison, sans surveillance. Ce manque de suivi conduit nombre d’entre eux à abandonner leur programme de rééducation, ou à le suivre sans conviction. Au final, le résultat n’est donc pas satisfaisant : leur rétablissement est plus lent ou ne survient même jamais.

« Maintenant, supposez que vous soyez capable de faire les exercices prescrits par votre physiothérapeute seul chez vous, mais en sachant que celui-ci vous surveille à distance, grâce à un système automatisé qui permet l’échange d’informations en temps réel. Le praticien pourrait ainsi réagir dès qu’un exercice est mal fait et modifier le programme après chaque séance, ce qui augmenterait la qualité de la rééducation, et réduirait la période de convalescence », explique Hugo Guterman. Le concept, imaginé dans le laboratoire du professeur, est déjà au point, il faut maintenant produire ce système robotisé.

D’autres innovations sont nées dans les laboratoires de l’université Ben Gourion. C’est le cas du système PillCam, une technologie d’imagerie qui permet de visualiser le système digestif au moyen d’une micro caméra insérée dans une capsule avalée par le patient. Ce procédé, mis au point et commercialisé par l’entreprise israélienne Given Imaging, est utilisé de plus en plus couramment dans les examens du tube digestif. L’entreprise travaille désormais sur une nouvelle génération de capsules pour explorer l’intestin grêle. Le praticien guidera le passage de la capsule dans l’intestin du patient, et pourra aussi décider de l’arrêter pour qu’elle lui transmette l’image d’un endroit précis. Il pourra également contrôler sa vitesse de passage, tout ceci au moyen d’un joystick.

Des robots avec des mains


Améliorer la performance des robots pour qu’ils puissent avoir des capacités physiques proches de celles des humains, est un défi sur lequel travaille Amir Shapiro. Il étudie la manière d’améliorer les capacités de  préhension des robots pour leur permettre d’être plus précis quand ils manipulent des objets. Pour l’instant, ils disposent à leurs extrémités de sortes de pinces qu’Amir Shapiro rêve de pouvoir remplacer par des mains. Ainsi le robot contrôlera mieux ses mouvements et sera plus adroit. De telles capacités seront tout particulièrement utiles dans le domaine de la chirurgie : les robots pourront ainsi assister physiquement le chirurgien, et par exemple l’aider à saisir les organes du patient.

Après la main, les chercheurs travaillent sur un système qui permettra au robot de disposer du sens du toucher. Autre enjeu de taille, auquel s’attelle le Dr Ilana Nisky. Depuis son laboratoire au centre de recherche robotique de la BGU, elle étudie avec son équipe le moyen de développer le sens tactile des robots, grâce à l’emploi de capteurs qui leur permettront de mieux percevoir et sentir ce qu’ils font. En amont, il s’agit de comprendre « comment le cerveau de l’homme réussit à contrôler les mouvements des mains, à gérer la sensation tactile, et comment l’information est transmise au cerveau, pour créer le même processus chez les robots », explique-t-elle. L’objectif est de concevoir des logiciels qui permettront aux chirurgiens d’analyser les informations transmises par les robots lorsque ceux-ci interviendront dans les procédures chirurgicales.

Les avantages de ces logiciels sont multiples, car ils faciliteront et réduiront la durée des procédures chirurgicales. « Lors d’une cœlioscopie standard (exploration de la cavité abdominale), le chirurgien utilise un long instrument (sorte de télescope) difficile à manipuler », explique Ilana Nisky. « Les chirurgiens sont limités dans leurs mouvements. Ils ont besoin d’une assistance pour tenir la caméra et la déplacer quand ils manient leurs instruments ». « Avec la robotique chirurgicale vous êtes bien plus libre de vos mouvements et vous disposez d’une meilleure vision avec l’environnement 3D. Ce sont d’énormes avantages, mais en revanche, vous n’avez pas la sensation tactile, vous ne sentez pas concrètement ce que vous faites », souligne-t-elle. C’est sur cette lacune technologique que travaille l’équipe d’Ilana Nisky.

Opérer à distance

On peut également imaginer qu’à l’avenir, le chirurgien et le patient n’auront même plus besoin de se trouver dans la même pièce : le praticien manipulera un robot guidé à distance. Ceci n’est pas de la science-fiction. Une telle expérience de « télé-opération » a déjà eu lieu le 7 septembre 2001. Une femme de 68 ans a été opérée de la vésicule biliaire alors qu’elle se trouvait au centre hospitalier universitaire de Strasbourg, tandis que son chirurgien se trouvait à des milliers de kilomètres… à New York. Une première mondiale réalisée par le Pr Jacques Marescaux, qui a manipulé le bras d’un système robotisé. La liaison entre le robot et le chirurgien était assurée par un réseau de fibres optiques à haut débit fourni par France Telecom. « Cette expérience démontre la faisabilité d’un acte chirurgical à distance. Elle permet d’envisager une nouvelle ère dans les procédures », avait alors indiqué le Pr Marescaux. Cette opération en forme d’exploit a d’ailleurs été baptisée Lindbergh, du nom de l’aviateur Charles Lindbergh, premier homme à avoir traversé l’océan Atlantique sans escale. « Des interventions telles que celle de Strasbourg vont se développer. Il n’y aucune raison pour que cela ne fonctionne pas », affirme Ilana Nisky.

Si les défis technologiques peuvent être relevés, il reste néanmoins de nombreuses interrogations sur l’aspect financier, éthique et législatif dans l’utilisation de robots. « Je ne pense pas que nous soyons déjà entrés dans une révolution médicale », relativise Hugo Guterman. « Il faudra du temps pour que l’intervention de robots soit totalement acceptée. » Plusieurs obstacles devront être franchis, le premier étant le coût financier pour les centres hospitaliers désireux d’utiliser ces machines. Toute la période de tests sera également extrêmement coûteuse, et il faudra démontrer la fiabilité de ces systèmes et leur utilité. D’importantes sommes d’argent devront également être investies pour la production et la commercialisation de ces mécanismes robotiques. Sans compter qu’il faudra obtenir les autorisations de mise sur le marché et passer à travers les fourches caudines de la puissante FDA (Food and Drug Administration), l’agence sanitaire américaine de contrôle du médicament, une procédure qui peut aller de six mois à plusieurs années. Ensuite viendra la période de formation pour le personnel médical. Il faut s’attendre aussi à ce que certains médecins soient réticents, craignant que les robots puissent, à terme, les remplacer.

Des problèmes éthiques

Pour Hugo Guterman, ces inquiétudes n’ont pas lieu d’être. « Les robots ne remplaceront jamais les praticiens, car ils ne peuvent tout simplement pas interagir avec les patients », affirme-t-il. « Dans la plupart des cas, les docteurs ne traitent pas simplement les malades en fonction des connaissances acquises dans les manuels ou au cours de leur expérience, mais également en fonction des informations qu’ils reçoivent suite au dialogue avec les patients. Rien ne remplacera jamais le jugement humain. », fait-il remarquer.

Bon an mal an, le corps médical n’aura vraisemblablement pas le choix, et se verra obligé, à terme, d’utiliser de telles machines autonomes dont les avantages sont indéniables. Tout comme les journaux ne peuvent plus se passer de posséder des sites Internet, et tout comme les étudiants ont impérativement besoin de leurs ordinateurs, la robotique médicale va se développer et devenir indispensable. Le Pr Guterman estime ainsi qu’il serait temps que la société en général et le corps médical en particulier s’emploient à réfléchir aux problèmes éthiques liés à l’usage des robots, plutôt que de perdre du temps à tenter de freiner leur développement.

De nombreuses questions vont en effet se poser avec l’amélioration des performances des machines autonomes. A l’heure actuelle, les robots ne sont pas assez sophistiqués pour prendre des décisions de vie ou de mort. « Mais nous devons nous interroger, car dans l’avenir, grâce à leurs nouvelles compétences, ils seront peut-être capables de le faire.

Est-ce que nous les autoriserons à prendre de telles décisions ? La question se posera un jour ou l’autre. Ce n’est pas de la science-fiction, nous n’en sommes déjà pas très loin », souligne le professeur, citant l’exemple des robots qui pourront assister le corps médical dans l’implantation d’embryons, et qui seront également susceptibles de décider lesquels implanter ». Autre exemple : « Imaginons un nouvel attentat de grande ampleur comme le 11 septembre aux Etats-Unis, et que des robots soient envoyés sur les lieux de la catastrophe pour procéder aux premiers soins, et évacuer les gens en détresse. Supposons que ces robots aient la capacité de faire le tri, c’est-à-dire savoir, grâce à un calcul de rationalité, quelles personnes parmi les blessés ont le plus de chance de survivre et méritent donc d’être secourues en premier. Comment réagirons-nous ? Permettrons-nous aux robots de décider seuls ? », s’interroge le professeur.

D’autres problématiques vont se poser avec le développement des robots dans le cadre de télé-opérations, ajoute Ilana Nisky. De quel pays le chirurgien devra être diplômé pour exercer à distance, qui sera responsable en cas de problème (l’ingénieur ou le chirurgien), comment seront répartis les coûts ? Les pays devront adapter leur législation à ces nouveaux défis.

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