Le cahier des charges du robot est présenté à la figure 2.7, et ses annexes sont reprises à l’annexe A. Il a été établi conjointement avec les chirurgiens de gyne et le partenaire industriel. Dans ce document synthétique sont reprises les fonctionnalités attendues par rapport aux besoins que le robot doit satisfaire, les performances requises, si possible quantifiées, et les contraintes à respecter.
EVOLAP - Manipulateur de laparoscope compact réversible DATE : 08.03.05
Herman Benoît version 1.0, remplace version -
UCL/FSA/MECA/PRM
Promoteurs: Benoît Raucent, Jacques Donnez, professeurs PAGE 1/2 L'objectif de la recherche est de concevoir un manipulateur de laparoscope qui soit:
ergonomique, compact et léger; rapide à installer et à régler;
réversiblee pour permettre une manipulation entièrement manuelle du laparoscope; capable d'effectuer des déplacements obliques;
capable de mémoriser plusieurs positions et d'y retourner, que le laparoscope y ait été amené manuellement ou à l'aide de la commande à distance lors de la mémorisation.
Mise à jour Date Origine
Fonctions
08.03.05 Herman Positionner (et éventuellement orienter autour de son axe longitudinal) l'extrémité distale (l'objectif) d'un laparoscope:
08.03.05 Herman Commande des déplacements par le chirurgien à l'aide d'une commande à distance
08.03.05 Herman Mémorisation et programmation de positions, et retour à une position programmée ou mémorisée
08.03.05 Herman Stabiliser l'image une fois la position atteinte
08.03.05 Herman Permettre une manipulation entièrement manuelle du laparoscope 08.03.05 Herman Rester en position en cas de perte de l'alimentation
Performances
Ergonomie:
08.03.05 Herman Installation simple et rapide par une personne seule, en moins de 2 minutes, depuis le positionnement du robot déjà présent dans la salle d'opération et déballé jusqu'au début de l'intervention 08.03.05 Moreels Set-up (alignement final) minimal
08.03.05 Herman Aucun réglage en cas de repositionnement de la table d'opération 08.03.05 Herman Encombrement réduit n'entravant pas l'intervention chirurgicale ni les
gestes du chirurgien ou du reste de l'équipe (voir annexe 1 ) 08.03.05 Herman Utilisation simple et intuitive de la commande à distance permettant
des déplacements obliques du champ de vision
08.03.05 Herman Volume de travail de l'extrémité distale au moins égal à celui du LapMan: (voir annexe 1 )
08.03.05 Moreels Débattements angulaires: 75° 08.03.05 Moreels Débattement linéaire: 200mm
08.03.05 Moreels Volume orientable sur 180° dans le plan transversal du patient 08.03.05 Herman Vitesses de déplacement supérieures à celle du LapMan 08.03.05 Herman Doit convenir aux interventions décrites à l'annexe 2
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Promoteurs: Benoît Raucent, Jacques Donnez, professeurs PAGE 2/2
Mise à jour Date Origine
Contraintes
Contraintes liées à l'environnement (salle d'opération):
08.03.05 Herman Procédure de conception et de réalisation conforme à la directive MDD 93/42/EEC
Stérilité
08.03.05 Herman Résistance à une stérilisétion classique en autoclave (134°C, 3 bar, 18 minutes)
08.03.05 Herman Les parties non stérilisables doivent être isolées du champ opératoire par un film plastique, comme les robots existants Respect des normes, notamment en matière de
08.03.05 Herman Biocompatibilité 08.03.05 Herman Sécurité électrique
Contraintes liées aux interventions laparoscopiques:
08.03.05 Donnez Manipulation de tout laparoscope de 10mm de diamètre (et éventuellement de diamètre standard inférieur) et d'angle quelconque 08.03.05 Herman Pneumo-péritoine: pression intra-abdominale = pression
atmosphérique + 15mmHg (= atm + 0,02bar) [1]
08.03.05 Herman Le laparoscope est contraint à passer par une incision assimilée à un point fixe dans l'espace [2]
08.03.05 Herman En cas de conversion (en laparotomie), le robot et le laparoscope doivent pouvoir être retirés en moins de 30 secondes
08.03.05 Herman Ne doit provoquer aucune blessure au patient, notamment 08.03.05 Herman En fonctionnement normal
08.03.05 Herman En cas de mouvement du patient
08.03.05 Herman Installation et retrait par un infirmier ou un instrumentiste à l'aide d'un mode d'emploi, mais ne requérant pas de formation supplémentaire 08.03.05 Herman Utilisation ne requérant pas de formation supplémentaire 08.03.05 Herman Maintenance par un technicien spécialisé
[1] Donnez J., Nisolle M., "Instrumentation and operational instructions", in An atlas of Operative Laparoscopy and Hysteroscopy, Second Edition, the Parthenon Publishing Group, 2001, pp. 15-23
[2] Dombre E. et al. , "Quelques problèmes de conception et commande de robots médicaux", Mécanique & Industries 4 (2003) 559–563
SPECIFICATIONS
La distinction entre performance et contrainte n’est pas toujours évidente et dépend du contexte, mais on peut poser que la performance caractérise une
fonctionnalité, tandis que la contrainte est imposée par l’environnement1.
On parle généralement de cahier des charges fonctionnel [Ferrière 1998], pour insister sur l’importance de rédiger celui-ci uniquement en termes de fonc- tionnalités à remplir. Toute allusion à une solution particulière est à proscrire, pour éviter de tomber dans le piège du stylo à bille pour écrire en apesanteur en restreignant dès le départ le champ des solutions.
Les deux premières fonctionnalités sont, en toute logique, le déplacement d’un laparoscope en réponse à un ordre du chirurgien, et sa stabilisation le reste du temps. Outre celles-ci, nous avons également insisté sur l’intérêt de permettre une manipulation manuelle de la caméra, qui constitue une troisième fonction. Enfin, nous avons imposé que le robot reste figé en cas de perte d’alimentation (sans préciser la nature de celle-ci !).
Les performances reprises dans le cahier des charges ne portent que sur la fonctionnalité principale de déplacement téléopéré. Nous aurions pu tenter de quantifier la stabilité de l’image lorsque le robot est immobile (en termes de rigidité linéaire et angulaire du laparoscope, ou de déplacements de l’image) et la manipulabilité (par les efforts à appliquer à la caméra pour la déplacer à la main). Cependant, une étude ergonomique préalable aurait été nécessaire pour évaluer les performances réellement nécessaires pour les chirurgiens, et les valeurs obtenues auraient probablement comporté une part importante de subjectivité. Nous avons préféré laisser ces performances ouvertes, en tâchant dans chaque choix ou dimensionnement ultérieur de viser à les maximiser.
Le premier groupe de performance porte sur l’ergonomie, vu son importance aux yeux de l’ensemble des partenaires. Y sont traduits les objectifs principaux détaillés précédemment, comme l’importance de l’interface de contrôle, l’en- combrement maximal autorisé détaillé à l’annexe 1 du cahier des charges, ou encore la rapidité d’installation et la minimisation des réglages nécessaires. La durée d’installation de 2 minutes a été précisée à titre indicatif pour insis- ter l’importance de cette étape dans l’utilisation quotidienne du robot et sera discutée au chapitre 10.
Les autres performances décrivent les vitesses et amplitudes des déplace- 1. Au sens large. Il peut s’agir tant de l’espace physique que du cadre légal et normatif.
2.3 Cahier des charges 43
Benoît Herman 08.03.2005
x : zoom In – Out ≥ 200 mm
y : Up – Down ≥ 75°
z : Left – Right ≥ 75°
Orientation du volume suivant y : 180°
Restrictions d’accès dans les différentes zones autour de la table d’opération
Zone A : interdite Zone B :
B1 : bras du robot B2 : interdite
B3 : libre, mais d’un seul côté (au choix)
B4 : libre (remarque : hauteur de la table variable) B5 : interdite Zone C : C1 : libre C2 : bras du robot C3 : interdite C4 : libre C5 : interdite
C6 : libre (remarque : hauteur de la table variable) C7 : interdite
Zone D : interdite Zone E : interdite
(a) Forme du volume de travail
(b) Orientation en chi- rurgie gastrique (c) Orientation en gynéco- logie (d) Orientation en chirur- gie colo-rectale
Figure 2.8 – Volume de travail intra-abdominal du laparoscope (illustrations extraites du mode d’emploi du LapMan)
ments souhaitées pour le laparoscope (en nous basant sur les performances ac- tuelles du LapMan conformément à une demande du partenaire industriel) et sur la liste des interventions chirurgicales qui doivent pouvoir être réalisées avec l’assistance du dispositif, reprise à l’annexe 2 du document original. Nous avons établi cette liste en analysant l’ensemble des interventions pratiquées par voie
laparoscopique, décrites en détail sur le site internet pédagogique de l’eits2,
et en nous basant sur celles réalisables par les robots AESOP, EndoAssist et LapMan. Rappelons que notre objectif est de concevoir un porte-endoscope qui soit adapté aussi bien à la gynécologie qu’à l’urologie et à la chirurgie générale et digestive.
En particulier, le volume de travail intra-abdominal requis pour une inter- vention s’apparente à un tronc de cône ou de pyramide, dont le sommet coïncide
avec l’incision. Cela est schématisé à la figure 2.8a. L’angle d’ouverture doit être d’au moins 75° et ce volume de travail doit pouvoir être orienté dans toutes les directions, en fonction de l’intervention et des organes ciblés. Ainsi, le la- paroscope visera en quelque sorte la tête du patient pour une intervention sur l’estomac (figure 2.8b), ses pieds en chirurgie pelvienne (figure 2.8c), ou poin- tera un des côtés (figure 2.8d). Et dans certains cas, le patient n’est pas couché sur le dos, mais sur le flanc. On parle de « décubitus latéral », utilisé notamment pour la chirurgie des reins. Dans ce dernier cas, le laparoscope devra regarder vers le haut, avec la caméra plus basse que la lentille.
Enfin, les contraintes ont été regroupées en 3 catégories. La première famille est liée au caractère médical : respect de directives et de normes, garantie de la stérilité, etc. D’autres contraintes sont imposées par la laparoscopie et la manipulation du laparoscope en elle-même, telles que le pivot invariant ou la pression intra-abdominale. Les dernières rejoignent l’objectif d’ergonomie et cadrent entre autres la simplicité d’installation et d’usage.
Conclusion
L’écriture du cahier des charges clôture la première partie d’analyse du besoin. Ce document, qui servira à présent de référence, synthétise l’ensemble des attentes des chirurgiens vis-à-vis du dispositif à concevoir, pour résoudre le problème de la manipulation du laparoscope. Il s’accompagne du graphe des objectifs, un précieux outil que nous allons d’emblée utiliser pour opérer les
Élaboration de la solution
Principes de la solution
T
ROISquestions majeures se posent à présent, au commencementde la phase conception de notre manipulateur : où le placer dans la salle d’opération et à quoi le fixer ? quelle architecture choisir pour générer les mouvements du laparoscope ? et quelle inter- face chirurgien-robot est la plus adéquate ? Plusieurs alternatives fort différentes existent pour répondre à chacune d’elles, mais toutes ne rencontrent pas les objectifs que nous avons établis dans la première partie. Ce chapitre dresse la liste des solutions envisageables et identi- fie les meilleures par une évaluation comparative au regard de critères découlant des objectifs fixés.