Conception et réalisation d'une instrumentation terminale intégrée en chirurgie mini-invasive robotisée

Abstract

On assiste depuis quelques annees a l'emergence d'une robotique medicale proposee pour accroitre la precision des actes, ameliorer les conditions de travail de l'equipe chirurgicale et le confort du patient. Nos recherches s'inscrivent dans le projet national EndoXiroB du RNTS dont l'objectif est la realisation d'un ensemble robotise de chirurgie mini-invasive. Elles sont dediees a la conception et a la realisation, en s'appuyant sur les technologies microsystemes, d' une instrumentation chirurgicale poly-articulee equipee d'outils terminaux integres permettant une mesure des efforts et une decoupe thermo-coagulante des tissus vivants. Nous presenterons une description complete de notre proposition qui consiste en une articulation poly-articulee innovante, proche du type « corps de serpent ». Cette articulation, commandee par quatre ou six fils, est composee de liaisons rotules plastiques accompagnees par plusieurs fils metalliques assurant a l'ensemble une rigidite en torsion et flexion. Nous decrirons nos travaux sur la conception microsysteme d'un capteur d'effort deux axes pour mesurer des forces de tiraillement sur les tissus. Le microsysteme utilise deux niveaux de silicium integrant un corps d'epreuve a quatre branches orthogonales et un ensemble d'electrodes capacitives inter-digitees.Nous exposerons nos premieres etudes sur la conception de lames thermo-chauffantes pour la decoupe et la coagulation des tissus. Ces etudes sont basees sur la realisation de lames en technologie silicium. Au-dela de la simple decoupe et de la mesure des efforts, on peut imaginer d'integrer d'autres micro-capteurs sur les outils chirurgicaux. Il serait ainsi possible d'augmenter la securite de l'acte chirurgical en evaluant, par exemple, la presence d'arteres, de vaisseaux ou de nerfs a proximite de l'outil de chirurgie. Pour finir, nous proposerons une reflexion plus prospective basee sur la miniaturisation d'un robot portable integrant un dispositif compact pour actionner l'articulation terminale de l'instrument chirurgical. Au-dela de cette reflexion, une solution extreme consisterait dans le futur a transferer tous les degres de liberte d'un systeme robotise a l'interieur de la cavite operatoire. 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 pre