La chirurgie de demain

06/05/2016
Publication REE REE 2016-2
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2016-2:16483
DOI : http://dx.doi.org/10.23723/1301:2016-2/16483You do not have permission to access embedded form.
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La chirurgie de demain

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REE N°2/2016 25 La chirurgie de demain L'ARTICLE INVITÉ Surgical innovation relies on two criteria, patient safety and quality of life, which both require a drastic decrease in surgical trauma. Several advances towards less invasive approaches are simultaneously underway in all the fields of surgery, interven- tional radiology, and endoscopy. Minimally invasive surgery offers real benefits to patients in terms of postoperative results. A novel concept of cybertherapy has been created through the development of computer science and robotics, which aims to combine man and machine. In addition, the combination of surgery, endoscopy, and interventional radiology into one hybrid treatment modality, namely image-guided minimally invasive surgery, holds great promises. In this article, the linchpins of these new paradigmatic shifts are briefly outlined, and we them in light of our own experience and our vision of the future ABSTRACT JACQUES MARESCAUX1, 2 MICHELE DIANA1, 2 1 IRCAD, Institut de recherche contre les cancers de l’appareil digestif, Strasbourg 2 IHU strasbourg, Institut de chirurgie mini-invasive guidée par l’image, Strasbourg Introduction D epuis environ trois décennies, l’avènement des techniques mini-invasives a profondé- ment révolutionné la pratique de la chirur- gie. La chirurgie mini-invasive se pratique à travers de petites incisions permettant l’introduction d’une caméra et de micro-instruments. Cette approche génère un traumatisme moindre et des bénéfices largement prouvés pour le patient en termes de réduction de la douleur et de morbidité post-opératoire, tout en respectant les principes fondamentaux de la chirurgie « classique ». Le développe- ment des techniques mini-invasives a été influencé par les progrès spectaculaires des dispositifs chirurgicaux, notam- ment des caméras à haute définition et de nouveaux instru- ments utilisés pour disséquer et coaguler les tissus. Des progrès également impressionnants ont été observés dans le domaine de la radiologie, qui a pris un tournant inter- ventionnel. Les techniques d’imagerie modernes permettent d’obtenir des clichés très précis du corps humain et nom- breuses pathologies qui autrefois nécessitaient une exérèse chirurgicale peuvent désormais être abordées par les radiolo- gues interventionnels à l’aide de cathéters circulant dans les vaisseaux sanguins ou d’aiguilles percutanées réalisant des ablations guidées par l’image. De même, l’endoscopie gastro-intestinale a subi une mutation profonde en passant d’un outil dédié au seul dia- gnostic à une plate-forme d’intervention dans ou à travers la lumière intestinale. Les cancers gastro-intestinaux précoces peuvent ainsi être traités efficacement par des résections en- doluminales (comme par exemple, une résection muqueuse endoscopique ou une dissection sous-muqueuse endos- copique), en ambulatoire plutôt que par abord chirurgical. Ce glissement de l’exérèse radicale d’un organe à la résection d’une pathologie ciblée, avec préservation de l’organe, per- met de réduire la morbidité et la mortalité. La fusion de la chirurgie mini-invasive, de l’endoscopie et de la radiologie interventionnelles en une modalité de traite- ment hybride, à savoir la chirurgie mini-invasive guidée par l’image, pourrait allonger la liste des pathologies pouvant être prises en charge par traitements ciblés non-invasifs. En 2012, nous avons lancé à l’IHU de Strasbourg, une fondation scientifique, dédiée à la recherche clinique fonda- mentale et translationnelle autour de thérapies guidées par l’image : notre objectif était et demeure de développer une nouvelle discipline hybride et de concevoir un programme d’enseignement permettant de promouvoir le profil d’un nouveau médecin, en intégrant les compétences d’un chirur- gien mini-invasif, d’un radiologue interventionnel et d’un endoscopiste. Les techniques mini-invasives ne sont pas intuitives et nécessitent un entraînement spécifique pour surmonter les défis intrinsèques. Par exemple, dans la chirurgie mini- invasive, l’opérateur est confronté à une perte de la proprio- ception haptique et du sens de la profondeur, étant donné que l’axe main-œil est désuni et que le champ opératoire est visualisé à travers un moniteur bidimensionnel. De plus, le retour d’information tactile est très limité, ce qui entraîne une perte d’informations, comme par exemple celles d’une raideur tissulaire, de la présence d’un nodule ou d’une pul- sation vasculaire. En endoscopie flexible, la difficulté prin- cipale avec les instruments actuellement disponibles, est d’obtenir une exposition correcte du « champ opératoire » et une traction-contretraction suffisante sur les tissus. Ces contraintes augmentent les temps opératoires ainsi que les risques de perforation et d’hémorragie. En radiolo- gie interventionnelle, le déplacement des organes dû à la ©EranaianIRCAD 26 REE N°2/2016 L'ARTICLE INVITÉ respiration rend difficile la réalisation d’ablations ou de biop- sies percutanées ; par ailleurs les cathéters actuels pour les techniques endovasculaires disposent de très peu de degrés de liberté. L’informatique et la robotique ont mis au point des tech- nologies qui permettent d’optimiser ces limites de la chirur- gie mini-invasive. Le concept de thérapie assistée par ordina- teur (un mélange d’automatisation robotisée et de guidage par l’image) vise à faciliter ces techniques et à optimiser les performances de l’opérateur. Quels sont les principaux défis et les solutions potentielles? L’expérience accumulée au sein des instituts strasbour- geois dans lesquels nous travaillons, l’Institut de recherche contre les cancers de l’appareil digestif (IRCAD) d'une part, l’Institut de chirurgie guidée par l’image d’autre part, nous a conduits à formuler les quatre défis auxquels est confrontée notre pratique chirurgicale. Défi numéro 1 : une navigation optimisée pour des traitements ciblés et personnalisés utilisant la réalité virtuelle et/ou augmentée – L’œil augmenté L’informatique permet de naviguer virtuellement dans l’anatomie du patient et, grâce à la réalité virtuelle (RV), d’identifier les structures importantes, les plans de dissection et les marges de résection. Les logiciels de RV à visée médi- cale sont désormais capables d’élaborer un modèle virtuel 3D du patient à partir d’images en format DICOM (imagerie numérique et communication médicale) obtenues à partir d’un scanner ou de clichés IRM. Le modèle virtuel en 3D permet ainsi de réaliser une ex- ploration virtuelle du corps humain et de déceler des détails anatomiques difficiles à repérer sur des clichés classiques. Un traitement ciblé, qu’il soit chirurgical ou ablatif, peut être planifié et simulé sur le modèle virtuel avant sa réalisation sur le patient réel. En plus, à l’issue de la planification, le modèle de RV peut être superposé au cours de l’interven- tion sur les images réelles du patient : ce procédé de su- perposition, mélange d’images synthétiques et réelles, est caractéristique de la réalité augmentée (RA). La RA est un excellent moyen de navigation qui permet de visualiser les structures anatomiques délicates et inapparentes, comme les vaisseaux, grâce à une transparence modulaire virtuelle des organes (figure 1). La première application clinique de la réalité augmen- tée en chirurgie viscérale a été réalisée par notre groupe à l’IRCAD, afin de guider une surrénalectomie laparoscopique : la RA a permis de guider le chirurgien et de déterminer la position des vaisseaux surrénaliens ainsi que la localisation de la tumeur avec une marge d’erreur maximale de 2 mm. Le logiciel (VR-RENDER® ) développé à l’IRCAD, outre le fait qu’il permet de visualiser les plans de résection et qu’il aide Figure 1. Le processus d’obtention de la réalité augmentée (RA) en chirurgie. REE N°2/2016 27 L'ARTICLE INVITÉ à planifier l’intervention, peut aussi calculer les volumes de résection, comme en cas de résections hépatiques mini- invasives. (figure 2). Plus récemment, nous avons utilisé avec succès la réalité augmentée pour guider la résection lors d’une duodénocéphalopancréatectomie. La réalité augmentée, tant en chirurgie qu’en radiolo- gie interventionnelle, est compliquée par les mouvements respiratoires et la déformation des tissus mous lors des manipulations ; ceux-ci rendent en effet difficile le proces- sus d’enregistrement (superposition parfaite des images synthétiques et réelles). Nous travaillons actuellement sur deux approches différentes pour assurer une reconstruc- tion anatomique précise et flexible de la superposition virtuel/réel. Une première approche est la prédiction du déplacement d’organe, en intégrant les propriétés biomé- caniques des organes et en simulant la déformation grâce au suivi en temps réel des mouvements superficiels de la peau par lumière structurée. Une alternative que nous explorons également est de « mettre à jour » le modèle virtuel du patient en temps réel grâce au système d’ima- gerie robotisé Artis Zeego DynaCT (Siemens Healthcare), couplé à un système de guidage électromagnétique mis au point à l’IRCAD. Les clichés de la figure 2 représentent respectivement : (A) reconstruction 3D d’un scanner obtenu par VR-RENDER® ; en vert : grosse tumeur. (B) le plan de résection (en violet) préparé en suivant les repères vasculaires et en calculant les marges adéquates. (C) le volume de résection est également calculé. (D) vue peropératoire du même patient (E) RA obtenue par superposition en temps réel du modèle virtuel sur les images laparoscopiques. Défi numéro 2 : amélioration de la voie d’abord mini-invasive Tout comme l’endoscopie rigide, l’endoscopie flexible a évolué depuis les premières polypectomies jusqu’aux nou- velles techniques de dissections sous-muqueuses (ESD) ou la technique POEM (myotomie per-orale endoscopique) pour traiter les troubles de la déglutition (achalasie) « sans cicatrices », développée par notre collègue, le Dr. Inoue. La chirurgie NOTES, chirurgie sans cicatrice, est un concept fascinant et révolutionnaire qui repousse les limites techniques de la chirurgie mini-invasive : elle implique une incision planifiée à travers la paroi d’orifices naturels pour accéder à la cavité péritonéale et réaliser une intervention chirurgicale sans incision cutanée. A l’IRCAD nous avons débuté un programme de recherche sur NOTES dès 2004 et après avoir préparé le terrain avec plus de 400 interventions expérimentales, nous avons réalisé la première cholécystectomie transvaginale « sans cicatrices » en 2007, puis la première cholécystectomie transgastrique. Bien que ces expériences initiales aient été réalisées avec succès, elles ont pointé les multiples défis à relever. Les chirurgies NOTES sont limitées par la technologie actuelle et par les endoscopes flexibles disponibles à ce jour sur le marché. Ces endoscopes sont trop flexibles pour faciliter la traction et ils n’offrent pas la possibilité de triangulation des instruments pour exercer une traction/contre-traction. La chirurgie NOTES est actuellement développée selon deux axes : Le premier axe est représenté par la technique POEM, déjà brillamment mise en œuvre dans plusieurs centaines de cas et qui se substitue aujourd’hui à la myotomie de Heller dans notre unité de chirurgie. Figure 2. Logiciel VR-RENDER® : un outil de planification des résections chirurgicales guidées par l’image. 28 REE N°2/2016 L'ARTICLE INVITÉ Le deuxième est l’abord transanal en chirurgie colorectale, par des interventions hybrides, décrites par des chirurgiens pionniers. Ceci permet d’accéder directement à la cavité péritonéale avec vue directe et permet l’extraction de pièces opératoires volumineuses. Tout dernièrement à l’IRCAD, nous avons réalisé une première mondiale en NOTES, à savoir une excision totale du mésorectum par voie d’abord totalement transanale sans cicatrice, dans le cas d’un cancer du rectum. Cet exploit était basé sur les expérimentations qui ont per- mis de mettre au point la technique baptisée PROGRESS, acronyme signifiant chirurgie endoscopique rétropéritonéale à incision unique par accès oncologique périrectal. Bien que d’importantes fonctionnalités aient été ajou- tées à la boîte à outils de la chirurgie NOTES, par exemple le système de suture endoscopique OverStitch™ (Apollo Endosurgery) que nous utilisons actuellement pour fixer les prothèses endoscopiques, l’absence d’instruments permet- tant la fusion tissulaire et l’agrafage compatibles avec l’endos- copie flexible, représente un vide à combler pour faciliter la dissémination de la chirurgie NOTES : c’est pourquoi nous avons développé deux nouvelles plates-formes chirurgicales endoscopiques l’Anubiscope® et l’IsisScope® (Karl Storz Endoskope, Tuttlingen, Allemagne). Ces deux plates-formes ont été conçues pour la chirurgie NOTES, pour la chirurgie LESS (chirurgie laparoendoscopique à incision unique) et pour la chirurgie endoluminale. Les prototypes sont munis de deux canaux opérateurs de 4,3 mm et d’un système à double charnière permettant la triangulation avec des ins- truments flexibles spécifiquement conçus : porte-aiguilles, pinces à préhension et crochet monopolaire diathermique. Ces plates-formes ont été utilisées avec succès dans un contexte expérimental pour la chirurgie NOTES et pour des interventions endoluminales, comme l’ESD. Tout dernière- ment, l’IsisScope® a été utilisé pour réaliser une cholécystec- tomie par chirurgie LESS chez l’homme. Défi numéro 3 : améliorer la robotique – La main augmentée Le 21e siècle a été le témoin de l’application clinique des premières plates-formes de télémanipulation pour « chirurgie robotique »1 . Le robot chirurgical actuellement sur le marché (DaVinci, Surgical Intuitive) est constitué d’une console équi- pée d’une caméra stéréoscopique haute définition, capable d’agrandir dix fois une image, et d’interfaces haptiques intui- tives pour contrôler quatre bras robotisés. Ces bras sont 1 Ndlr : Le numéro 2015-3 de la REE a publié sur ce thème de la robotique un article de Clément Vidal sur « La robotique d’assistance à la chirurgie L’avènement de la co-manipulation ». Figure 3 : Prototype STRAS. Le prototype STRAS est une version robotisée issue des plates-formes de chirurgie endoscopique mécanique Anubiscope® ou Isisscope® de la société Karl Storz : (A et B) manches intuitifs du côté MASTER pour assurer un contrôle aisé des effecteurs ; (C) moteurs transférant les mouvements aux effecteurs terminaux ; (D) la pointe de l’instrument s’ouvre comme une coquille pour répartir les instruments opérateurs et offrir ainsi une triangulation des instruments. REE N°2/2016 29 L'ARTICLE INVITÉ dotés de multiples articulations permettant d’offrir sept de- grés de liberté et de reproduire les mouvements de la main, et peuvent être équipés de différents instruments. L’interface électronique permet d’éliminer les tremblements physiolo- giques du chirurgien et assure une dissection plus précise en comparaison avec la laparoscopie classique. En outre, la robotique a permis le concept de « téléchirur- gie » : effectuer des opérations à distance entre continents, comme l’a démontré l’opération Lindbergh en 2001. L’opéra- tion Lindbergh réalisée était une cholécystectomie effectuée depuis New York sur une patiente se trouvant à Strasbourg. Cet exploit a ouvert la voie à des concepts auxiliaires comme le « télécompagnonnage » et le téléapprentissage, brisant ainsi toute barrière géographique et facilitant le partage du savoir chirurgical partout dans le monde. A l’IRCAD et à l’IHU de Strasbourg, nous travaillons en étroite collaboration avec la société Karl Storz et le labora- toire iCube (ingénierie, imagerie et informatique, UMR 7357, Télécom Physique, Strasbourg2 ) afin de développer un pro- totype robotique de l’Isisscope® /Anubiscope® et surmonter certaines des limites actuellement posées par la chirurgie robotique. La dernière version du robot, le STRAS (Single- access Transluminal Robotic Assistance for Surgeons ou Assis- tance chirurgicale robotisée transluminale à incision unique) (figure 3) a récemment été testé avec succès dans des dis- sections sous-muqueuses endoscopiques in vivo expérimen- tales sur mini-porc. Défi numéro 4 : promouvoir la formation en thérapies hybrides Notre but est de promouvoir les nouvelles techniques hybrides en identifiant des applications cliniques ayant des avantages évidents par rapport aux approches mono-com- partimentales. Ceci nécessite à la fois de restructurer l’orga- nisation du bloc opératoire afin d’y intégrer un ou plusieurs systèmes d’imagerie pour effectuer des opérations ciblées, et simultanément de former le « médecin hybride ». 2 Ndlr : Le laboratoire iCube travaille également sur des dispositifs d’imagerie polarimétrique (Cf. article de Jihad Zallat dans la REE 2015-3). L’IRCAD est ainsi impliqué dans l’éducation en chirurgie mini-invasive depuis 1994. Depuis les 20 dernières années, plus de 4 000 chirurgiens ont chaque année l’opportunité d’être formés par des experts mondialement renommés, sur les différents aspects des techniques de chirurgie mini-inva- sive. Le noyau du contenu des cours, composé de modules théoriques et pratiques en chirurgie laparoscopique et robo- tique, est constamment actualisé afin de suivre et/ou d’anti- ciper les tendances. Le succès grandissant de la méthode de formation IRCAD et les retours positifs des participants, nous ont amené à globaliser le concept avec l’ouverture de deux instituts miroirs de l’IRCAD, à Taïwan en 2008 et au Brésil en 2011. Dans la continuité de cette mission de formation, l’IRCAD et l’IHU de Strasbourg ont comme objectif de former la pro- chaine génération de médecins hybrides. Cette nouvelle génération de médecins sera capable de concevoir et d’utili- ser des instruments et des techniques de chirurgie hybride, issus de ressources multidisciplinaires en médecine guidée par l’image, afin d’offrir des soins optimaux aux patients, avec une minimisation des traumatismes possibles liés aux inter- ventions chirurgicales. Conclusion : la fusion des thérapies mini-invasives guidées par l’image L’avenir de la chirurgie reposera sur un mélange subtil de techniques assistées par ordinateur, de guidage par l’image et de robotique avec pour objectif principal l’amélioration de la sécurité du patient et la qualité de vie. La chirurgie, la gastro-entérologie et la radiologie ont indépendamment contribué au développement de techniques avancées. La possibilité, la nécessité même, d’associer les meilleures caractéristiques des technologies de l’information et de la robotique afin de créer une approche hybride permettra d’optimiser les bénéfices pour les patients. Ce nouveau pa- radigme hybride nécessitera un changement radical au sein du bloc opératoire en termes de concept et d’installation, afin d’y intégrer des outils d’imagerie nécessaires au guidage du geste chirurgical. Le professeur Jacques Marescaux est un chirurgien très connu pour ses premières mondiales, notamment l’« opération Lindbergh » en 2001 (lapa- roscopie transatlantique) puis en 2007, la première opération sans cicatrice. Président-fondateur depuis 1994 de l’IRCAD, puis de l’Institut européen de télé-chirurgie (IETS), il tient à diffuser les techniques innovantes, grâce à WeBSurg, véritable université virtuelle en ligne ; 40 000 chirurgiens de 124 pays ont ainsi été formés depuis une vingtaine d’années. Le Pr Marescaux et l’IRCAD sont également à l’origine de l’Institut hospitalo-universitaire (IHU) de Strasbourg qui dans le cadre des « Projets d’avenir » associe centres de recherche, entreprises et startups dans les domaines des biotechno- logies, nanotechnologies, TIC, robotique et imagerie médicale. Le docteur Michele Diana est le directeur de l’unité de recherche dans le domaine des procédures endoscopiques à l’Institut hospitalo-universitaire (IHU) de Strasbourg.