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Dec 05, 2023

Une étude révèle les mécanismes de la chirurgie idéale

Des chercheurs de l'EPFL ont publié une première étude sur la

Des chercheurs de l'EPFL ont publié une première étude sur la mécanique des nœuds chirurgicaux, dont les résultats pourraient être utilisés pour former les chirurgiens à nouer des sutures plus solides et plus sûres - une compétence qui nécessite généralement des années de pratique pour être maîtrisée.

Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

image : Noeud chirurgical noué sur un support rigideVoir plus

Crédit : Alain Herzog / EPFL

Pensez à la dernière fois que vous avez attaché votre chaussure : vous l'avez peut-être bien attachée ou avez fait plusieurs nœuds pour vous assurer que les lacets ne se défont pas. Vous vous êtes probablement fié à votre intuition pour vous dire quelle tension appliquer pour empêcher les lacets de se dénouer, sans tirer assez fort pour les casser.

Peut-être étonnamment, les chirurgiens adoptent également une approche intuitive pour nouer les sutures. Alors que de simples nœuds coulissants carrés et mamies sont souvent utilisés en chirurgie, il faut des années pour les maîtriser afin qu'ils restent en place sans se desserrer ni se casser. De nombreuses recherches mathématiques ont été effectuées sur la topologie et la géométrie des nœuds, mais on en sait peu sur la mécanique des nœuds dans le contexte de variables physiques, comme les propriétés matérielles des filaments noués.

"C'est étonnant de penser à quel point nous comptons sur les nœuds, alors que nous ne comprenons pas vraiment comment ils fonctionnent", déclare Pedro Reis, responsable du laboratoire de structures flexibles à la School of Engineering (Institut de génie mécanique). Reis et le doctorant Paul Johanns se sont associés à la chirurgienne plasticienne lausannoise Samia Guerid pour mener une première étude basée sur la physique – récemment publiée dans Science Advances – sur la mécanique des nœuds chirurgicaux et sur les propriétés exactes qui influencent leur résistance.

"La compréhension de la mécanique des nœuds chirurgicaux peut sensibiliser les chirurgiens expérimentés, être intégrée dans les programmes de formation et faire progresser la chirurgie robotique en permettant des capacités de nouage plus efficaces", déclare Guerid. "Une telle connaissance pourrait également influencer le développement de matériaux de suture qui améliorent la résistance au glissement dans les nœuds coulissants."

Le pouvoir de la plasticité

Reis, un grimpeur passionné, s'intéresse personnellement aux nœuds sécurisés et a mené plusieurs études antérieures sur la mécanique des nœuds. Il explique que de nombreux nœuds peuvent être décrits comme des structures à extrémité libre qui fournissent une force de maintien, leur fonctionnalité étant dictée par les variables de topologie, de géométrie, d'élasticité, de contact et de frottement. Mais pour l'étude des nœuds chirurgicaux, Reis et ses collègues ont considéré un sixième facteur clé : la plasticité polymère du filament de suture.

La résistance des sutures réalisées à partir de filaments de polypropylène utilisés en chirurgie dépend de la tension appliquée lors du nouage du nœud (prétension). Cette prétension déforme, ou étire en permanence le filament, créant une force de maintien. Trop peu de prétention fait que le nœud se défait ; trop casse le filament.

L'équipe a analysé 50 à 100 nœuds noués par Guerid et a découvert que la chirurgienne était capable, grâce à ses années d'expérience, de cibler intuitivement le « sweet spot » de la prétention. À l'aide d'expériences de précision, d'une tomographie par micro-ordinateur à rayons X et de simulations informatiques, les scientifiques ont défini un seuil entre les nœuds « lâches » et « serrés », et découvert des relations entre la force et la prétension des nœuds, la friction et le nombre de lancers.

"Étonnamment, malgré l'interaction complexe entre les six facteurs, nous avons observé un comportement émergent simple et robuste vis-à-vis de la force des nœuds. Mais nous n'avons toujours pas de modèle prédictif pour expliquer pleinement la relation entre la prétension et la force des nœuds, ce qui semble être cohérent, même en dehors des nœuds chirurgicaux. Nous examinons déjà cette question.

Un outil de formation pour les chirurgiens… et les robots

Les découvertes de l'équipe pourraient être un outil précieux pour la formation des chirurgiens, car elles pourraient permettre de traduire les paramètres d'un nœud sécurisé en directives pratiques. Bien que l'expérience reste importante, l'idée est que le nouage en toute sécurité pourrait être enseigné à l'aide de modèles prédictifs, plutôt que par l'intuition acquise uniquement grâce à des années de pratique.

"Nos données nous donnent une recette pour déterminer la prétension et le nombre de lancers idéaux, par exemple, en fonction du type de filament utilisé", déclare Reis.

"Le manque d'analyses basées sur la physique a été une limitation", ajoute Guerid. « Des données quantifiables sur la mécanique des nœuds pourraient être intégrées dans des programmes de formation pour évaluer la résistance à la traction de chaque nœud, garantissant que les stagiaires acquièrent les compétences nécessaires pour des chirurgies réussies. Les données pourraient également faciliter le développement de la chirurgie robotique via la programmation de systèmes robotiques.

Avancées scientifiques

10.1126/sciadv.adg8861

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