Problème 2738

À mesure que la chirurgie assistée par robot se généralise, les inquiétudes concernant les failles de sécurité, la latence et les performances du système augmentent également. Dans la salle d'opération, chaque seconde est critique et les pannes ou les retards technologiques peuvent mettre la vie en danger. La chirurgie assistée par robot (RAS) existe depuis quelques décennies, mais elle devient de plus en plus répandue et beaucoup plus complexe. La technologie comprend souvent une variété d'éléments de traitement et de capteurs, construits sur des architectures capables de traiter d'énormes quantités de données et de fournir une rétroaction en temps réel aux chirurgiens et à leurs équipes de soutien. Mais ces machines sont également de plus en plus connectées à Internet - soit directement, soit via un autre réseau - et c'est là que de nombreux problèmes commencent. « Les systèmes de chirurgie robotique sont devenus un outil courant pour les hôpitaux. Ils permettent des opérations plus précises et moins invasives, dépassant les capacités de la chirurgie traditionnelle, a déclaré Marc Witteman, PDG de Riscure. « Mais comme pour tous les appareils connectés, il existe un risque de sécurité, qui est récemment apparu dans les nombreuses attaques de ransomwares. Imaginez que votre procédure médicale urgente s'arrête en raison d'un plantage du système invoqué par un pirate informatique. Ou encore plus avancé, supposons que la procédure soit détournée et délibérément mal exécutée. Bien qu'une grande partie de cet équipement soit encore utilisée pour les chirurgies sur place, il peut être utilisé à distance. "C'est là que la 5G entre en jeu", a déclaré Witteman. « Cette technologie offre une faible latence et une grande fiabilité et convient au contrôle à distance du RAS. Mais si la technologie 5G est conçue pour la sécurité, cela ne couvre qu'une partie du risque. En effet, une conception solide atténue les attaques qui exploitent les limites de la technologie, mais une menace encore plus grande réside dans la mise en œuvre. Les logiciels de systèmes embarqués sont de plus en plus complexes et nous savons que les appareils contiennent généralement des centaines de vulnérabilités. Il y a des faiblesses dans le produit qui n'empêchent pas le fonctionnement normal. Cependant, un attaquant qui connaît ces faiblesses et qui peut les combiner à des fins malveillantes peut les exploiter. Ces violations soulèvent également des problèmes de confidentialité, et moins les réseaux sont sécurisés – ce qui est un problème avec les chirurgies effectuées à distance pour les zones rurales – plus ces préoccupations sont importantes. "La confidentialité et l'intégrité des signaux de contrôle et de télémétrie cruciaux envoyés sur une liaison réseau doivent toujours être protégées par une authentification mutuelle solide de bout en bout entre les appareils", a déclaré Mark Knight, directeur de la gestion des produits d'architecture chez [Arm](https:/ /semiengineering.com/entities/arm/). « Pour mettre en œuvre cela, le robot et le contrôleur du médecin à distance doivent disposer d'informations d'identification solides et secrètes protégées au sein d'une racine matérielle de confiance. Une racine de confiance fournit des fonctions approuvées que les services de périphérique de niveau supérieur peuvent utiliser pour assurer la sécurité. Les cadres de sécurité et les programmes de certification, tels que PSA Certified, peuvent offrir une approche standardisée de la sécurité, permettant à l'ensemble de la chaîne de valeur de travailler avec des exigences cohérentes pour mettre en œuvre des mesures de sécurité adaptées au cas d'utilisation. Les protocoles de transport réseau largement déployés tels que TLS peuvent ensuite utiliser les informations d'identification sécurisées pour étayer l'authentification d'appareil à appareil, contribuant ainsi à atténuer le risque d'interception ou de modification des signaux de contrôle. Pourtant, même les interruptions quotidiennes peuvent causer des problèmes. Les fluctuations de service peuvent interrompre une intervention chirurgicale et les opérations effectuées à distance peuvent être affectées par tout, des conditions météorologiques à la géopolitique. Parce que c'est encore relativement nouveau, les réglementations et les meilleures pratiques prendront du temps à être formulées. "Il y a des défis avec la chirurgie à distance", a déclaré Sathish Balasubramanian, responsable des produits chez Siemens EDA. « De nombreuses interventions chirurgicales nécessitent une grande précision. La chirurgie locale assistée par robot offre cet avantage. Cependant, la chirurgie à distance dépend d'un réseau hautement fiable avec une bande passante élevée et une faible latence. Lors de l'opération, surtout avec un support de vision 3D, un délai de 4 à 5 secondes est comme une éternité et peut être critique pour la réussite de l'opération. De plus, la FDA doit encore régler certains des problèmes en suspens. Pendant l'opération à distance, si le médecin responsable avec toutes les qualifications n'est pas présent dans la salle d'opération, comment la FDA réglementera-t-elle cela ? En cas de problème, qui serait responsable ? Le médecin chef de file qui a réalisé l'opération à distance, les médecins assistants au bloc opératoire ou le fabricant du matériel chirurgical ? Origines du RAS ----------- Dans les années 1970, la NASA a eu l'idée de faire de la chirurgie à distance. Trente ans plus tard, la chirurgie assistée par robot (RAS) a commencé à entrer dans le domaine de la médecine. Le 2 septembre 2001, un groupe de médecins français à New York a opéré un patient situé à Strasbourg, en France, à l'aide du robot chirurgical Zeus. Appelée opération Lindbergh, il s'agissait de la première procédure de téléchirurgie réussie pour retirer la vésicule biliaire d'un patient. Cette approche a été bien testée depuis lors. Aujourd'hui, de nombreuses institutions de premier plan, notamment la Mayo Clinic, Stanford, le MIT, l'UCLA et l'USC Medical, pratiquent régulièrement la chirurgie assistée par robot. Les avantages du RAS incluent une plus grande précision et de meilleurs résultats que les médecins humains dans certains cas, et le plus important, des temps de récupération plus rapides pour les patients. Avec la chirurgie assistée par robot, après qu'un chirurgien ait pratiqué l'incision initiale, le chirurgien formé au RAS opérera le patient en contrôlant une console équipée d'une capacité de vision 3D HD et d'un contrôleur de type joystick. En regardant à travers une caméra 3D, le chirurgien manipule le robot pour faire tout ce qui est nécessaire. Le chirurgien garde le contrôle tout le temps, mais peut ne jamais toucher le patient. Avec le déploiement de la 5G, l'utilisation du RAS devrait se développer dans les années à venir. Cela ouvrira la porte à plus d'expertise partout, mais à mesure que l'électronique devient plus avancée, le potentiel de la technologie à causer des problèmes augmente également. "La conception et la sélection du silicium dans la conception d'équipements chirurgicaux assistés par robot peuvent être complexes", a déclaré Lang Lin, spécialiste principal des produits chez Ansys. «La puissance, les performances et la surface (PPA) sont importantes. La sécurité est le quatrième pilier de la conception après le PPA. De même, la sécurité peut être mesurée aux niveaux matériel, micrologiciel et logiciel, tout comme la puissance. Cela devient simplement plus compliqué que la puissance ou les performances, mais la sécurité au niveau du silicium est définitivement la racine de la confiance. L'industrie des semi-conducteurs et la communauté EDA ont commencé à prendre au sérieux la conception et la vérification de la sécurité ces dernières années. La sécurité doit être mise en œuvre à tous les niveaux, pas seulement au niveau de la puce, et elle doit être mise à jour à mesure que de nouvelles menaces émergent. "Pour minimiser les risques posés par les vulnérabilités logicielles, les fabricants de RAS doivent prendre en compte la sécurité tout au long du cycle de développement du produit", a déclaré Witteman de Riscure. « Cela commence par la formation de l'équipe de développement, en la sensibilisant aux vulnérabilités typiques et aux meilleures pratiques de sécurité. Après cela, les revues de mise en œuvre et les tests de produit doivent être une partie répétitive du processus jusqu'à ce que le produit soit terminé. Enfin, une certification doit confirmer que le produit est effectivement sûr et qu'il peut être appliqué à faible risque. Sans ces étapes, nous pouvons nous attendre à des incidents similaires à ceux observés dans notre infrastructure critique, sapant la confiance du public dans les nouvelles technologies. Pourquoi c'est important -------------- La numérisation de la chirurgie est un énorme pas en avant, à la fois en termes de prévisibilité des résultats et de capacité à revenir sur les données en cas de problème pour déterminer ce qui s'est passé , quand c'est arrivé, et potentiellement pourquoi. Aujourd'hui, la chirurgie assistée par robot est utilisée dans de nombreux domaines, notamment cardiaque, colorectal, endométriose, chirurgie générale, gynécologie, transorale (tête et cou), thoracique, urologie, etc. La technologie peut être utilisée pour la chirurgie hospitalière, ainsi que pour la chirurgie ambulatoire et à distance. Les arthroplasties du genou sont la chirurgie hospitalière la plus courante. Selon Harvard Health, 730 000 arthroplasties du genou sont effectuées chaque année aux États-Unis. Récemment, des appareils robotiques portatifs sont devenus disponibles pour effectuer des opérations du genou et de la hanche. Étant donné que la taille du genou ou de la hanche de chaque personne est différente, l'opération nécessite une mesure précise et une collecte de données pour créer les pièces de rechange. Smith & Nephew a rapporté que l'utilisation de tels dispositifs robotiques portables pour la capture automatique de données a réduit la collecte de points de données requise de 72 % et a multiplié par 2,5 la zone de collecte de points de données. En conséquence, une génération plus rapide de modèles de surface peut être obtenue avec une réduction de 40 % du flux de travail et, en fin de compte, des économies de coûts. Par rapport à la chirurgie traditionnelle, la chirurgie assistée par robot permet un mouvement plus précis et régulier sans fatigue. Il n'est pas rare qu'une équipe chirurgicale mette des heures à réaliser une opération. Les procédures longues peuvent provoquer des tremblements des mains chez les chirurgiens en raison du stress exercé sur les mains. Avec une précision mécanique permettant une meilleure dextérité, le robot peut opérer sur des zones plus petites que ne le peuvent les mains humaines. Un microscope 3D haute définition et des moniteurs aident les chirurgiens à voir clairement l'état du patient. Une précision et une efficacité accrues permettent d'effectuer les opérations en moins de temps, ce qui entraîne moins de fatigue pour les chirurgiens et moins de perte de sang pour le patient. L'expérience du patient est également améliorée car la chirurgie assistée par robot nécessite des incisions plus petites, provoque moins de douleur et nécessite moins de temps de récupération pour le patient. Cela diminue également la possibilité d'infection après la chirurgie. "La chirurgie assistée par robot a apporté des contributions significatives dans le domaine de la médecine", a déclaré Subh Bhattacharya, responsable de AMD pour les soins de santé et les sciences. . "Le chirurgien spécialisé contrôle les bras du robot à l'aide des manettes de "réalité augmentée" pour opérer le patient. En adoptant l'approche mini-invasive, elle ne nécessite qu'une minuscule incision aussi petite que 8 mm et peut effectuer une procédure de haute précision en un temps beaucoup plus court que les humains. Cela permet aux patients de récupérer beaucoup plus rapidement avec une perte de sang minimale. Ce qui était autrefois un séjour d'une semaine à l'hôpital peut maintenant être accompli en ambulatoire. Cela améliore l'expérience du patient et réduit les coûts. La conception d'équipements chirurgicaux assistés par robot est complexe. Les concepteurs doivent tenir compte des mouvements électromécaniques de précision, du contrôle moteur, de la technologie 3D et de la conception des caméras HD. La sélection des matériaux et l'architecture des puces peuvent déterminer s'il faut tout intégrer dans un système sur puce, un système sur module ou même un système en boîtier. Ces choix peuvent avoir un impact important sur les performances du système, la consommation d'énergie, le nombre d'E/S et la vitesse des connexions réseau, ainsi que sur les choix et les capacités logicielles, la sécurité, la sûreté, la fiabilité et le coût. Dans le passé, les fabricants d'équipements médicaux s'appuyaient sur des équipementiers spécialisés dans les conceptions électromécaniques. Avec les progrès des puces et des emballages, de plus en plus de fabricants d'équipements médicaux fabriquent désormais des systèmes complets d'équipements chirurgicaux assistés par robot. « Le système chirurgical da Vinci d'Intuitive est le pionnier dans le domaine de la chirurgie robotique », a déclaré Bhattacharya d'AMD. « D'autres grandes entreprises comme Medtronic et Johnson & Johnson se préparent également à commercialiser leur propre système de robotique chirurgicale pour la chirurgie générale en utilisant des SOM et des SoC intégrés. Dans le passé, la construction d'un robot était beaucoup plus difficile. Aujourd'hui, l'avènement de la technologie SoC adaptative avec des accélérateurs, les E/S de connectivité requises et les piles logicielles associées de système d'exploitation, de middleware et d'accélérateurs accélèrent la conception de ces systèmes robotiques. La vitesse des données compte ------------------ En 2019, le cardiologue interventionnel Ryan Madder, M.D. a réalisé avec succès 36 simulations d'intervention coronarienne percutanée (ICP) à l'aide de réseaux publics dédiés à la fibre 5G. Les simulations ont été effectuées entre Waltham, MA, et San Francisco, à environ 3 000 milles de distance. C'était un bon premier pas. Les chirurgies à distance réussies dépendent de réseaux sans fil fiables et à haut débit, tels que la 5G. Des infrastructures de réseau fiables sont également importantes. En théorie, la 5G peut atteindre des vitesses de 20 Go par seconde avec une latence de 1 ms. En réalité, cependant, la 5G d'aujourd'hui n'a atteint que 5% de sa vitesse maximale potentielle. Presque tout le monde a connu la frustration des perturbations Internet. Cependant, dans les chirurgies à distance, l'impact de toute panne est plus qu'un simple inconvénient. Que se passe-t-il si le réseau se bloque pendant l'opération ? "Redémarrer le système" est ce qu'un FAI demanderait normalement aux utilisateurs du réseau de faire. Pour RAS, ce n'est pas une bonne option. Une solution est d'avoir une redondance. Mais l'intégration de la redondance augmente les coûts d'investissement et ne résout pas les problèmes tels que la latence, qui peuvent être causés par tout, des pointes de trafic aux circuits vieillissants. Même les touches collantes peuvent causer des problèmes, où la frappe répétée d'une touche semble initialement n'avoir aucun impact, puis fait soudainement apparaître des lettres à l'écran. Si cela se produit pendant une procédure de coupe, le robot répétera-t-il la même procédure plusieurs fois ? Comment les chirurgiens ou les professionnels de l'informatique sauraient-ils si le réseau est retardé, gelé pendant une courte période ou complètement indisponible à ce moment-là ? Par conséquent, il est extrêmement important d'avoir des performances de système de réseau sécurisées et fiables (5G) pendant les procédures de chirurgie à distance. Ces exigences incluent : * Des performances durables à grande vitesse ; * Latence minimale en millisecondes ; * Connexion réseau fiable pendant toute l'opération ; * Configuration de redondance ou de sauvegarde/basculement ; * La sécurité du matériel et des logiciels, et * Dans les régions éloignées et moins développées, une infrastructure fiable - y compris un réseau électrique stable/approvisionnement en électricité. Enfin, la gestion des pannes d'équipements chirurgicaux est un autre défi majeur. Quelle est la procédure d'urgence en cas de panne du matériel chirurgical assisté par robot ? Le patient doit-il être recousu manuellement à ce stade ? Quel impact cela aurait-il sur la santé du patient ? Ce sont toutes des questions sans réponse. L'avenir ---------- La chirurgie assistée par robot commence tout juste à être déployée à grande échelle. De nouvelles technologies sont intégrées aux équipements pour améliorer les performances et réduire les temps d'arrêt. "L'IA et les jumeaux numériques amélioreront les performances futures", a déclaré Balasubramanian de Siemens. " Il est important d'avoir un enregistrement minute par minute de la procédure, et la technologie du jumeau numérique sera certainement en mesure d'enregistrer la procédure et de fournir une analyse future pour améliorer le processus et à des fins éducatives. Il y a un grand espoir qu'au fil du temps, la chirurgie assistée par robot augmentera la précision, l'efficacité et la sécurité, tout en réduisant potentiellement les coûts des soins de santé. Cela peut également aider à fournir un accès à des spécialistes dans des régions éloignées où il n'y en a pas. "L'accès à l'expertise chirurgicale est limité dans de nombreuses zones rurales des États-Unis, ainsi que dans de nombreuses régions du monde", a déclaré Santosh Kesari, M.D., Ph.D., et co-fondateur et directeur de Neuro-oncologie, Pacific Neuroscience Institut à Santa Monica, Californie. « On s'attend à ce que de plus en plus d'hôpitaux et d'établissements de santé utilisent des équipements chirurgicaux assistés par robot non seulement pour les soins en personne, mais aussi pour les chirurgies à distance. La technologie continuera d'évoluer et d'innover. Les futurs équipements seront plus polyvalents, flexibles, plus légers et davantage basés sur l'IA. D'autres types d'équipements robotiques, tels que des appareils portatifs, seront également développés et permettront d'accélérer la télésanté et les soins à distance. » Cela dépendra également en partie de la rapidité avec laquelle l'infrastructure de communication à haut débit est déployée. Ainsi, alors que la 5G aidera – elle a un débit de données maximal de 20 Gbps avec une latence de 1 ms – la 6G devrait être encore meilleure. En théorie, le débit de données maximal de la 6G atteindra un térabit par seconde avec une latence de 0,1 ms. Mais les vitesses peuvent varier considérablement selon l'endroit où la technologie est déployée et la façon dont ces vitesses sont mesurées. Opensignal, une agence qui suit les performances de la 5G dans le monde, note que la Corée du Sud a souvent pris l'initiative d'atteindre les performances 5G les plus rapides, par exemple avec le téléchargement Ultra-Wideband des vitesses de 988,37 Mbps. Cependant, Verizon a récemment mesuré une performance maximale de 1,13 Gbps. La vitesse varie en fonction de l'emplacement des antennes 5G et est très spécifique à l'emplacement. Une performance de pointe à un moment donné ne signifie pas qu'elle est toujours durable. Désormais à 1 Gbps, la 5G a encore un long chemin à parcourir avant d'atteindre 20 Gbps. En bref, les concepts de chirurgie assistée par robot à distance ont beaucoup à offrir à la communauté médicale. Les avantages sont innombrables. Mais le temps de montée en puissance dépendra de nombreux facteurs, des puces sécurisées aux systèmes de communication robustes, en passant par la capacité de surveiller tous les composants de plusieurs systèmes connectés qui doivent tous fonctionner ensemble pour que le RAS réussisse.