Letteratura scientifica selezionata sul tema "Chirurgie – Appareils et matériel – Innovation"

Dans cette thèse, nous avons travaillé sur les différents versants de la technique de dissection sous-muqueuse et les problèmes que pose ce geste quasi chirurgical dans des unités d'endoscopie initialement médicales. Tout d'abord, nous avons travaillé sur la formation à la technique en développant un modèle d'apprentissage sur colon de bovin plus adapté à la situation européenne où les lésions colo-rectales sont les plus fréquentes. Ce modèle de rectum de bovin, simple à trouver et à préparer permet une formation dans des conditions plus proches de la paroi colique humaine que celles offertes par l'estomac de cochon. Un travail à plus grande échelle évaluant les bénéfices d'une aide à l'apprentissage par un logiciel interactif dédié mené sur ce modèle avec 37 étudiants français et japonais est en cours d'analyse et sera publié prochainement. Ensuite, nous avons réfléchi à la stratégie de la procédure pour la rendre plus simple en évaluant précocement la technique du tunnel pour la dissection des lésions œsophagiennes. Cette stratégie permet de maintenir une traction sur les bords lésionnels et nous offrent une sorte de triangulation en élargissant physiquement la zone de travail. Cette stratégie est devenue un standard pour les résections œsophagiennes dans de nombreuses équipes. Enfin, nous avons travaillé conjointement avec la société Nestis® au développement d'un outil permettant d'optimiser la procédure de dissection sous-muqueuse en associant les bénéfices des bistouris bi fonction (injectant et coupant avec le même outil}, de la haute pression pulsée et des solutions macromoléculaires visqueuses. Le système Nestis® permet pour la première fois cette association et a démontré son intérêt en termes de sécurité et de performance par rapport à la méthode classique utilisant l'aiguille et un bistouri électrique conventionnel. Avec cet outil bi fonction, il n'est plus nécessaire de changer d'instrument puisque toutes les étapes de la procédure sont désormais réalisées avec un seul et même outil. D'autres projets sont déjà prévus avec ce matériel pour étudier ses bénéfices et sa sécurité en dissection colique humaine qui est réputée comme la plus difficile compte tenu de la finesse de la paroi. Enfin, ce matériel offre la possibilité d'injecter sous pression des principes actifs qui pourrait dans le futur permettre de prévenir la survenue de sténoses œsophagiennes ou diriger la cicatrisation. Nous avons ainsi travailler avec la pharmacie de l'hôpital Edouard Herriot pour stabiliser la solution macromoléculaires de mélange de glycérol pour permettre son utilisation en pratique quotidienne
First of all, we worked on the training for unexperienced operators by developing a bovine colon model more adapted to the European situation where colo-rectal lesions are the most common. This model of rectum from bovine, easy to find and to prepare allows training in conditions most close to the human colonic wall than those offered by the pig stomach. Furthermore, such models allows to teach the initial skills but avoiding the risk of adverse events for the first procedures in humans. A future work evaluating the benefits of a learning support by a dedicated interactive software on this model with 37 french and Japanese students is now being analyzed and will be reported soon. Then we thought about the strategy of the procedure in order to make it more simple using the tunnel technique to perform ESD for the esophageal lesions. This strategy helps to maintain traction on the edges and offers a sort of triangulation physically expanding the working space. This strategy has become a standard for esophageal resections in many teams and we still work to improve its efficacy. Finally, we worked jointly with Nestis® Company to develop a tool to optimize the submucosal dissection procedure by combining the benefits of the catheters bi function (injecting and cutting with the same tool), but adding high pulsed pressure and capability to inject viscous macromolecular solutions. The Nestis® system allows for the first time this association and demonstrated his interest in terms of security and performance compared with the conventional method using the needle and a conventional electrocautery device. With this bi function tool, it is not necessary to change instrument frequently since all stages of the procedure are now done with a single device. Other projects are already included with this material to explore its benefits and its safety in human colonic dissection that is deemed as the most difficult due to the thinner wall. Finally, this material offers the possibility to inject pressurized active drugs which could be used in the future to prevent the occurrence of esophageal strictures or to direct healing. We also worked with the hospital Edouard Herriot pharmacy to stabilize the solution glycerol mix to allow its use in daily practice in our unit

Les maladies parodontales sont des maladies infectieuses. Leur prévalence augmente avec l’âge, et pour les patients prédisposes, elles sont fonction du niveau de l'hygiène. Elles s'accompagnent de destructions tissulaires qui atteignent les tissus parodontaux: gencive, cément, os alvéolaire, de manière cyclique, épisodique, imprévisible. Elles se caractérisent donc par des variations dimensionnelles mesurables. Le relevé de ces mesures sanctionne toutes les étapes du traitement parodontal: le diagnostic, la prise de décision thérapeutique, l'évaluation de l'effet du traitement, la surveillance du patient a long terme. La profession utilise a cette fin un instrument manuel simple: la sonde parodontale. Son usage se concrétise par l'élaboration d'une fiche associant les mesures et leur représentation graphique. La charge en terme de temps, imposée au praticien, pour la réalisation de cet examen, nous a conduit à réaliser une sonde électro-mécanique interfacée a un traitement informatise des données. La solution mécanique retenue est une revendication brevet. Sa miniaturisation et sa forme, la simplicité de son fonctionnement, autorisent une prise de mesure rapide. L'interface de mesure assure la conversion analogique-numérique du signal, le stockage des données, leur correction, leur transfert éventuel dans un ordinateur. Á ce niveau nous avons programmé un logiciel autorisant la consultation des mesures sous forme chiffrée ou graphique. Une expérimentation clinique évalue la capacité de cette sonde a fournir des mesures précises et reproductibles par comparaison avec une sonde manuelle

Cette thèse est une contribution au développement du processus de conception d'instruments chirurgicaux innovants, plus particulièrement pour la conception d'instruments dans le domaine de la chirurgie minimalement invasive pour lesquels la collaboration du chirurgien et de l'ingénieur est indispensable. L'objet de recherche de cette thèse est de mieux connaître la pratique de conception dans ce domaine particulier dans le but de proposer un modèle amélioré de processus de conception. L'étude bibliographique montre l'écart important entre l'approche médicale (validation clinique) et l'approche de l'ingénierie (conception innovante). Pour combler cet écart, un moyen peut être la mise en place de nouvelles méthodes de conception permettant une étroite collaboration entre l'ingénieur et le chirurgien. Dans ce contexte, il s'agit de trouver un équilibre entre les méthodes d'ingénieries pures et les méthodes centrées utilisateurs. Nous basant sur la recherche-action comme méthode de recherche de ce travail, nous nous sommes lancés dans l'action de conception d'un instrument chirurgical innovant, le projet Protige, afin d'observer et de capturer cette expérimentation. Les différentes analyses du corpus de ce projet nous ont aidés à découvrir et identifier de nouveaux aspects du processus de conception, comme la coévolution du produit et de l'usage et le rôle de l'utilisateur expert dans le processus. Finalement, nous avons proposé une modélisations descriptive de processus de conception, incluant les concepts d'émulation et de Conception Centrée Utilisateur Expert (Expert-UCD) pour ensuite formaliser une méthode prescriptive de processus de conception pour les instruments chirurgicaux innovants. Ce modèle a été éprouvé sur un nouveau cas de conception d'un instrument pour la chirurgie minimalement invasive. Une architecture informatique a été proposée comme support de cette proposition de modèle
This PhD research is a contribution to the design process of innovative surgical instruments, particularly for minimally invasive surgery (MIS) for which the collaboration of surgeons and engineers is inevitable. Reviewing the literature shows that there is a gap between what surgeons need and what the engineers design. An approach to fill this gap is to build a design process which enables surgeons and engineers to work together, or in other words, enables the designer to integrate the surgeon in the design process. Taking the action research as the research method, this thesis went through the action of a 2-year design project of an MIS instrument, Protige, and observed and captured the experiment. The analyses of the corpus of observation showed new aspects of design process: the coevolution of product and usage during the process, and the role of the expert user in the design progression. These results led to propose new descriptions of design process, such as emulation step and expert- UCD, and provided bases for proposing a descriptive design process model for innovative surgical instruments. The validity of the proposed model was examined by applying to another MIS instrument design, and an informatic structure was proposed as a support for the process model

Les localisateurs magnétiques sont les seuls systèmes de localisation spatiale à permettre une localisation intra-corporelle. Cependant, les performances de ces systèmes sont fréquemment dégradées dans des conditions "normales" d'utilisation. Les erreurs constatées, de l'ordre de plusieurs millimètres pour les plus significatives, sont notamment provoquées par la présence de matériaux métalliques dans la zone de fonctionnement du localisateur. Ces matériaux engendrent des perturbations électromagnétiques qui modifient les valeurs du champ généré par les sources magnétiques du localisateur. Nous présentons un modèle numérique des phénomènes d'induction électromagnétiques créés dans des milieux conducteurs et/ou magnétiques avec la méthode des éléments finis, utilisant le logiciel FluxExpert. Deux techniques numériques différentes ont été mises en œuvre et comparées. Les résultats obtenus ont été validés. La cohérence et la complémentarité des domaines de validité ont été démontrées
Magnetic tracking devices are the only systems that allow tracking movement of surgical tools inside the human body. Nevertheless, when used in a typical working environnement, these systems are usually disturbed by electromagnetic fields induced in nearby metals. The presence of metallic objects within the working field results in measurement errors which can be important, several millimeters for the most significant. Three-dimensional finite element modelling is presented, which is performed with FluxExpert software. This model is used to study the effect of the two metal-related phenomena that impinge on the performance of electromagnetic based trackers : eddy currents and ferromagnetism. Two numerical techniques have been developed. An experimental investigation was undertaken to validate the aumerical results. Validity domains of the numerical modellings have also been determined

De nombreuses procédures chirurgicales en orthopédie, neurochirurgie, maxillo-facial ou ORL sont confrontées de façon récurrente à l'exigence de fraiser, aléser, percer ou encore couper des tissus osseux avec précision. Ces interventions sont traditionnellement effectuées à l'aide d'instruments motorisés qui sont positionnés, dirigés et maintenus par le chirurgien. La précision avec laquelle la cavité osseuse est réalisée, ainsi que la qualité des états de surface obtenus, sont par conséquent dépendantes de la dextérité du chirurgien. Ce manuscrit présente les travaux de développement d'un robot pour la chirurgie orthopédique et une méthodologie pour sa mise en oeuvre. Après avoir défini les contraintes chirurgicales liées à ce type de chirurgie et les solutions existantes pour assister le geste des chirurgiens, le dispositif BRIGIT (Bone Resection Instrument Guidance by Intelligent tool) est présenté en détail. Son architecture matérielle et logicielle, ses performances ainsi qu'une technique chirurgicale pour la pose de prothèse de genou sont décrites. La dernière partie est consacrée à la recherche du placement optimal du BRIGIT par rapport au patient. Deux méthodes de recherche sont proposées, l'une fournissant des solutions ponctuelles, l'autre calculant un espace de solutions
Several surgical procedures in orthopaedics, neurosurgery, maxillofacial or ENT need to mill, drill or cut bones accurately. In conventional surgery, motorized tools are positioned and held by the surgeon to realize these tasks. But bone cavity accuracy and surface roughness depend on the surgeon dexterity. In this thesis, we present a robot that has been developed for orthopaedic surgery as well as a registration method to position it with respect to the patient while satisfying constraints such as accessibility. In the two first section of the dissertation, the surgical constraint are presented and a state of art on current devices developed to assist ther surgeon's gesture is done. The third section details the BRIGIT device (Bone Resection Instrument Guidance by Intelligent tool) including its software and hardware architectures. A dedicated procedure for total knee replacement is also described. The last section presents the registration problem: two methods are proposed, one deriving a single robot solution, the second deriving a set of solutions that allows to position the robot in a more flexible manner

Ce travail présente l'étude et la réalisation d'un système devision robotique qui récupère et positionne automatiquement les instruments chirurgicaux lors d'une intervention en chirurgie laparoscopique assistée par robot. L'instrument est actionné par un robot chirurgical commandé par asservissement visuel. L'objectif de la tâche autonome est de déplacer en toute sécurité l'instrument d'une position inconnue ou non-visible à une position 3-D désirée. Des marqueurs lumineux sont fixés sur l'extrémité de l'instrument et un porte-outil est utilisé pour projeter un motif laser sur la surface des organes à l'aide de fibres optiques. Ces marqueurs visuels sont extraits de l'image endoscopique et permettent de localiser l'instrument dans la scène. L'instrument est amené et centré dans l'image au moyen d'une commande référencée dans le plan image. A l'aide de ce système, le chirurgien peut indiquer une position relative à atteindre entre l'instrument et l'organe pointé
This work presents a robotic vision system that automatically retrieves and positions surgical instruments during robotized laparoscopie surgical operations. The instrument is mounted on the end-effector of a surgical robot which is controlled by visual servoing. The goal of the automated task is to safely bring the instrument at a desired 3-D location from an unknown or hidden position. Light Emitting Diodes are attached on the tip of the instrument and a specifie instrument-bolder fitted with optical fibers is used to project laser dots on the surface of the organs. These optical markers are detected in the endoscopie image and allow to localize the instrument with respect to the scene. The instrument is recovered and centered in the image plane by means of a visual servoing algorithm using feature errors in the image. With this system, the surgeon can specify a desired relative position between the instrument and the pointed organ

La précision de l’ablation chirurgicale demeure aujourd’hui l’une des étapes essentielles de la stratégie thérapeutique contre les tumeurs cérébrales, comme les gliomes, et conditionne, plus que pour tout autre cancer, la durée de survie et la qualité de vie des patients opérés. L’enjeu est de réaliser une excision la plus complète possible pour limiter les récidives, tout en préservant les tissus sains bordant la tumeur. Ce travail de thèse présente le développement, la caractérisation et l’évaluation pré-clinique d’une sonde radiosotopique destinée à guider le chirurgien dans la détection et l’ablation simultanée de lésions tumorales cérébrales marquées avec des radiotraceurs émetteurs de positons. La sonde est constituée d’une tête de détection interchangeable, élaborée à partir de fibres claires et scintillantes, d’un guide de lumière et d’un module de photodétection et d’acquisition transportable composé notamment d’un photomultiplicateur multi-anodes et d’une carte d’acquisition électronique. Un prototype optimisé de la sonde en termes de performances (efficacité de détection et résolution spatiale) et d’ergonomie a été réalisé. Son évaluation sur un fantôme de cerveau a notamment montré que la sonde était capable de localiser, avec une précision de l’ordre du millimètre, de petits résidus tumoraux (20mg) marqués avec les radiotraceurs fluorés actuellement disponibles. De plus, l’évaluation pré-clinique sur un modèle primate a prouvé qu’il était possible d’effectuer précisément la localisation in vivo et l’exérèse simultanée de tissus radiomarqués en se guidant uniquement sur les capacités d’imagerie de la sonde couplée avec un aspirateur ultrasonore
Nowadays, the precision of the surgical removal remains one of the major steps of the management of patients suffering from brain cancers, such as gliomas, and conditions, more than for all other cancers, the survival outcome and the quality of life of operated patients. The stake is to perform the excision as complete as possible to prevent recurrences while preserving normal tissue bordering the tumour. This thesis presents the development, the characterisation and the pre-clinical evaluation of a radioisotopic probe intended to guide the surgeon in the simultaneous detection and removal of brain tumour lesion labelled with positrons emitting radiotracers. The probe consists of an exchangeable detection head built around clear and scintillating plastic fibres, an optic fibre bundle and a transportable photodetection and an acquisition module including a multi-channel photomultiplier and an electronic read-out chip. An optimised prototype of the probe with regards to performances (detection efficiency and spatial resolution) and ergonomics was realised. Its evaluation using a brain phantom demonstrates the ability of the probe to detect, with a precision averaging the millimetre, small residual lesions (20mg) labelled with currently available fluorinated radiotracers. Moreover, the pre-clinical evaluation performed on a primate model proves that the simultaneous precise in vivo detection and removal of radiolabelled tissues was feasible being guided only by the imaging abilities of the probe coupled to an ultrasonic surgical aspirator

La chirurgie de l'os represente une activite medicale essentielle et necessite une maitrise complete de l'instrumentation de la part du chirurgien. Or, celui-ci est tributaire de ses instruments qui jusqu'a present n'ont subi que peu d'ameliorations. Le sujet de cette etude consiste a etudier l'effet de la superposition, au mouvement manuel de coupe, d'un mouvement ultrasonore au niveau de la lame. Cette technique appelee decoupe assistee par ultrasons permet d'augmenter le pouvoir tranchant d'un outil coupant. Elle produit une elevation de temperature non negligeable au niveau de la zone de coupe qui, dans le cas de l'os ne doit pas depasser le seuil de necrose thermique. Cela entraine la necessite de refroidir la zone d'osteotomie par un liquide. L'etude par les methodes de perturbation et des facteurs d'echelle, du mouvement de l'eau dans la fissure entre la lame et l'os, a montre que seul le mouvement manuel de sciage renouvelait l'eau dans la fissure. La mesure calorimetrique de l'energie de coupe a permis d'obtenir un modele du phenomene thermique lie a la coupe. Celui-ci a montre que plus la vitesse de penetration est grande moins la zone chauffee est etendue. Des protocoles d'experimentation in vivo et in vitro ont ete mis au point afin de valider la technique d'osteotomie assistee par ultrasons. Le protocole in vitro a permis de tester l'appareillage et de definir le debit d'arrosage a utiliser in vivo. In vivo, le confort d'utilisation, les effets thermiques et la consolidation ont ete compares sur des os coupes d'une part avec l'appareil ultrasonore, et, d'autre part, avec une scie oscillante pneumatique couramment utilisee en chirurgie. La temperature obtenue pendant la coupe a ete mesuree dans la corticale osseuse grace a des thermocouples et a la surface de l'os grace a une camera infra-rouge. Cette etude a montre que l'appareil ultrasonore engendre une elevation de temperature plus importante que celle obtenue avec la scie conventionnelle, ce qui impose le refroidissement de la zone de coupe. L'analyse anatomo-pathologique morphologique des traits de coupes realises sur des echantillons osseux preleves au cours de la consolidation osseuse, n'a pas permis de differencier les deux techniques. Au vu des resultats experimentaux, un prototype d'osteotome assiste par ultrasons a ete mis au point. Une de ses principales caracteristiques est de permettre un arrosage direct de la lame pendant la coupe. L'etude de ce prototype a permis de mettre en evidence qu'un transducteur fonctionnant a la resonance est adapte aux tissus mous et qu'un transducteur fonctionnant a l'antiresonance est adapte aux tissus durs. Ce resultat experimental sera pour la societe satelec le point de depart d'une evolution des outils existants