Robots à insertion d’aiguille unique

3.2.1.1. Robots à guidage échographique

De nombreux systèmes sont dérivés de systèmes à biopsie. Phee a développé un système automatisé permettant une insertion d’aiguilles par un point d’entrée périnéal unique ne nécessitant que 2° de rotation autour d’un centre de rotation décalé. L’inconvénient de la technique est que le passage d’un très grand nombre d’aiguilles par le même point d’entrée altérerait notablement les tissus ⁵². Ce robot appelé bioXbot a été commercialisé sous le nom plus flatteur « Mona Lisa® » par la compagnie Biobot™. L’application est uniquement réservée aux biopsies transpérinéales et pas à la curiethérapie.

Pour la curiethérapie, Bassan (Western Ontario) a développé un système robotisé constitué de 5 degrés de liberté supporté par un bras passif dont l’avantage est de pouvoir être positionné

devant le périnée par le chirurgien avec un peu d’entrainement ⁵³. Il est basé sur une architecture à double parallélogramme (figure 12 et 13). L’insertion est accompagnée d’un mouvement de rotation pour éviter au maximum la déflexion de l’aiguille. L’acquisition 3D est effectuée par un mouvement de rotation d’une sonde side-fire 2D.

Figure 12 : Robot décrit par Bassan ⁵³

Figure 13 : Essais du même robot ⁵³

Fichtinger et son équipe de John Hopkins University ont développé un bras robotisé à 5 degrés de liberté en pouvant orienter l’aiguille de 3° 54

. Dans cette optique, Wei ^{55, 56} a démontré que l’adaptation d’un robot industriel commercialisé pouvait être faite pour la procédure. Leur premier robot ne possédait pas d’insertion automatisée. Le désavantage de ces bras robotisés est que la méthode d’imagerie proposée n’était pas couplée au robot et nécessitait une étape de calibration avant chaque utilisation. L’avantage est par contre la réalisation potentielle d’une segmentation automatique des aiguilles même en position oblique ainsi qu’une segmentation des grains permettant le calcul itératif de la dosimétrie. L’évolution décrite par Fichtinger était un robot à 6 degrés de liberté guidant l’aiguille en utilisant le logiciel de dosimétrie Interplant® permettant de remplacer le template. Les premiers essais

sur patient (5 cas) étaient prometteurs en termes de durée de procédure et de précision ⁵⁷ . Ce robot est le premier robot à avoir été testé chez l’homme (figure 14). L’implantation était tout de même manuelle et le système robotisé était un guide à aiguille. Toutefois, les mesures de précision ne prenaient pas en compte l’implantation du grain mais la position du guide au moment de l’insertion 58

.

Figure 14: Robot de John Hopkins University de curiethérapie robotisée lors d’essai sur patient ⁵⁷

Afin d’éliminer l’étape systématique de calibration, Yu et al 59

(Thomas Jefferson Univesity) ont développé un robot à 16 degrés de liberté commandant à la fois la sonde d’échographie et l’aiguille de ponction fixées à une base commune. Ce système appelé EUCLIDIAN a été récemment testé afin d’apprécier sa fiabilité (figure 15). Il est équipé de capteurs de force permettant de détecter les collisions avec l’arche pubienne. Il peut être utilisé avec un template ou sans en autorisant une angulation de 10°. Le système est approuvé par la FDA. Ce système, très abouti permet une insertion entièrement automatisée des grains à partir d’un logiciel de dosimétrie. Le monitorage temps-réel permet à l’opérateur d’interagir et de stopper la procédure en cas de besoin. Sa précision moyenne in vitro est de 0.23 mm ⁶⁰.

Figure 15 : Architecture du robot EUCLIDIAN

Plus récemment, Salcudean (British Colombia) a développé un robot à 4 degrés de liberté pouvant être monté sur un stepper de curiethérapie (Brachyguide) ⁶¹. Ce robot permet également des insertions angulées (figure 15 et 16). L’objectif de ce robot est plus l’interaction entre l’opérateur et le robot qu’une procédure entièrement automatisée. L’aiguille peut être positionnée manuellement. L’avantage est une procédure rapide permettant une implantation de 136 grains par 26 aiguilles en 32 minutes avec une précision moyenne de 1.22 mm (±0.7).

Figure 16 : Robot de British Columbia

Meltsner de l’université du Wisconsin a également développé un robot présentant un mouvement de rotation de l’aiguille afin de permettre une déflexion moins importante de l’aiguille 62

. Le robot de Kettenbach pour les biopsies guidées, ne nécessite pas de calibration avant chaque procédure. Il est compact et se fixe directement à la sonde d’échographie 63

Concernant l’insertion de l’aiguille certains auteurs décrivent des techniques de tapping 64

ou de rotation ⁶⁵ pour diminuer les mouvements de la prostate au moment de l’insertion de l’aiguille.

3.2.1.2. Robots à guidage IRM

Certains auteurs décrivent une imagerie de guidage différente de l’échographie comme la tomodensitométrie ou l’IRM 66

(figure 17).

Figure 17: Robot compatible IRM (John Hopkins)

Les débuts du guidage IRM ont été initiés en neurochirurgie ⁶⁷ puis dans les interventions percutanées ^{68, 69}. Chinzei a développé un assistant robotisé de ponction IRM à usage général dans une IRM ouverte ⁷⁰ qui a ensuite été adapté pour un guidage transpérinéal de placement d'aiguilles intra prostatiques ⁷¹. Krieger a ensuite présenté un dispositif mécanique manipulé manuellement a 2 degrés de liberté pour guider une biopsie prostatique transrectale ⁷².

Pour l’accessibilité au patient dans le tunnel, il est devenu nécessaire de faire appel à des robots. Au cours des dernières années, un certain nombre de technologies de moteurs compatibles avec l’IRM ont été introduites: Stoianovici a développé un moteur pneumatique entièrement compatible avec l'IRM appelé PneuStep ⁷³, Elhawary a présenté un moteur pneumatique ⁷⁴ et Suzuki a développé un moteur utilisant le champ magnétique de l’IRM comme une force motrice. Des développements plus récents de robots de ponction avec ont vu le jour en particulier au laboratoire TIMC avec une compatibilité scanner et IRM ⁷⁵ (figure

17). Le robot pneumatique Innomotion utilisé pour les interventions percutanées⁷⁶, possède des interfaces haptiques adaptées à l’IRM fonctionnelle (IRMf).

Le système MrBot est un système robotisé entièrement automatisé de curiethérapie avec un système de placement des grains en utilisant le moteur PneuStep ⁶⁶, et un simple système a 4 degrés de liberté par voie transpérinéale contrôlant le placement de l’aiguille. Ce robot est un début de preuve du concept de la robotisation guidée par IRM (figure 18 et 19).

Figure 18: Robot de curiethérapie IRM Mr Bot ⁶⁶

Figure 19: Positionnement de MrBot dans l'IRM⁶⁶