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Guidage efficace des instruments par le biais de réseaux de vaisseaux sanguins profonds et alambiqués – Technologik

Une équipe dirigée par le professeur Sylvain Martel du Laboratoire de nanorobotique de Polytechnique Montréal a mis au point une nouvelle approche pour relever l'un des plus grands défis de la chirurgie endovasculaire: comment atteindre les zones physiologiques les plus difficiles d'accès. Leur solution est une plate-forme robotique utilisant le champ de franges généré par l'aimant supraconducteur d'un scanner d'imagerie par résonance magnétique (IRM) pour guider les instruments médicaux à travers des structures vasculaires plus profondes et plus complexes. L'approche a été démontrée avec succès in vivoet fait l’objet d’un article qui vient de paraître dans Science robotique.

Quand un chercheur "sort des sentiers battus" – littéralement

Imaginez devoir enfoncer de plus en plus profondément un fil métallique dans un très long et très étroit tube rempli de torsades. Le manque de rigidité du fil, ainsi que les forces de friction exercées sur les parois du tube, rendront éventuellement la manoeuvre impossible, le fil se terminant plié sur lui-même et coincé dans un tour du tube. C’est exactement le défi auquel sont confrontés les chirurgiens qui cherchent à effectuer des interventions peu invasives dans des parties toujours plus profondes du corps humain en guidant un fil de guidage ou une autre instrumentation (telle qu’un cathéter) au travers de réseaux de vaisseaux sanguins étroits et tortueux.

Il est toutefois possible d’exploiter une force de traction directionnelle pour compléter la force de poussée, en neutralisant les forces de friction à l’intérieur du vaisseau sanguin et en déplaçant l’instrument beaucoup plus loin. La pointe de l'appareil est magnétisée et tirée à l'intérieur des vaisseaux par la force d'attraction d'un autre aimant. Seul un puissant aimant supraconducteur situé à l'extérieur du corps du patient peut fournir l'attraction supplémentaire nécessaire pour diriger le dispositif magnétisé aussi loin que possible. Un équipement hospitalier moderne peut jouer ce rôle: un scanner IRM, doté d'un aimant supraconducteur qui génère un champ plusieurs dizaines de milliers de fois plus puissant que celui de la Terre.

Le champ magnétique à l'intérieur du tunnel d'un scanner IRM est toutefois uniforme. c'est la clé de la manière dont l'imagerie du patient est effectuée. Cette uniformité pose problème: pour tirer la pointe de l'instrument à travers les structures vasculaires labyrinthiques, le champ magnétique de guidage doit être modulé dans la plus grande amplitude possible, puis diminué le plus rapidement possible.

En réfléchissant à ce problème, le professeur Martel a eu l'idée d'utiliser non pas le champ magnétique principal présent dans le tunnel de la machine IRM, mais le champ dit de frange situé à l'extérieur de la machine. "Les fabricants de scanners IRM réduiront normalement le champ marginal au minimum", explique-t-il. "Le résultat est un champ d'amplitude très élevée qui décroît très rapidement. Ce champ marginal représente pour nous une excellente solution, bien supérieure aux meilleures approches de guidage magnétique existantes, et se trouve dans un espace périphérique propice à l'échelle humaine. Au meilleur de notre connaissance, c’est la première fois qu’un champ périphérique d’IRM est utilisé pour une application médicale ", ajoute-t-il.

Déplacer le patient plutôt que le champ

Pour diriger un instrument au plus profond des vaisseaux sanguins, non seulement une force d'attraction puissante est requise, mais cette force doit également être orientée pour tirer la pointe magnétique de l'instrument dans différentes directions à l'intérieur des vaisseaux. En raison de la taille et du poids du scanner IRM, il est impossible de le déplacer pour changer la direction du champ magnétique. Pour résoudre ce problème, le patient est déplacé à proximité de l'appareil IRM. La plate-forme développée par l'équipe du professeur Martel utilise une table robotisée placée dans le champ périphérique à côté du scanner.

Le tableau, conçu par Arash Azizi – l'auteur principal de l'article et un doctorant en génie biomédical dont le professeur de thèse est le professeur Martel – peut se déplacer sur tous les axes pour positionner et orienter le patient en fonction de la direction dans laquelle l'instrument doit être placé. guidé à travers leur corps. Le tableau change automatiquement de direction et d’orientation pour positionner le patient de manière optimale pour les étapes successives du trajet de l’instrument grâce à un système cartographiant les forces directionnelles du champ magnétique du scanner IRM – une technique que le professeur Martel a baptisée Fringe Field Navigation (FFN) .

Un in vivo L'étude des FFN avec la cartographie par rayons X a démontré la capacité du système à diriger efficacement et de manière peu invasive des instruments de très petit diamètre situés au cœur de structures vasculaires complexes, inaccessibles jusqu'à présent par des méthodes connues.

Des robots à la rescousse des chirurgiens

Cette solution robotique, qui surpasse largement les procédures manuelles ainsi que les plates-formes existantes basées sur le champ magnétique, permet des procédures interventionnelles endovasculaires dans des régions très profondes, et donc actuellement inaccessibles, du corps humain.

La méthode promet d’élargir les possibilités d’application de diverses procédures médicales, notamment le diagnostic, l’imagerie et les traitements locaux. Entre autres choses, il pourrait aider les chirurgiens dans les procédures nécessitant les méthodes les moins invasives possibles, y compris le traitement des lésions cérébrales telles que les anévrismes et les accidents vasculaires cérébraux.

Ce travail de recherche a reçu l'appui du Programme des chaires de recherche du Canada.

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