Robots et chirurgie : la télé chirurgie ou chirurgie mini invasive: février 2006

La chirurgie gastrique non invasive / Non invasive gastric surgery

EndoGastric Solutions™ Inc est une nouvelle société spécialisée dans le domaine de la chirurgie gastrique par voie endoluminale (c'est-à-dire par les voies naturelles) pour le traitement du reflux gastro-oesophagien et de l'obésité. Basée à Redmond, Washington, USA, elle développe de nouveaux procédés de chirurgie gastrique.

Endoluminal est un terme issu du grec : endon : dedans, et du latin : lumen : lumière. Endoluminal signifie intravasculaire.

Le 15 septembre 2005, le Professeur Guy-Bernard Cadière et son équipe (CHU Saint-Pierre, Université Libre de Bruxelles, ULB, Belgique), ont réalisé une première mondiale : une Fundoplication (traitement chirurgical du reflux) cent pour cent trans-orale (sans aucune incision). Ces derniers mois, 7 patients ont été opérés, bénéficiant de cette nouvelle méthode. Si elle semble prometteuse, il n'en faudra pas moins respecter un délai d'attente d'entre 3 et 6 mois, afin de s'assurer que les résultats opératoires prometteurs actuellement constatés se maintiennent dans la durée.

Existent déjà (par ex.) :

- La reconstruction par tubulisation gastrique (résection de l'estomac avec tubulisation gastrique : sleeve resection / sleeve gastrectomy),
- l’angioplastie transluminale, qui consiste à intervenir sur un vaisseau par le passage d'un ballonnet gonflable. L'angioplastie ou angioplastie coronaire transluminale percutanée (ACTP) est une technique utilisée pour élargir sans chirurgie une artère rétrécie. Le principe de base de l'angioplastie consiste à positionner à l'intérieur de la partie rétrécie de l'artère un cathéter dont l’extrémité est équipée d'un ballon gonflable. Celui-ci est gonflé et écarte la partie rétrécie et la paroi environnante de l'artère. Il ouvre l'artère rétrécie en déchirant et comprimant la plaque et en étirant légèrement la paroi de l'artère.

Un stent peut être installé pour traiter des problèmes digestifs (oesophage) ou cardiaques, comme le dépôt calcaire ou graisseux obstruant un vaisseau.

- La valvuloplastie endoluminale utilise un procédé identique, c'est-à-dire une dilatation par cathéter à ballonnet.

Information on gastrointestinal procedures (patient education) :
==> click here.

EndoGastric Solutions™ Inc is "the pioneer in endoluminal procedures for the treatment of upper gastrointestinal diseases, including gastroesophageal reflux disease (GERD) and obesity. EndoGastric (EG) Solutions' mission is to utilize the most current wisdom in gastroenterology and surgery to develop new trans-oral procedures and products to address the largest unmet needs in gastrointestinal diseases. EG Solutions' initial technologies involve modifying current open surgical and/or laparoscopic approaches but going through the mouth to access the stomach so that no incisions are needed. The company designs and manufactures single use instruments that will enable incision-less solutions, and focuses on clinically based products for use by gastroenterologists, surgeons, and bariatric surgeons."

1.- Reflux gastro-oesophagien :

"Le reflux gastro-oesophagien est un trouble qui provoque la régurgitation du contenu de l'estomac (incluant les sucs gastriques) dans l'oesophage. Le revêtement intérieur de l'oesophage n'étant pas conçu pour résister à l'assaut des sucs gastriques, l'inflammation s'installe, suivie de brûlures et d'autres symptômes d'irritation de l'oesophage. Avec le temps, il peut en résulter des dommages à l'oesophage. Dans le langage courant, on parle souvent de brûlures d'estomac pour désigner le reflux gastro-oesophagien. Chez la plupart des personnes, le problème est causé par un mauvais fonctionnement du sphincter oesophagien inférieur, anneau musculaire situé à la jonction de l'oesophage et de l'estomac. En circonstances normales, le sphincter oesophagien inférieur empêche le contenu de l'estomac de remonter dans l'oesophage, s'ouvrant seulement pour laisser passer la nourriture ingurgitée, jouant ainsi un rôle de valve protectrice. En cas de reflux, le sphincter s'ouvre à des moments inopportuns et laisse sortir les sucs gastriques de la cavité de l'estomac. Les personnes qui souffrent de reflux ont souvent des régurgitations acides après un repas ou pendant la nuit. Ce phénomène de régurgitation est bien connu chez le nourrisson, chez qui le sphincter est immature. Chez la majorité des personnes, les symptômes de reflux sont chroniques et apparaissent par récidives. Les traitements offerts actuellement offrent le plus souvent un soulagement complet, mais temporaire des symptômes. Ils ne permettent pas de guérir la maladie. Une exposition prolongée de l'oesophage aux substances acides peut engendrer une inflammation appelée oesophagite, des ulcères oesophagiens, et parfois un rétrécissement du diamètre de l'oesophage. Quand la situation devient chronique, cela peut conduire à l'oesophage de Barrett. La couleur gris-rose normale des tissus de l'oesophage est alors remplacée par une couleur enflammée rose saumon. Cet état augmente le risque d'adénocarcinome dans l'oesophage, une forme de cancer".

Gastroesophageal reflux disease (GERD) :

"GERD is acid reflux with heartburn that is frequent and severe enough to impact daily life and damage the esophagus. Normally, after swallowing a valve between the esophagus and stomach opens to allow food to pass into the stomach, then closes to prevent reflux of the food back into the esophagus. In GERD, this valve is weakened or absent, causing the acidic digestive juices from the stomach to flow back (or reflux) into the esophagus. The esophagus is not designed to handle the acidic environment of the stomach. This reflux is not only painful and uncomfortable, but can burn the esophagus, cause chronic inflammation, and can lead to major damage and cancer of the esophagus. 'GERD is a serious disease', stated Professor Cadière, 'and reflux more than 3 times per week or more than 20 times per year makes cancer 15 times more likely. About 10 per cent of those with chronic GERD have a pre-cancerous condition and 10 per cent of those progress to cancer'. GERD is one of the most common diseases, with over 60 million Americans experiencing symptoms at least once a month. Over 60 per cent of the elderly have frequent GERD, and over 14 million Americans have GERD so frequently and severely that they experience symptoms every single day."

2.- La chirurgie du traitement de l'obésité, ou chirurgie bariatrique, connaît divers procédés : pour un panorama des principales techniques de chirurgie bariatrique, cliquer ici.

Bariatric surgery : various types of surgery :

"Weight loss surgeries are typically categorized into one of the two following types:

Restrictive: restrictive procedures decrease food intake by creating a small upper stomach pouch to limit food intake.

Malabsorptive: malabsorptive procedures alter digestion, thus causing the food to be poorly digested and incompletely absorbed.

- Vertical Banded Gastroplasty (Restrictive) :

In this surgery, the upper stomach, near the esophagus, is stapled vertically for about 2-1/2 inches to create a small pouch. Next, the outlet from the pouch is restricted by a band or ring that slows the emptying of food and thus creates a feeling of fullness. Food digestion occurs through the normal digestive process.

- Lap Adjustable Gastric Banding (LAGB) (Restrictive)

With the LAGB surgery, a band is placed around the upper most part of the stomach; therefore, separating the stomach into one small and one large portion. Digestion and absorption is normal. The band can be adjusted to increase or decrease restriction, and the surgery can be reversed.

- Biliopancreatic Diversion (BPD) (Malabsorptive)

In this surgery, approximately 3/4 of the stomach is removed. This surgery restricts food intake and reduces acid output. The small intestine is divided, and one end is attached to the stomach pouch to create an alimentary limb. Food moves through the alimentary limb with little absorption of food.

- Biliopancreatic Diversion with Duodenal Switch (Malabsorptive)

This surgery combines a lower level of restriction with a higher degree of malabsorption. Stapling is used to create a sleeve of stomach retaining the natural stomach outlet. The majority of the small intestine is bypassed causing nearly complete malabsorption of food contents.

- Gastric Bypass Roux-EN-Y (Combined Restrictive/Malabsorptive)

In this surgery stapling is used to create a small, upper stomach pouch which restricts the amount of food able to be consumed. A portion of the small bowel is bypassed thus delaying food from mixing with digestive fluids to avoid complete calorie absorption.

Approaches to Surgery :

- Open:
The Open approach procedure involves a long incision that opens the abdomen, which provides the surgeon access.

-Laparoscopic:
In Laparoscopic surgery, a small video camera is inserted into the abdomen allowing the surgeon to conduct and view the process on a video monitor. Both camera and surgical instruments are inserted through small incisions made in the abdominal wall."

Clinic of Digestive Surgery (CDS) at Brussels' St. Pierre University Hospital:
==> CDS website : click here.

==> News: (09/15/2005): "A clinical team led by Professor Guy-Bernard Cadière from the University of Brussels performed the first 100 per cent trans-oral incision-less fundoplication procedures." Read more...

==> "Conception et régulation d'un sytème de téléopération avec retour d'effort en vue d'une application en chirurgie mini-invasive" :

"Le but de ce projet est de concevoir un dispositif de téléopération chirurgical avec retour d'effort et surtout d'en réaliser la régulation. Le dispositif [...] sera élaboré sur la base du système de chirurgie gastrique par voie endoluminale (c'est-à-dire par les voies naturelles)".

Lire la suite : http://saas.ulb.ac.be/teleop.html

==> Visiter le site e-laparoscopy.com pour plus d'information sur la chirurgie coelioscopique et laparoscopique.

==> Get more info on laparoscopic surgery : e-laparoscopy.com.

==> Actualités :
"France : politique industrielle - biotechnologies : deux axes de recherche : nouveaux médicaments et futurs outils chirurgicaux" (article du 18/05/2006, Les Echos) : cliquer ici.

Imperial College of London (UK): current projects on robotic surgery

A vision of the future of healthcare that includes how medical device manufacturers can learn from space technology and the latest on 'surgical' robots has just been presented at the Medical Device Technology Exhibition (MDT) held at Birmingham’s NEC (from 15-16 February 2006).

Explaining how robots could be the intelligent surgeons of the future, Rajesh Aggarwal, from the Department of Biosurgery and Surgical Technology at Imperial College London, has presented a vision of the future where robotic consoles are used in a variety of surgical procedures and mobile ward-based robots, with built-in stethoscopes and Bluetooth technology to transfer data from bedside to Internet.

"The use of robotics in hospitals is already a reality where doctors routinely use remote-controlled robotics to operate in constrained spaces, such as inside the heart, brain, spinal cord, throat and knee. Promising new treatment options using robotic technology have already been developed to help combat threatening diseases. In 2005 a patient at London's Guy's Hospital was the first to undergo a live kidney transplant surgery carried out using robotic technology. Among the advantages of such procedures are the robotic 'arms' which filter even minute tremors of the human hand and are able to perform extremely precise, intricate movements during the procedure and the robot's camera also provides a three-dimensional, stereoscopic image of the body's interior, as opposed to a two-dimensional image on a flat screen."

CURRENT PROJECT:

Video-based augmented reality for the da Vinci™ tele-manipulator system:
"Reduced tissue trauma and faster patient recovery are some of the advantages of minimally invasive surgery. However, standard laparoscopy imposes new limitations on the surgeon: an unnatural environment in which the surgeon has reduced dexterity, the loss of the eye-hand axis and reduced depth perception. The desire to overcome such disadvantages motivated the design and development of robotic minimally invasive surgical systems. Although most of these shortcomings have been tackled, the issue of a restricted field of view remains. One method to improve visualization during surgery is by using Augmented Reality (AR). AR enhances reality by combining simulated objects with the real world scene. Performed in real time, this technique aims to provide supplementary information to enable the user to accomplish complex tasks. In the context of minimally invasive surgery, AR can provide the surgeon with valuable overlays of pre-operatively acquired imaging data that can be used to facilitate navigation, guide to a target and/or avoid vital structures. The aim of this project is to implement video-based AR facilities for the da Vinci™ surgical system. The da Vinci™ system is a tele-manipulator that allows the surgeon to remotely perform minimally invasive surgery while seated at the master console. It presents a three-dimensional view of the surgical field through a binocular display. Successful calibration of the camera and slave manipulators is followed by a registration step to produce the desired overlays. Tracking of surgical instruments is then used to model tissue deformation resulting from the tissue-tool interaction and to update the overlays accordingly."

Source:
Imperial College of London, Department of Biosurgery and Surgical Technology:
=> Current projects
=> Visualisation and augmented reality

Link to the article "Imperial College of London (UK): robotic surgery" on the News Blog:

==> click here.

Urologie : coelioscopie et chirurgie robotique : développer le don d'organes à partir de donneurs vivants ?

=> Le Professeur Clément-Claude Abbou, chef du service d'urologie à l'hôpital Henri-Mondor, Créteil, explique le passage de la chirurgie invasive à la chirurgie mini-invasive. Pour lire son article, cliquer ici.

=> Qu'est ce que la chirurgie "laparoscopique", la chirurgie "coelioscopique" et la chirurgie robotique ? En savoir plus...

=> Suite à mon article : Prélèvement d'un rein sur donneur vivant en chirurgie mini invasive, du 7 juin 2005, j'ai posé la semaine dernière à quelques chefs du service d'urologie des Hôpitaux Publics (AP-HP) les questions suivantes :

- Quelle est l'importance de l'activité de prélèvement d'un rein sur donneur vivant pour votre hôpital ? Le prélèvement est-il essentiellement effectué à l'aide des nouvelles technologies en chirurgie mini-invasive, c'est-à-dire à l'aide de la chirurgie robotique ?

[Pour rappel, la chirurgie mini-invasive, pour le prélèvement d'un rein sur donneur vivant, permet au donneur de bénéficier d'une opération laissant moins de cicatrices, pour un temps de récupération plus court et moins de douleurs post-opératoires].

- Le prélèvement d'organe (rein) sur donneur vivant en vue de transplantation est-il un mode de prélèvement que vous souhaitez voir se développer, ou préférez-vous privilégier le prélèvement de reins sur donneur en état de mort encéphalique ?

==> La réponse du Professeur Benoît Barrou, spécialiste de la transplantation rénale au CHU de la Pitié-Salpêtrière (Paris) :

"Pour ce qui est du donneur vivant, activité que le Docteur Christophe Vaessen, département d'urologie, urologie et robotique chirurgicale, et moi-même assumons ensemble, cela représente en fonction des années entre 12 et 20% des transplantations. Notre objectif est d'être régulièrement à 20-25%. Pour le moment les prélèvements sont réalisés "à ciel ouvert" [avec les méthodes de la chirurgie traditionnelle invasive] mais nous nous préparons à introduire la coelioscopie et peut-être la chirurgie robotique mais cela n'est pas encore formellement programmé".

==> La réponse du Docteur Christophe Vaessen, département d'urologie de l'hôpital de la Pitié-Salpêtrière, responsable du programme de chirurgie robotique (mini-invasive) :

"Voici quelques renseignements concernant notre activité de chirurgie robotique à la Pitié-Salpêtrière. J’ai commencé ce programme il y a un an, après une expérience importante en chirurgie laparoscopique, dont environ 200 prostatectomies (ablation de la prostate, traitement chirurgical du cancer de la prostate) en coelioscopie dite 'classique'. Nous avons réalisé plus de 30 interventions dont environ 20 prostatectomies radicales. Ceci représente pour l’instant une journée opératoire par semaine. La majorité des prostatectomies restent réalisées en laparoscopie classique. Notre volonté est de développer cette activité et de réaliser la majorité des prostatectomies radicales et des jonctions pyélo-urétérales avec l’aide du système de chirurgie assistée par ordinateur (système de chirurgie robotique) da vinci™.

Pour ce qui est du prélèvement d'un rein sur donneurs vivants, j’avais développé la voie laparoscopique lorsque j’étais au CHU Rangueil à Toulouse. Nous devrions débuter d’ici peu le prélèvement laparoscopique à la Pitié-Salpêtrière. Ayant une bonne expérience en coelioscopie standard pour le prélèvement rénal, je ne privilégie pas pour l’instant l’utilisation du système de chirurgie assistée par ordinateur da vinci™.

Dans ce cadre, un des problèmes reste la durée d’ischémie chaude significativement plus longue dans les séries de prélèvements en chirurgie robotique, en comparaison avec la chirurgie coelioscopique 'classique', et le rôle important laissé à l’aide opératoire notamment pour l’agrafage des vaisseaux".
[NB : l'ischémie est l'interruption de l'irrigation sanguine d'un organe.]

Pour plus d'information sur la conservation des organes, cliquer ici.

"En normothermie (37 °C) I’interruption de la vascularisation d’un organe (ischemie) entame la nécrose cellulaire rapide. L’ischemie chaude, lorsque l’organe n'est plus perfusé par le sang du donneur mais n'est pas encore réfrigéré, est une periode très mal tolérée et ne doit pas dépasser quelques minutes. La protection des organes contre les lestons dues a l’ischémie chaude repose sur la réfrigération, car la diminution de la température des tissus entraîne un effondrement de leurs besoins énergétiques (les besoins en O2 à 5°C sont a 5 pour cent de leur valeur a 37°C). L’ischemie en hypothermie ou ischemie froide dure depuis le lavage réfrigérant de l’organe jusqu’a sa reperfusion chez le receveur. Elle ne stoppe pas totalement le métabolisme cellulaire, mais ralentit les vitesses des réactions enzymatiques et retarde la mort cellulaire". Professeur Didier Houssin, directeur de la politique médicale à l'Assistance Publique des Hôpitaux de Paris, in : "Traité de Médecine", 3ème édition, éd. Flammarion, septembre 1996. Auteurs : D. HOUSSIN ET F. FILIPPONI.

Institut de Recherche contre les Cancers de l'Appareil Digestif (IRCAD)

"Conscient, en 1993, du passage inéluctable et rapide de la médecine de l'ère industrielle à l'ère de l'information, le Professeur Jacques Marescaux créait une structure privée originale dédiée à la valorisation de la recherche fondamentale contre le cancer (IRCAD) et au développement des nouvelles technologies informatiques dans le monde médical (EITS).

L'idée était de construire un centre où chirurgiens, médecins, chercheurs, ingénieurs et informaticiens pourraient conjuguer leur énergie sur un même site".

"In 1993, Professor Jacques Marescaux felt that medicine as a science was undergoing profound changes, switching from the industrial era into that of the information era. In this context, he created an original private institute, dedicated to improving the status of basic research against cancer (IRCAD) and developping new computer technologies in the field of medicine (EITS).

The idea was to create a center where healthcare professionals, surgeons, physicians, researchers, engineers and computer scientists could combine their energies in a dedicated and dynamic institute.

Since 1994, IRCAD-EITS has made itself known as a prestigious center of excellence in the fields of basic and applied research, and new surgical technologies."

==> Chirurgie robotique à l'IRCAD : cliquer ici.
==> Robotic surgery at IRCAD: click here.

==> L'Alsace Biovalley dans l'actualité : journal du CNRS.
==> lire l'article dans le Blog des News internationales : cliquer ici.

La robotique médicale à l'université Louis Pasteur de Strasbourg

En partenariat avec le CNRS :

Voir les travaux de l'équipe Automatique, Vision et Robotique (Equipe AVR) :

==> Robotique médicale

==> Chirurgie cardiaque robotisée : "Une opération chirurgicale est dite mini-invasive lorsque l'abord chirurgical se fait par de petites incisions et non 'à ciel ouvert'. Pour le chirurgien, la vision directe du site opératoire est remplacée par une image 2D sur un écran via un endoscope (ou éventuellement 3D avec une tête stéréoscopique), avec les limitations que cela induit : éclairement imparfait, zones d'ombre, perception du relief difficile (dans le cas 2D), champ de vision limité avec des risques d'occlusion. Les instruments chirurgicaux utilisés offrent les mêmes fonctionnalités que les instruments conventionnels".

"Pour réussir ce challenge [de l'opération à coeur battant, en chirurgie robotique], la chirurgie cardiaque à coeur battant passera nécessairement dans les prochaines années par une plus grande assistance robotisée des gestes".

Source :
http://eavr.u-strasbg.fr/index.php

Chirurgie mini-invasive robotisée à coeur battant :

Par Jacques Gangloff, EAVR, Université Louis Pasteur, Strasbourg :

"La chirurgie cardiaque, comparée à d’autres types de chirurgies, présente la particularité d’être très minutieuse tout en étant pratiquée sur un organe naturellement en mouvement. Or, réaliser des gestes précis sur une structure en mouvement s’avère très difficile, voire impossible. C’est pourquoi ce type de chirurgie se pratique habituellement sur coeur arrêté ou du moins stabilisé.
En chirurgie cardiaque mini-invasive robotisée, les instruments sont insérés au travers de petites ouvertures inter-costales et sont guidés depuis l’extérieur par des bras robotiques télémanipulés. Avec un tel système, il est possible de réaliser des gestes d’une grande précision, notamment grâce aux propriétés de démultiplication et de filtrage des systèmes de télémanipulation. Des opérations de chirurgie cardiaque ont été réalisées avec les systèmes Zeus™ et da Vinci™ sur coeur arrêté en utilisant le système HeartPort™ ou sur coeur battant en utilisant un stabilisateur totalement endoscopique (comme l’Octopus TE de Medtronic®). Néanmoins, l’idéal serait que le robot suive automatiquement le coeur battant non stabilisé de manière transparente pour le chirurgien qui pourrait se concentrer sur la tâche utile. Nous pensons qu’un tel suivi n’est pas possible avec les systèmes Zeus™ ou da Vinci™ car ils sont trop lents.

Par ailleurs, en chirurgie cardiaque, plus que dans d’autres chirurgies, l’information d’effort est cruciale à cause de la minutie des gestes à effectuer — une artère coronaire fait 2 mm de diamètre, un fil de suture pour une anastomose fait 8/100 de millimètre — et afin d’éviter toute rupture ou déchirure. C’est pourquoi il faudrait que ce système idéal puisse restituer fidèlement les efforts utiles d’interaction dus aux gestes du chirurgien tout en filtrant les efforts dus aux battements cardiaques et aux mouvements respiratoires. Ceci passe également par la conception d’un système dédié équipé d’un capteur d’effort miniature placé de telle sorte que l’on puisse faire ressentir au chirurgien les interactions de ses instruments avec l’organe manipulé."

D’où le double objectif :

"1. Suivre le cœur qui bat de manière transparente pour le chirurgien qui aurait l’impression d’opérer un cœur virtuellement stabilisé. Ce mode autonome pourrait exploiter les mesures des efforts d’interaction et les informations visuelles.
2. Restituer au chirurgien de manière fidèle les efforts utiles d’interaction de l’outil avec les tissus tout en filtrant les composantes de la mesure d’effort dues aux battements."

Source :
eavr.u-strasbg.fr/fr/teaching/files/sujet_jacques.pdf
(copier et coller le lien ci-dessus dans votre barre de navigation pour télécharger le document PDF)

Thèse de doctorat de Jacques Gangloff : "Avertissements rapides d'un robot manipulateur à 6 degrés de liberté" :

==> cliquer ici.