Un accroissement Mondial des Maladies Cardiovasculaires
Les maladies cardiovasculaires, responsables d’un taux alarmant de 32% des décès mondiaux, nécessitent des solutions innovantes pour un diagnostic et un traitement efficaces. Dans cette exploration approfondie, nous plongeons dans la recherche pionnière de l’University College London intitulée « Vers la cathétérisation autonome de l’artère pulmonaire : un système de navigation robotique basé sur l’apprentissage ». Vous pouvez explorer l’intégralité de l’article de recherche, rédigé par Yaxi Wang, en suivant le lien suivant : ici.
Les procédures sous IRM : la nouvelle frontières des interventions cardiovasculaires
À mesure que la prévalence des maladies cardiovasculaires continue d’augmenter, il est impératif de développer des méthodes avancées de cathétérisme cardiaque qui surpassent les approches traditionnelles telles que la fluoroscopie aux rayons X. Ces méthodes présentent non seulement des risques dus aux radiations ionisantes, mais également des défis liés au contraste tissulaire insuffisant. Notre exploration des domaines des interventions de pointe explore la promesse du cathétérisme guidé en temps réel par IRM, ce qui s’écarte significativement des pratiques conventionnelles actuelles pour aller chercher plus de précision et d’autonomie dans les gestes.
Robotique Autonome : focus sur l’apport des Moteurs Ultrasoniques Compatibles avec l’IRM
Une avancée technologique permise par les Moteurs Ultrasoniques Wavelling© de Tekceleo
Au cœur de la recherche de l’University College London se trouve le développement d’un robot de cathétérisme compatible avec l’IRM, exploitant les moteurs Wavelling de Tekceleo. La synergie entre un moteur WLG-75 pour le mouvement de rotation et un moteur WLG-30 pour le serrage (« clamp ») garantit non seulement un contrôle de mouvement très précis et rapide, mais répond également aux strictes exigences de compatibilité avec l’IRM. Ces moteurs ultrasoniques, éprouvés pour leur supériorité par rapport à d’autres technologies en raison de leur construction compacte, de leur haute vitesse, de leur précision et de leur stabilité, inaugurent une nouvelle ère de possibilités d’interventions sous imagerie par résonance magnétique.
Les moteurs ultrasoniques de Tekceleo, réputés pour leur construction compacte, leur haute vitesse, leur précision et leur stabilité, se révèlent être la solution adéquate pour surmonter les obstacles posés par les méthodes traditionnelles de cathétérisme. Notre technologie à ondes progressives garantit que le robot opère au sein des champs électromagnétiques exigeants d’un environnement d’IRM sans compromettre l’intégrité de l’image.
Garantir la précision : une facilité de contrôle permettant une Interfaces de Contrôle Robotique simple
L’équipe de l’UCL a créé de manière très rapide et efficace un prototype de robot de cathétérisme, visant la précision et l’efficacité avec une plateforme robotique dédiée à 2-DOF (degrés de liberté) tout simplement équipée d’interfaces joystick. Cette interface permet aux professionnels de la santé de contrôler à distance les mouvements de translation et de rotation du cathéter. De plus, un tracker à 5-DOF à l’extrémité du cathéter fournit des données en temps réel sur la position et l’orientation, préparant le terrain pour une optimisation avancée de la trajectoire.
Cette approche, axée sur les données, a doté l’équipe de l’UCL d’un retour d’information instantané, leur permettant de prendre des décisions directement pendant l’intervention, mais aussi de collecter des données pour l’entraînement d’un contrôle autonome du robot. Leurs choix lors de ce premier prototype de laboratoire pourraient établir une nouvelle norme en matière de précision procédurale avec un tel suivi en temps réel. Une telle conception peut être optimisée à l’avenir et amenée sur la table d’opération, permettant aux opérateurs de naviguer le cathéter à travers des structures anatomiques complexes en toute confiance et avec des informations de rétroaction exceptionnellement précises comparées à l’existant.
Mise en place d’un modèle d’apprentissage « machine learning »
L’essence de la recherche menée par l’UCL réside dans l’adoption de la méthodologie de l’Apprentissage par la Démonstration (LfD), qui change fondamentalement l’approche de l’intervention robotique. Contrairement à la programmation traditionnelle basée sur des règles, le LfD permet au système robotique d’apprendre et de s’adapter en fonction de démonstrations du monde réel. Dans ce cas, le système est formé à l’aide d’un Modèle de Mélange Gaussien (GMM), ajoutant une couche de sophistication au processus d’apprentissage.
Fondement du modèle : Collecte de Données par Itération à Partir de Procédures Manuelles
La base de ce processus d’apprentissage est établie par la collecte de données à partir de 50 répétitions de procédures manuelles de cathétérisme. Ces répétitions capturent non seulement les étapes procédurales, mais aussi les nuances subtiles et les variations inhérentes à différentes interventions. Cet apprentissage itératif garantit que le robot ne mime pas seulement des actions, mais comprend les complexités qui contribuent à un cathétérisme réussi.
Le Rôle du Modèle de Mélange Gaussien (GMM) : une Adaptation Dynamique
Le Modèle de Mélange Gaussien (GMM) joue un rôle pivot dans ce processus. En tant que modèle probabiliste, le GMM peut capturer des relations complexes au sein de l’ensemble de données, le rendant particulièrement adapté à la modélisation des mouvements divers et complexes impliqués dans les procédures de cathétérisme. Cette complexité du modèle permet une adaptation dynamique, garantissant que le robot ne reproduit pas simplement des trajectoires apprises, mais s’ajuste de manière flexible à des situations nouvelles et à des anatomies spécifiques au patient.
Objectif de l’Utilisation de la Méthode LfD GMM : Optimisation des Trajectoires automatisée
L’objectif principal de l’utilisation de la méthode LfD GMM est l’optimisation des trajectoires. En apprenant à partir des données collectées, l’algorithme affine sa compréhension des trajectoires optimales de cathétérisme. Cette amélioration n’est pas un processus statique, mais dynamique, permettant au système de continuellement évoluer et améliorer ses techniques au fil du temps. En conséquence, le robot peut s’adapter à divers scénarios procéduraux, améliorant la précision et l’efficacité dans les interventions de cathétérisme.
Contrairement à la programmation conventionnelle, qui repose sur des règles et des scénarios prédéfinis, l’approche LfD GMM introduit un élément d’adaptabilité en temps réel. La capacité du robot à apprendre et à optimiser sa trajectoire en fonction de démonstrations dynamiques du monde réel le positionne comme un outil flexible et réactif entre les mains des professionnels de la santé.
Conclusion : l’utilisation des Moteurs à ultrasons compatibles IRM permet de révolutionner l’approche des interventions en chirurgie cardiaque
Cette recherche confronte non seulement les défis actuels du cathétérisme cardiaque, mais pose également les bases d’interventions plus sûres et plus efficaces. La fusion de la technologie des moteurs ultrasoniques, du guidage par IRM et de l’apprentissage machine aborde non seulement les limitations existantes, mais promet également un changement de paradigme dans les soins cardiovasculaires mondiaux. Alors que nous nous tenons à la croisée de l’innovation et des soins de santé, les implications de cette recherche s’étendent bien au-delà du laboratoire, offrant un aperçu d’un avenir où les interventions cardiovasculaires sont non seulement plus précises et efficaces, mais aussi plus sûres tant pour les patients que pour les professionnels de la santé. Les efforts collaboratifs de l’équipe de recherche de l’UCL soulignent le potentiel des approches interdisciplinaires, nous propulsant vers une nouvelle ère de la technologie médicale. La route à venir promet des avancées continues, façonnant le paysage des soins cardiovasculaires et laissant une empreinte indélébile sur l’avenir des soins de santé tels que nous les connaissons.
