Les nouvelles pistes de la chirurgie robotique en urologie

09 avril 2009

Mots clés : Chirurgie robotique, urologie, navigation chirurgicale
Auteurs : Sébastien Crouzet, Georges-Pascal Haber
Référence : Progrès FMC, 2009, 19, 3, F80-F85
La chirurgie robotique est un domaine en expansion. Les avancées récentes de la navigation chirurgicale et des nouvelles voies d’abord mini invasives ouvrent de nouvelles perspectives d’application de la robotique en urologie. La chirurgie par trocart unique (single-port) et orifices naturels élargit les applications du robot DaVinci®. Les nouvelles technologies, comme les instruments articulés, la vision tridimensionnelle, les lasers et les approches mini invasives se combinent astucieusement avec la robotique. Le développement de porte-aiguille robotisé, d’urétéroscopes robotiques ainsi que d’instruments « intelligents » multifonctions ouvrent une nouvelle aire chirurgicale. Le concept de biochirurgie et de microrobotique va dans le sens de la miniaturisation.

Introduction

La chirurgie robotique représente le fer de lance de l’innovation et de l’avancée technologique dont l’évolution implique le développement de nouveaux systèmes robotiques, de nouvelles applications et logiciels, ainsi que l’incorporation du guidage par imagerie et d’un système de réalité augmentée. Cet article fait la synthèse des dernières avancées et des recherches en cours dans le domaine de la chirurgie robotique.

Robot flexible : urétéro-rénoscopie robotique

L’utilisation des urétéroscopes flexibles pour la chirurgie rétrograde intrarénale est en constante augmentation grâce aux améliorations apportées à ses différents composants, en particulier l’amélioration des amplitudes de déflexion, l’amélioration des optiques et la miniaturisation du matériel (laser, guides, paniers, optiques) [1, 2].
Récemment, un nouveau système de cathétérisation robotisé (Sensei, Hansen Medical, Mountainview, California, USA) a été développé pour des applications d’électrophysiologie intracardiaque. Ce système a été utilisé en urologie après modification du logiciel et de la configuration cathéter guide. Ce système est constitué :
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    d’une console avec écrans de contrôle et d’une poignée de manipulation ;
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    d’un cathéter orientable ;
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    d’un bras robotisé pour diriger le cathéter ;
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    d’une colonne contenant l’électronique.
L’image en temps réel de l’urétéroscope, l’image de scopie et une représentation dans l’espace de la position du cathéter sont projetées sur les écrans. Il est également possible d’afficher des images provenant d’un scanner ou d’une sonde d’échographie.
La poignée opérateur est orientable en trois dimensions. Le cathéter orientable possède une gaine externe (14F/12F) et un canal interne (12F/10F). Les mouvements de la poignée contrôlent de façon intuitive l’extrémité du cathéter. Le bras robotisé auquel est attaché le cathéter orientable est fixé au bord de la table (). Le cathéter peut être manipulé soit en mode scopie, soit en vision directe depuis l’urétéroscope ou encore par la combinaison des deux. En plus, une reconstitution 3D de l’extrémité du cathéter est affichée à l’écran, aidant au repérage dans l’espace.
Figure 1 : Bras robotique et cathéter orientable.
Ce système fonctionne sur le principe du manipulateur robotique « maître-esclave » permettant un contrôle instinctif, précis et tridimensionnel de l’extrémité du cathéter orientable grâce à la poignée de contrôle de la console. La manœuvrabilité du système n’est pas diminuée lors de l’utilisation de fibre laser de 200 à 365μm. Desai et al. ont employé ce système pour réaliser des traitements de lithiases par laser chez 16 patients. Ainsi, ce nouveau cathéter flexible robotisé permettrait d’élargir les applications et d’augmenter l’efficacité de l’urétéroscopie souple .

Élargissement des indications du robot DaVinci®

Chirurgie robotique par laser en urologie

De nombreux lasers chirurgicaux ont été décrits, plus particulièrement en neurochirurgie, où la préservation fonctionnelle des tissus neuronaux adjacents au champ opératoire est cruciale .
Le laser potassium-titanyl-phosphate (KTP) offre d’excellentes qualités de coupe avec une pénétration tissulaire minime généralement inférieure à 1mm. Quant au laser neodymium-doped yttrium aluminiumgarnet (Nd : YAG), il offre de meilleures qualités hémostatiques mais avec des pénétrations tissulaires plus profondes .
Gianduzzo et al. ont réalisé des prostatectomies robotiques au laser sur dix chiens mâles (19–35kg) à l’aide d’un prototype d’instrument robotique spécifiquement créé pour l’étude. Il s’agissait d’un bras de 5mm du robot DaVinci® S (Intuitive Surgical, Sunnyvale, CA, USA) permettant le passage d’une sonde urétérale de 5F par laquelle la fibre laser était introduite (300μm endfiring Endostat® laser fibre (Laserscope, San Jose, CA, USA)) (). Des filtres de 532nm ont été placés sur la caméra pour éviter la saturation due à la lumière verte du laser. Les dix procédures ont été entièrement réalisées avec le laser. Aucun autre agent hémostatique n’a été nécessaire (clips, électrocoagulation ou ultrasons). L’examen anatomopathologique des pièces opératoires a montré d’une part, une zone de nécrose s’étendant de 0,5 à 1mm à partir du plan de coupe laser avec quelques extensions focales à 1,5mm et d’autre part, des zones touchées par le laser, mais non nécrotiques, à une profondeur de 2mm. Ce bras robotique permet une utilisation multidirectionnelle du faisceau laser sans tremblement .
Figure 2 : Bras robot prototype avec fibre laser.
Nous avons réalisé des néphrectomies partielles laparoscopiques à l’aide du laser KTP-green light chez cinq patients sans clamper le pédicule. Les interventions ont toutes été réalisées avec succès, mais avant une utilisation plus large, deux problèmes techniques doivent être résolus : l’importante génération de fumée et l’hémostase des gros vaisseaux.

Chirurgie robotisée par trocart unique : accès transombilical et transvaginal

Nous avons utilisé une nouvelle voie d’abord par trocart unique (single-port) et chirurgie par orifices naturels (NOTES) chez dix cochons femelles pour réaliser une chirurgie urologique reconstructrice robotisée , afin d’évaluer la faisabilité technique de la combinaison d’un trocart unique transombilical et d’un accès transvaginal en chirurgie robotique. Tous les animaux ont eu une cure de jonction pyélo-urétérale suivie d’une néphrectomie radicale sur un rein puis d’une néphrectomie partielle sur le deuxième rein en alternant le côté. Pour l’accès transombilical, nous avons utilisé un trocart unique (Uni-X (TM) Pnavel Systems, Morganville, NJ) possédant plusieurs entrées à travers une incision de 2cm dans l’ombilic (). Pour l’accès transvaginal, un tube flexible de 20cm (US Endoscopy, Mentor, OH) a été utilisé à travers une incision du cul-de-sac postérieur du vagin réalisée sous vision directe laparoscopique. Pour les interventions sur le rein droit, le bras gauche du robot, ainsi que l’optique étaient introduits par le single-port ombilical et le bras droit, par le trocart vaginal (), et inversement pour le côté gauche. Toutes les pièces opératoires ont été extraites par voie transvaginale après mise en place dans un sac EndoCatch®.
Figure 3 : Trocart unique transombilical permettant l’introduction de l’optique et un bras du robot.
Figure 4 : Installation du robot avec un bras et l’optique insérés en transombilical et l’autre bras inséré en transvaginal.
Toutes les interventions se sont déroulées sans complications et sans recours à une conversion en laparoscopie ou en chirurgie ouverte. La taille moyenne de l’incision à la fin des procédures était de 2,6cm (de 2,4 à 2,9cm). Aucune différence n’a été retrouvée entre le côté droit et le côté gauche en termes de temps opératoire, de temps de suture, de temps d’ischémie chaude ou de perte sanguine. Le robot permet de compenser sans difficulté l’éloignement des deux bras avec à la console, l’impression d’une chirurgie robotique « classique ». Une telle configuration n’est pas envisageable en laparoscopie traditionnelle du fait de l’éloignement des points d’entrée qui implique pour le chirurgien une position bras écartés irréalisable. Cette étude expérimentale est une des premières à utiliser le robot DaVinci® en NOTES et single-port.
Découlant de cette étude expérimentale, ce montage a été utilisé en clinique pour réaliser une prostatectomie radicale, une cure de jonction pyélo-urétérale et une néphrectomie radicale avec un autre single-port (R-Port, Advanced Surgical Concepts, Dublin, Ireland) et le robot DaVinci® S. Le scope et un bras du robot étaient insérés par le single-port (valve de 12 et 5mm) et le deuxième bras par un trocart le long du single-port passant par la même incision cutanée (). Ce montage permet de laisser une des valves de 5mm disponible pour l’aide. Les trois procédures ont été réalisées sans complication ni addition de trocart. Les pièces opératoires ont toutes été extraites par l’incision ombilicale. Les conflits entre les instruments n’ont pas été un obstacle lors de la réalisation des interventions et étaient grandement liés au placement initial des bras.
Figure 5 : Chirurgie robotique par trocart unique.

Chirurgie robotique intraluminale

Le robot DaVinci® a été employé par Desai et al. pour réaliser une chirurgie intravésicale avec un single-port (Quadport, ASC, Bray, Ireland) . Le single-port était introduit dans la vessie après remplissage par sérum physiologique et sous vision directe par cystoscopie. Le sérum salé a ensuite été remplacé par du CO2 et seuls trois bras du robot ont été utilisés, laissant une valve libre pour l’assistant. Les instruments articulés et la vision 3D ont facilité la dissection de la prostate à travers le single-port.
Cette procédure ouvre la voie à la chirurgie robotique intraluminale et même endoluminale pour laquelle l’architecture du robot doit être modifiée et miniaturisée.

Robot porte optique

Le robot porte optique est utilisé depuis plusieurs années, notamment en chirurgie laparoscopique, permettant de libérer un aide opératoire, voire de réaliser des interventions avec un seul opérateur et d’obtenir une image stable et contrôlée par l’opérateur. Nous avons réalisé dix cures de jonction pyélo-urétérales, dix néphrectomies partielles et dix néphrectomies radicales sur cinq cochons femelles avec un robot porte optique laparoscopique, Vicky® (EndoControl, Grenoble, France) (), des instruments articulés (CambridgeEndo, Framingham, USA) et un single-port (TriPort, ASC, Bray, Ireland) inséré en transombilical par une incision de 2cm. Le scope était tenu et dirigé par le robot fixé à la table. Le robot était installé autour du single-port avec l’optique introduite par une des valves de 5mm laissant libre une valve de 5mm et une de 12mm pour l’opérateur (). Le robot est contrôlé à l’aide d’une pédale ou à la voix. Toutes les procédures ont été réalisées par un opérateur unique sans adjonction de trocart et sans conversion en chirurgie ouverte. La taille moyenne de l’incision après fermeture était de 2,7cm (2,4 à 3cm). Le robot a mobilisé le scope sans difficulté avec une image stable. Grâce au faible encombrement du robot, le chirurgien pouvait utiliser tout l’espace extérieur disponible et ainsi éviter les conflits entre les instruments, ce qui est plus délicat lorsque l’optique est tenue par une aide.
Figure 6 : Vue opératoire du système de chirurgie par single-port réalisé par un opérateur unique.
Figure 7 : Installation du robot autour du single-port avec introduction de l’optique dans une valve de 5mm.

Association de nouvelles technologies

Les principaux avantages de la chirurgie robotique sont les instruments articulés et la vision 3D. Une alternative possible est l’association de nouvelles technologies telles qu’un robot porte optique, une caméra 3D et des instruments articulés. Nous avons réalisé une étude dans ce sens sur dix cochons en utilisant :
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    des instruments articulés : le système Radius (Tuebingen Scientific), qui offre des instruments de 10mm avec une extrémité articulée contrôlée par l’inclinaison de la poignée. Une rotation de 360° peut également être réalisée en tournant le bouton au bout de la poignée ().
    Figure 8 : Instruments articulés.
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    une Vision 3D : le système développé par Viking Systems utilise une caméra stéréoscopique avec projection de l’image sur un écran 3D, des lunettes 3D et un casque 3D ().
    Figure 9 : Système de vision 3D.
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    un robot porte optique : Vicky® (EndoControl, Grenoble, France).
Avec ces trois systèmes associés, dix cures de jonction pyélo-urétérale, dix anastomoses urétéro-vésicales et dix néphrectomies partielles ont été réalisées avec succès sur modèle porcin. Il n’a pas été noté de dysfonctionnement des différents instruments .

Échographie transrectale robotisée

Le système a été développé en adaptant une sonde d’échographie (B-K Medical, Denmark) au robot porte optique Vicky® (EndoControl, Grenoble, France). Le logiciel a été modifié pour pouvoir garder en mémoire jusqu’à 24 coordonnées spatiales et répondre aux contraintes de l’échographie transrectale. Les tests réalisés sur prostate fantôme et sur cadavres humains ont démontré la faisabilité de l’échographie avec visualisation de la prostate dans son ensemble, ainsi que la précision des biopsies réalisées sur une cible tumorale, allant de 0,5mm (0,1 à 0,9mm) sur prostate fantôme à 0,6mm (0,2 à 0,9mm) sur cadavre (). Les résultats initiaux sont très encourageants et des essais cliniques sont imminents . Ce robot échographe permet d’envisager la réalisation de biopsies ciblées à partir des images IRM après fusion avec l’image échographique, ainsi qu’un traitement focal de la zone trouvée positive sur les biopsies, dont la position spatiale aura été gardée en mémoire.
Figure 10 : Installation du robot échographe transrectal.
Des travaux sont également conduits sur le développement de systèmes robotisés pour réaliser des biopsies ou des traitements percutanés . Le robot manipule l’aiguille lors de la ponction. Ce type de robot, couplé aux systèmes de navigation chirurgicaux, permet d’envisager le traitement par ciblage direct de la zone à traiter sur l’image de scanner ou d’IRM, déléguant le placement de la sonde d’ablation au robot.

Amélioration de l’imagerie : réalité augmentée

Le système comprend un ordinateur et un système de repérage spatial des instruments chirurgicaux par marqueur magnétique ou optique. Le système fusionne en temps réel les images de l’échographie peropératoire et les images scanner ou IRM acquises en préopératoire. Cette technologie a été utilisée pour réaliser des traitements percutanés (radiofréquence ou cryoablation) de tumeurs rénales. Ce système a aussi été employé en laparoscopie pour aider le chirurgien à appréhender l’anatomie tridimensionnelle à travers le champ opératoire en utilisant le scanner préopératoire et l’échographie peropératoire d’une prostate ou d’un rein. L’image en relief reconstruite est directement projetée sur l’image opératoire (). Le potentiel de ce système est d’indiquer le plan idéal de dissection pour avoir des marges chirurgicales négatives tout en assurant une préservation tissulaire maximale.
Figure 11 : Réalité augmentée, avec projection sur le champ opératoire de l’image reconstruite.

Le futur

Il est tourné vers la combinaison de plusieurs robots compacts contrôlant chacun un instrument, avec intégration d’un retour de force (), vers l’apparition d’instruments chirurgicaux multifonctions avec, par exemple, l’association d’une articulation, d’une pince, d’une fibre laser, d’une source de lumière froide et d’une aspiration et enfin vers la mise au point de robots doués d’initiatives, comme par exemple le suivi automatisé des instruments par la caméra.
Figure 12 : Combinaison de robots compacts contrôlant chacun un instrument.
Avec l’augmentation des vitesses de transfert de données, la chirurgie à distance devient faisable. Ceci offre la possibilité pour le patient d’être opéré dans le centre, près de chez lui, par un expert à distance . D’autres avancées technologiques à l’étude incluent des robots instrumentistes, des robots circulants, des systèmes autonomes, le développement de la biochirurgie et l’utilisation de microrobots [14, 15].

Conflit d’intérêt

Aucun.
Les points essentiels à retenir
  • Les nouvelles voies d’abord par single-port et NOTES ont permis une utilisation modifiée du robot DaVinci®.
  • Apparition de nouveaux instruments robotiques tels qu’un bras doté d’un laser.
  • L’application en urologie de systèmes utilisés par d’autres spécialités permet d’élargir et de développer de nouvelles approches telles que l’urétéroscopie robotique.
  • Apparition et développement de robots compacts porte optique ou échographes.
  • Amélioration des systèmes de guidage chirurgicaux avec projection des images de scanner ou d’IRM directement sur le champ opératoire.
  • Développement d’instruments multitâches capables de réaliser des mouvements autonomes.
  • Les concepts de biochirurgie, de microrobots et de systèmes autonomes deviennent de plus en plus concrets avec de nombreuses études en cours.