Relevant jadis de la science-fiction, l’intégration de la robotique dans les soins de santé est non seulement devenue réalité, mais elle a aussi transformé le secteur. Aujourd’hui, les robots médicaux sont utilisés en chirurgie, dans la rééducation, dans l’automatisation pharmaceutique et pour les diagnostics. Ils ont pour ainsi dire révolutionné notre conception des soins médicaux. Bien entendu, la conception de tels systèmes avancés se heurte à de nombreuses difficultés tant sur le plan technique que réglementaire. Pour y remédier, les concepteurs ont adopté des approches innovantes et font également appel à de nouvelles technologies comme l’intelligence artificielle (IA).
L’IA occupe une place de plus en plus importante dans le développement de robots médicaux. Elle participe en effet à la prise de décisions en temps réel, apporte davantage de précision dans les mouvements et fournit des réponses adaptatives. Par exemple, la vision artificielle basée sur l’IA améliore la précision des interventions chirurgicales, tandis que des algorithmes d’apprentissage automatique (machine learning, ML) servent à optimiser les systèmes de contrôle robotique. Plus la technologie de l’IA mûrit, plus elle s’avère capable de relever des défis aussi complexes que garantir la sécurité des patients et des prestataires de soins lors de leurs interactions avec les robots.
Les robots médicaux doivent respecter des exigences strictes en matière de sécurité et de performances, dont la norme IEC 80601-2-77 concernant les appareils chirurgicaux assistés par robot et la norme ISO 14971 sur la gestion des risques liés aux dispositifs médicaux.[1] Les ingénieurs doivent en outre se plier aux exigences réglementaires locales, notamment en obtenant l’approbation de la FDA (Food and Drug Administration) aux États-Unis[2] ou en se conformant au règlement européen relatif aux dispositifs médicaux en Europe.[3] Dès lors, il est recommandé d’intégrer ces normes dès le début du processus de conception et de collaborer tout du long avec des experts en réglementation afin de rationaliser la mise en conformité et surtout d’éviter de coûteuses opérations de reconception.
Aux États-Unis, la FDA catégorise les robots médicaux comme dispositifs médicaux, en fonction de leur utilisation prévue et des risques qu’ils présentent pour les patients. La plupart des robots médicaux appartiennent à la classe II ou à la classe III et font l’objet d’un examen rigoureux. Les dispositifs médicaux de classe III doivent obtenir une autorisation de mise sur le marché. Ils doivent pour cela passer des tests cliniques approfondis afin de s’assurer qu’ils fonctionnent de façon sûre et fiable en milieu médical, mais aussi qu’ils apportent une réelle amélioration dans le pronostic des patients.
Afin de garantir la fiabilité et la précision de leurs appareils, les concepteurs de robots médicaux doivent disposer de composants de pointe tels que des capteurs, des encodeurs et des dispositifs d’entraînement de moteurs. Des systèmes de perception améliorés par IA, comme les capteurs à obturateur global, assurent la vision artificielle en capturant des images précises pour la navigation et l’assistance chirurgicale. D’autres dispositifs qui gagnent en popularité sont les encodeurs magnétiques. En plus d’être durables et rentables, ils ont pour autre avantage de permettre d’affiner l’équilibre entre performances et évolutivité.
Le robot chirurgical de nouvelle génération da Vinci 5 d’Intuitive est un parfait exemple de robotique de pointe dans le domaine médical. Approuvé l’an dernier par la FDA[4], ce système assisté par robot dernier cri apporte selon son fabricant Intuitive plus de 150 améliorations. Véritable avancée dans la technologie médicale, le robot da Vinci offre aux chirurgiens davantage de précision et d’exactitude, ainsi qu’un affichage 3D et un traitement d’images de nouvelle génération. Il est en outre doté d’une technologie de retour de force pour ressentir les forces subtiles exercées sur les tissus pendant les opérations de chirurgie et dispose d’une puissance de calcul 10 000 fois supérieure à celle du da Vinci de la génération précédente, lequel affiche déjà plus de 7 millions d’interventions au compteur (voir figure 1).[5]
Cette semaine dans New Tech Tuesdays, nous vous présentons deux dispositifs qui ont contribué à stimuler l’innovation technologique dans la robotique médicale. Il s’agit en l’occurrence d’appareils électroniques de pointe développés par Renesas Electronics et Broadcom®.
Le RZ/T2H de Renesas Electronics est un microprocesseur (MPU) hautes performances conçu pour les applications robotiques multiaxes. Doté de quatre cœurs Arm® Cortex®-A55 pour le traitement des applications et de deux cœurs Cortex®-R52 pour le contrôle en temps réel, ce microprocesseur garantit un contrôle précis et rapide des moteurs. Grâce à sa conformité aux standards des réseaux sensibles au temps (TSN) et de l’Ethernet industriel intégré, il simplifie le contrôle de robots jusqu’à 9 axes tout en améliorant les performances en temps réel. Le RZ/T2H s’intègre idéalement aux robots industriels et collaboratifs, aux API, aux contrôleurs de mouvement ou encore aux véhicules à guidage automatique (VGA) ou robots mobiles autonomes (AMR) en offrant la puissance et la précision nécessaires aux tâches d’automatisation avancées.
Le codeur magnétique incrémental AEAT-901B de Broadcom permet une détection angulaire haute résolution sans contact avec 256 à 10 000 impulsions par tour pour un positionnement et une mesure de vitesse précis. Parce qu’il utilise la technologie magnétique, il élimine l’usure mécanique, ce qui garantit la durabilité et la fiabilité du dispositif. Il est doté d’une sortie à trois canaux, dont un canal d’index pour chaque rotation complète de 360°, ce qui le rend parfaitement adapté aux applications robotiques. Capable de fonctionner dans une large plage de températures (de -40 °C à 125 °C) et alimenté par une alimentation 5 V, l’AEAT-901B prend en charge une connexion directe par câble et par assemblage simple, ce qui en fait l’instrument parfait pour des applications de détection de vitesse, de contrôle rotatif ainsi que pour d’autres tâches d’automatisation.
En offrant un degré de précision et d’efficacité inégalé aux chirurgiens, les robots médicaux sont une véritable révolution dans le secteur des soins de santé. Cependant, leur développement se heurte à quelques difficultés d’ordre réglementaire et technique. Heureusement, les ingénieurs développeurs peuvent tirer parti des dernières avancées en matière d’IA et s’appuyer sur des méthodologies standardisées rigoureuses pour mettre sur le marché des solutions de pointe. Le robot chirurgical de nouvelle génération da Vinci 5 commercialisé par Intuitive en est un bel exemple.
[1] https://acta.uni-obuda.hu/Chinzei_95.pdf [2] https://www.fda.gov/medical-devices/surgery-devices/computer-assisted-surgical-systems [3] https://eumdr.com [4] https://isrg.intuitive.com/news-releases/news-release-details/intuitive-announces-fda-clearance-fifth-generation-robotic/ [5] https://www.intuitive.com/en-us/products-and-services/da-vinci/5