La chirurgie robotique est un domaine qui progresse à toute vapeur ces dernières années. Après son système AASTR (Autonomous System for Tumor Resection), l’Université Johns Hopkins a encore frappé. Une de leurs équipes a développé un système d’apprentissage par imitation permettant à un robot d’acquérir des compétences chirurgicales en observant des vidéos d’opérations réalisées par des praticiens expérimentés.
Les résultats de leurs travaux ont été présentés à la Conference on Robot Learning (CoRL) qui se tenait à Munich du 6 au 9 novembre.
L’intelligence artificielle s’invite au bloc opératoire
Le dispositif repose sur le système chirurgical da Vinci ; souvent qualifié de robot, celui-ci est plutôt un ensemble d’instruments, normalement piloté à distance par un téléopérateur. Bras robotisés, instruments chirurgicaux miniaturisés, système de visualisation 3D haute définition : un véritable bijou de technologie. Celui-ci est déjà largement déployé dans les hôpitaux du monde entier.
Les chercheurs de John Hopkins ont intégré à ce robot une nouvelle approche de l’apprentissage qui partage son architecture avec celle de ChatGPT. Toutefois, là où ChatGPT excelle dans la manipulation des mots et du texte, ce modèle « parle robot » à travers la cinématique, convertissant avec précision les mouvements chirurgicaux en formules mathématiques complexes. Un peu comme s’il donnait une « équation » au robot pour lui expliquer comment bouger.
Pour former celui-ci, les scientifiques ont exploité une mine d’or de données chirurgicales. L’équipe a collecté et analysé des centaines d’enregistrements vidéo capturés par les caméras miniatures positionnées sur les bras articulés des robots da Vinci pendant des interventions réelles.
Ces séquences, initialement archivées pour l’analyse post-opératoire, ont servi de corpus d’apprentissage pour ce da Vinci 3.0. La richesse de cette base de données s’explique par l’omniprésence du système da Vinci : près de 7 000 unités sont actuellement en service à travers le globe, manipulées quotidiennement par une communauté de plus de 50 000 chirurgiens qualifiés.
Le robot a donc pu assimiler toutes les subtilités des gestes chirurgicaux par simple observation, comme le ferait un interne aux côtés d’un médecin confirmé. Les enregistrements capturent non seulement les mouvements techniques, mais également les variations et les adaptations face aux différentes situations rencontrées en opération.
De l’observation à la pratique : des résultats impressionnants.
Les tests ont porté sur trois gestes fondamentaux : la manipulation d’aiguille, le soulèvement des tissus et la suture. Pour chacune de ces tâches, le robot a démontré une habileté comparable à celle des chirurgiens humains. « Le modèle est fascinant : nous lui fournissons uniquement des images et il prédit les mouvements robotiques nécessaires à l’intervention. Pour nous, c’est une avancée décisive qui ouvre la voie à une nouvelle ère dans la robotique médicale » explique Axel Krieger, professeur assistant au département de génie mécanique de Johns Hopkins.
L’innovation majeure réside dans l’apprentissage des mouvements relatifs (mouvements définis par rapport à la position actuelle de l’outil) plutôt qu’absolus (mouvements définis par rapport à un point fixe dans l’espace), permettant de compenser les imprécisions inhérentes au système da Vinci. Ainsi, en apprenant les mouvements relatifs, le robot peut s’adapter en temps réel aux petites variations et imprécisions du système, s’adapter plus facilement et gagner en précision.
Les chercheurs ont noté que le robot développe même des capacités non programmées à l’avance. « Si l’aiguille tombe, il la ramasse automatiquement et poursuit l’opération. Ce comportement ne lui a jamais été enseigné », précise le Pr Krieger. Des capacités qui vont complètement transformer l’approche de la robotique chirurgicale. Au lieu de coder manuellement chaque étape – un travail qui pouvait prendre une décennie pour une seule procédure – l’apprentissage d’une nouvelle intervention ne nécessite désormais que quelques jours.
L’équipe poursuit actuellement ses travaux pour étendre cette méthode d’apprentissage à des interventions chirurgicales complètes. Si ce système se démocratise un jour, la question de l’éthique se pose. Si une erreur survient pendant une intervention réalisée par un robot, qui est à blâmer ? Le chirurgien supervisant, le fabricant du robot, le programmeur, ou le robot lui-même ? Jusqu’où doit-on permettre aux robots d’agir de manière autonome ? Développer des cadres éthiques et juridiques solides sera impératif pour garantir la sûreté d’une telle technologie.
- Un robot chirurgical a appris à opérer en observant des vidéos grâce à un système d’apprentissage par imitation inspiré de ChatGPT.
- Capable d’exécuter des gestes chirurgicaux complexes, sa précision est comparable à celle des chirurgiens humains.
- Cette avancée est une petite révolution pour la chirurgie, mais s’accompagne d’enjeux éthiques et juridiques à ne pas sous-estimer.
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