Des cathéters robotisés contrôlés par l’IA pour la chirurgie cardiaque
Les maladies cardiovasculaires constituent une menace mondiale majeure et sont responsables d’environ 11 % des dépenses de santé de l’UE chaque année. Dans de nombreux cas, le traitement requiert des interventions chirurgicales qui peuvent entraîner des complications. Les intervention mini-invasives impliquant des procédures par cathéter connaissent un succès grandissant. «Les technologies transcathéter consistent réparer ou à remplacer les structures cardiaques malades par des dispositifs implantables déployés à l’intérieur du cœur», explique Emiliano Votta, professeur agrégé en ingénierie biomédicale à l’université polytechnique de Milan. Ces technologies permettent d’éviter certains risques inhérents à la chirurgie classique, mais elles peuvent être complexes et par conséquent parfois échouer. L’expérience des opérateurs étant essentielle, la disponibilité des interventions transcathéter est toutefois limitées pour les patients, et la radiographie peut exposer les patients à des dangers inutiles. Les chercheurs du projet ARTERY, financé par l’UE, ont développé de nouveaux cathéters robotisés, pilotés par des algorithmes d’intelligence artificielle. Ces cathéters se dirigent automatiquement vers la cible sur la base de données fournies par l’opérateur, qui peut visualiser le cœur et surveiller le cathéter par le biais d’une interface holographique, sans recourir à l’imagerie par rayons X.
L’interface holographique du cœur
ARTERY a développé une preuve de concept d’une plateforme robotique à «autonomie partagée», avec des cathéters automatiques guidés par des opérateurs humains le cas échéant. Un robot fait passer une sonde d’échographie par l’œsophage. La sonde est un cathéter dont l’extrémité capture des images échocardiographiques du cœur. Parallèlement, d’autres cathéters sont pilotés par un autre robot pour déployer le dispositif dans le cœur. La sonde transoesophagienne et les autres cathéters sont équipés de capteurs qui reconstruisent leur position et leur forme dans l’espace 3D. L’opérateur principal peut visualiser les informations et interagir avec les robots par le biais d’hologrammes. Lorsque le cathéter atteint le cœur, l’opérateur peut voir l’hologramme de l’environnement intracardiaque en 3D via les images échocardiographiques. Un modèle d’intelligence artificielle reconnaît automatiquement le cathéter et les repères anatomiques pertinents. Sur la base de ces informations, l’opérateur peut facilement définir la cible que le cathéter doit atteindre. Un autre modèle d’IA identifie la trajectoire optimale du cathéter, qui est appliquée par les robots.
Des installations expérimentales
Tous les essais du projet ARTERY ont été réalisés en laboratoire, ce qui a permis à l’équipe de développer des dispositifs expérimentaux très réalistes, notamment des répliques déformables des tissus concernés: les vaisseaux sanguins, les structures cardiaques et l’œsophage. À mesure de l’avancement du projet, les différentes technologies ont été intégrées et testées jusqu’à l’essai du système robotique complet. L’équipe a ensuite effectué deux séries de tests dans une véritable salle d’opération, afin de comprendre comment correctement configurer la plateforme.
Des avancées technologiques cruciales
Le projet a réalisé plusieurs avancées notables tant au niveau du matériel que des logiciels. En ce qui concerne le matériel, il a notamment développé et breveté des capteurs de nouvelle génération, prototypé un tout nouveau cathéter et développé un pilote robotique pour la sonde d’échocardiographie qui a été positivement évalué par les cliniciens. «Cette technologie s’est avérée très utile, même en tant que technologie autonome, car elle réduit la charge de travail physique et permet d’opérer la sonde à distance, évitant ainsi l’exposition aux rayons X», explique Emiliano Votta. En ce qui concerne les logiciels, le projet a développé de nouveaux algorithmes pour analyser automatiquement les images échocardiographiques. «Cela pourrait également s’avérer utile en dehors du contexte de la plateforme robotique ARTERY, par exemple pour faciliter le diagnostic et la planification des interventions», ajoute Emiliano Votta.
Développement pour des essais cliniques
Les chercheurs évaluent à présent la transposition de certaines de leurs nouvelles technologies en prototypes de produits réels et sollicitent un financement supplémentaire par le biais du programme de financement du Conseil européen de l’innovation (CEI).
Mots‑clés
ARTERY, cathéter, cardiaque, chirurgie, IA, algorithme, robot, automatique