Dexterous Serial Comanipulation for Minimally Invasive Surgery
Comanipulation Série Dextre pour la chirurgie Mini Invasive
Résumé
A minimally invasive surgery, which typically involves endoscopic camera and laparoscopic instruments, may seem to be the ideal surgical procedure for its apparent benefits. However, in comparison to open surgeries, the spatial and mechanical tool limitations posed on surgeons are so high that often MIS is foregone for complex cases and even when it is possible, the procedure requires a high dexterity, caliber and experience from the surgeon. This research was motivated by the need for dexterous surgical instruments that offer an intuitive control and an ergonomic interface, with the final objective of developing a suitable robotic hand-held surgical device for laparoscopic interventions. The research was based on comparative evaluation of different interfaces, control modes and kinematics, using a virtual reality simulator, developed specially for this purpose. The results show that: 1. The optimal interface has a WYSIWYD (what you see is what you do) control mode and is finger-operated. 2. The optimal distal motorized mobilities of the end-effector produce two independent DOF for exion and rotation of the end-effector which are sufficient for complex MIS gestures. 3. Adding a free articulation to the instrument's handle allows the surgeon to have an ergonomic posture. 4. An active trocar makes the rotation of the shaft with a free joint possible. This research also resulted in the development of a proof-of-concept prototype. The prototype was tested successfully, in vitro and in vivo on a porcine model.
Une chirurgie minimalement invasive (CMI), qui implique généralement une caméra endoscopique et des instruments de laparoscopie, peut sembler être la procédure chirurgicale idéale pour ses avantages apparents. Toutefois, en comparaison à la chirurgie ouverte, les limites spatiales et outils mécaniques posés sur les chirurgiens sont si élevés que, souvent, la CMI est abandonné pour des cas complexes et même quand elle est possible, la procédure nécessite une grande dextérité, calibre et expérience du chirurgien. Cette recherche a été motivée par la nécessité d'habiles instruments chirurgicaux qui offrent un contrôle intuitif et une interface ergonomique, avec l'objectif final de développer un instrument robotisé adapté aux interventions par laparoscopie. La recherche a été basée sur l'évaluation comparative des différentes interfaces, modes de contrôle et cinématiques, en utilisant un simulateur de réalité virtuelle, développée spécialement à cet effet. Les résultats montrent que: 1. l'interface optimale a un mode de contrôle WYSIWYD (ce que vous voyez est ce que vous faites) et est exploité par les doigt. 2. les mobilités distales motorisées de l'effecteur doivent produire deux degrés de liberté (DDL) indépendants pour la flexion et la rotation de l'effecteur. Ce qui est suffisant pour des gestes SIG complexes. 3. ajouter une libre articulation à la poignée de l'instrument permet au chirurgien d'avoir une posture ergonomique. 4. un trocart actif permettrait la rotation de l'arbre de l'instrument avec un joint libre. Cette recherche a également permis le développement d'un prototype de validation de concept. Le prototype a été testé avec succès, in vitro et in vivo sur un modèle porcin.
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