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INSA de Toulouse (28/01/2005), ESTEVE Daniel (Dir.)
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Conception et réalisation d'une instrumentation terminale intégrée en chirurgie mini-invasive robotisée
Frederick VAN MEER1

On assiste depuis quelques années à l'émergence d'une robotique médicale proposée pour accroître la précision des actes, améliorer les conditions de travail de l'équipe chirurgicale et le confort du patient. Nos recherches s'inscrivent dans le projet national EndoXiroB du RNTS dont l'objectif est la réalisation d'un ensemble robotisé de chirurgie mini-invasive. Elles sont dédiées à la conception et à la réalisation, en s'appuyant sur les technologies microsystèmes, d' une instrumentation chirurgicale poly-articulée équipée d'outils terminaux intégrés permettant une mesure des efforts et une découpe thermo-coagulante des tissus vivants. Nous présenterons une description complète de notre proposition qui consiste en une articulation poly-articulée innovante, proche du type « corps de serpent ». Cette articulation, commandée par quatre ou six fils, est composée de liaisons rotules plastiques accompagnées par plusieurs fils métalliques assurant à l'ensemble une rigidité en torsion et flexion. Nous décrirons nos travaux sur la conception microsystème d'un capteur d'effort deux axes pour mesurer des forces de tiraillement sur les tissus. Le microsystème utilise deux niveaux de silicium intégrant un corps d'épreuve à quatre branches orthogonales et un ensemble d'électrodes capacitives inter-digitées.Nous exposerons nos premières études sur la conception de lames thermo-chauffantes pour la découpe et la coagulation des tissus. Ces études sont basées sur la réalisation de lames en technologie silicium. Au-delà de la simple découpe et de la mesure des efforts, on peut imaginer d'intégrer d'autres micro-capteurs sur les outils chirurgicaux. Il serait ainsi possible d'augmenter la sécurité de l'acte chirurgical en évaluant, par exemple, la présence d'artères, de vaisseaux ou de nerfs à proximité de l'outil de chirurgie. Pour finir, nous proposerons une réflexion plus prospective basée sur la miniaturisation d'un robot portable intégrant un dispositif compact pour actionner l'a rticulation terminale de l'instrument chirurgical. Au-delà de cette réflexion, une solution extrême consisterait dans le futur à transférer tous les degrés de liberté d'un système robotisé à l'intérieur de la cavité opératoire.
1:  LAAS - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse]
Microsystèmes – Robotique médicale – Chirurgie mini-invasive – Poignet articulé – Micro-capteur silicium – Capteur deffort – Outil chirurgical – Thermocoagulation

We have witnessed since few years the emergence of automated surgery aiming at the improvement of surgical procedures, operating team's working conditions and patient's comfort. This thesis falls within the RNTS national project called EndoXirob, the objective of which is the realization of an automated minimally invasive surgery device.The main objective of our work is dedicated to the conception and realization, using microsystem technologies, of a poly-articulated surgical instrumentation equipped with integrated terminal tools allowing for stress measurement and thermo-coagulant cut of living tissues.Our suggestion makes use of an innovative poly-articulated articulation, similar to the "snake body" type. This articulation, controlled by 4 or 6 wires, is composed of plastic wrist joint connections accompanied by many metallic wires insuring stiffness in both torsion and flexing. Force feedback in tele-operated instrumentation is strongly requested by surgeons. Our work deals with the microsystem conception of a two axis stress sensor to measure pulling forces on tissues in the jaws plane. This microsystem uses two Silicon levels integrating a 4 orthogonal branches gauge and a set of plane electrodes inter-digitized.Tissues cutting and coagulation represents an important part in the surgical act and constitute a good base for the development of an intelligent terminal toolset. We have studied the conception of auto-regulated thermo-heating Silicon blades allow the cutting and the thermo-coagulationo of tissues. Beyond simple cut and stress measurement, we can imagine the integration on surgical tools of other micro-sensors or micro-actuators. It would then be possible to increase the surgical act safety by evaluating, for example, the presence of arterials, blood vessels or nerves in the vicinity of the surgical tool.Finally, we suggest a futurology reflection based on the miniaturization of a portable robot with a compact mechanism driving the terminal articulat ion of the surgical tool. A last reflection evaluates an extreme solution where all the degrees of freedom in the robot are transferred inside
Medical robotics – Microsystems – Minimally invasive surgery – Articulated wrist – Silicon micro-sensor – Force/stress sensor – Surgical instrument

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