Une entreprise high-tech américaine a mis au point un écarteur thoracique automatique qui réduit les douleurs post-opératoires et améliore la guérison. Des moteurs à couple élevé permettent de fluidifier les mouvements.
Aussi incroyable que cela puisse paraître, certains instruments utilisés aujourd’hui en chirurgie invasive ont à peine évolué depuis qu’ils ont été mis au point dans les années 1930. Dans la plupart des cas, ces instruments remplissent toujours leur tâche, même si la guérison peut être longue, notamment pour des interventions cardiaques ou pulmonaires dans la cage thoracique.
Pour ce type d’opération, le chirurgien utilise principalement deux méthodes pour ouvrir le thorax : la thoracotomie, qui consiste à inciser l’espace intercostal, et la sternotomie, qui consiste à couper le sternum. Avec la thoracotomie, l’accès s’effectue par une incision entre deux côtes. Avec la sternotomie, le chirurgien scie le sternum sur sa ligne médiane pour écarter la cage thoracique. Dans un cas comme dans l’autre, le chirurgien relève les côtes ou les hémi-sternums à l’aide d’un écarteur, un instrument qui consiste en une crémaillère munie d’une manivelle et d’un cran d’arrêt.
L’écarteur costal nécessite toutefois des forces élevées. L’équipe de développement de la société Physcient, implantée à Durham en Caroline du Nord, a calculé que ces forces correspondent à peu près au poids du patient. En d’autres termes, l’application d’un écarteur peut provoquer des fractures osseuses, des pincements de nerfs, des distensions articulaires et des déchirures ligamentaires, qui, à leur tour, peuvent entraîner des lésions post-opératoires durables.
Étant donné le caractère primaire du mécanisme des écarteurs thoraciques et le grand nombre d’opérations où ils sont utilisés, ces effets indésirables risquent de se produire fréquemment. Selon le « National Heart, Lung, and Blood Institute », plus d’un demi-million d’opérations cardiaques sont réalisées chaque année rien qu’aux États-Unis. Si l’on rajoute cent mille interventions pulmonaires, il apparaît rapidement que la profession a besoin d’instruments plus sophistiqués.
C’est dans ce contexte qu’a été créé l’Assuage Smart Retractor, un nouvel outil conçu pour réduire sensiblement les lésions occasionnées lors de l’écartement du thorax. Cette approche a été mise en œuvre par Chuck Pell et Hugh Crenshaw, deux spécialistes en biomécanique, qui ont fondé la société Physcient. « Nous essayons de transférer nos connaissances sur les mouvements des êtres vivants vers la technologie », déclare Chuck Pell. Avec leurs collaborateurs, ils s’intéressent depuis peu aux instruments chirurgicaux, « un domaine très intéressant » selon Chuck Pell. En effet, nombre des instruments utilisés aujourd’hui ont été inventés avant que la biomécanique ne devienne une science tout à fait mature. Hugh Crenshaw et Chuck Pell se sont rendu compte que peu d’études avaient été menées sur les forces mises en jeu par les écarteurs thoraciques. Ils ont alors formé une équipe pour mesurer leurs effets et développer des technologies visant à réduire les lésions post-opératoires.
Les os présentent une souplesse naturelle qui permet de les tordre jusqu’à un certain point, avant qu’ils ne cassent. Cette torsion dépend toutefois de la vitesse, car les fibres osseuses ont besoin de temps pour se distendre. Si une côte est soulevée brutalement, ce qui se produit souvent avec un écarteur à manivelle, elle peut se briser.
Grâce à des capteurs intégrés qui signalent si les fibres osseuses deviennent instables, l’écarteur automatique Assuage détecte si les os ont suffisamment de temps pour s’étirer. Ces informations sont renvoyées à l’instrument pour qu’il réagisse immédiatement en cas d’incident sur les tissus. Cela implique la présence d’un circuit de commande de retour fermé, situé entre le capteur et le moteur, qui fonctionne avec un grande précision et une fiabilité absolue, sinon il ne pourrait pas être utilisé dans des appareils médicaux.
Physcient a élaboré son premier prototype à partir d’un moteur développé par Maxon Motor, une société suisse implantée à Sachseln. Parmi les caractéristiques fondamentales de ce moteur, ce dernier ne devait pas présenter de couple de réluctance même à faible vitesse. L’écarteur thoracique doit imprimer des mouvements doux et fluides pour réduire la charge du patient au minimum. Les moteurs à courant continu sans balais utilisés dans cette application sont simplement alimentés par une batterie. Une commande intégrée couplée à un système de capteurs contrôle avec précision l’ouverture de l’instrument.
Les développeurs américains ont opté pour des moteurs à couple élevé pour maîtriser les forces élevées. « Les moteurs que nous avons adaptés à partir de ceux de Maxon doivent non seulement surmonter les forces d’écartement les plus élevées jamais mesurées dans l’histoire de la médecine, mais ils doivent aussi fonctionner avec une grande précision pour limiter les lésions des ligaments et des tissus mous », explique Chuck Pell. Deux problèmes importants ont dû être résolus. « D’une part, il fallait que notre écarteur ne soit pas plus grand que ceux utilisés actuellement en bloc opératoire, et d’autre part, il devait pouvoir être stérilisé très fréquemment. »
L’équipe de Physcient a donc créé un prototype avec deux rangées de dents métalliques courbées, chacune renfermant une côte. À mesure que l’écarteur tire automatiquement sur les côtes, le moteur s’adapte en fonction des signaux envoyés par le capteur pour que l’ouverture de la cage soit plus fluide. Pour vérifier si ce nouvel écarteur tient bien compte de la physique des os et des tissus, les premiers essais ont été réalisés (comme c’est le cas dans la plupart des projets de recherche en chirurgie cardiothoracique) sur des tissus de porc dont la biomécanique est très proche de celle de l’homme.
Les traumatismes tissulaires et les douleurs ont pu être considérablement diminués au cours des expérimentations grâce à cet instrument. Il a même facilité la respiration et accéléré la guérison. La commercialisation de l’Assuage Smart Retractor est prévue pour 2013. Dès que sa production sera lancée, l’équipe de développement s’attellera à d’autres appareils médicaux qui n’ont pas évolué depuis longtemps. Elle envisage notamment d’automatiser et de perfectionner toute la panoplie d’outils utilisés par les chirurgiens.
- Debora Setters Maxon Precision Motors, Sachseln
- Anja Schütz Maxon Motor, Sachseln
Puissant, précis, compact et même stérilisable
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