Trois performances usuelles des robots industriels, définies dans la norme ISO 9283, sont la précision (aussi appelée exactitude), la répétabilité et la ré- solution. Les deux premières ont été définies au début de l’introduction, et la dernière au paragraphe 5.2.2. Ces caractéristiques sont d’une grande impor- tance dans l’industrie manufacturière et dans certaines applications médicales. Dans le cas de la manipulation de laparoscope au contraire, le robot étant téléopéré par le chirurgien, ces performances ne représentent pas de grand inté- rêt. En effet, l’arrêt du mouvement ne doit pas se faire de manière automatique lorsqu’une situation spécifiée est atteinte. C’est lorsque le chirurgien estimera que l’image est correctement centrée sur sa zone d’intérêt qu’il arrêtera lui- même le mouvement du robot.
Le retour à une situation mémorisée n’exige pas non plus de précision ou de répétabilité remarquable : les organes intra-abdominaux n’étant pas immobiles, l’image obtenue après retour à une situation antérieure sera inévitablement différente, même si le laparoscope est venu exactement dans la situation désirée. Nous n’avons dès lors pas jugé utile de mettre en œuvre le dispositif de mesure de ces performances durant cette recherche.
Conclusion
Ce chapitre entame la dernière partie de la thèse portant sur la validation globale du dispositif en développant quelques caractéristiques particulières du robot en lien avec ses fonctionnalités principales. Après cette première valida- tion « théorique », le chapitre qui suit détaille les vérifications et la validation expérimentales du système.
Vérifications et validation
expérimentales
L
E DÉVELOPPEMENTet le design du dispositif ont été jalonnés de plusieurs essais de validation expérimentale réalisés à l’aide des prototypes. Ces étapes d’une grande importance permettent de vérifier en cours d’élaboration de la solution le bien-fondé des choix posés, de déceler les problèmes de manière précoce et d’apporter les améliorations requises tout au long du processus. Ce chapitre décrit les principaux essais intermédiaires ainsi que l’essai final de validation globale in vivo.10.1
Etude de l’installation
La durée et la facilité d’installation du robot en début d’intervention auront une influence importante sur son acceptation dans la pratique quotidienne. La plupart des études sur les porte-endoscopes [Buess 2000, den Boer 2002b, Yasunaga 2003, Jaspers 2004, Arezzo 2005] mettent en évidence que les dispositifs existants requièrent un temps d’installation trop long, ce qui pénalise le rendement global de la chirurgie. Une procédure trop complexe risque quant à elle de favoriser des erreurs qui pourraient détériorer le fonctionnement du robot, voire mettre en danger le patient et l’équipe chirurgicale.
Le cahier des charges de l’evolap (voir figure 2.7) précise donc que le robot doit pouvoir être installé par un infirmier ou un instrumentiste à l’aide d’un mode d’emploi 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.
Nous avons mené une série d’essais d’installation et de réglage du robot avec le prototype passif et la maquette de bras articulé scara (présentée à la figure 7.2), en vue d’identifier les difficultés potentielles rencontrées, d’amélio- rer le design du dispositif pour simplifier les manipulations et d’optimiser la procédure pour diminuer sa durée. Quatre chirurgiens de gyne ont participé aux essais. Certains d’entre eux avaient une longue expérience de la pratique laparoscopique et des robots porte-endoscopes alors que d’autres étaient encore en cours de formation.
Outre le prototype passif de manipulateur principal et le bras articulé, le matériel expérimental comportait un ensemble complet de vidéoscopie (laparo- scope, caméra et écran, source de lumière froide) et un pelvitrainer (abdomen artificiel, présenté à la figure 10.1). Pour ces essais, le prototype ne disposait pas encore du dispositif de fixation à la table ni de mécanisme de réglage en hauteur. Nous avons donc attaché et réglé la hauteur du manipulateur principal une fois pour toutes avant les essais. Dans sa configuration de départ, les deux parallélogrammes verticaux étaient alignés entre eux (parallélogramme de base en configuration singulière) et leur angle d’ouverture était de 45°.
Une notice d’instructions (reprise en annexe C) décrivant en détail les étapes à suivre a été fournie aux chirurgiens avant leur premier essai. Ils ont pu lire celle-ci et réaliser une première fois la procédure pour vérifier leur bonne com- préhension des indications. La procédure comportait les 7 étapes suivantes.
1. Recouvrir le manipulateur principal d’un drap stérile, fourni pour les besoins de l’essai par Medsys.
2. Attacher le bras articulé à la nacelle du manipulateur principal.
3. Insérer le laparoscope dans le zoom local puis dans le trocart, approcher l’extrémité du bras (dont les pivots étaient débloqués avant le début de la procédure) du laparoscope et connecter le zoom à l’extrémité du bras. 4. Placer le laparoscope dans le plan de référence de l’intervention (défini par un objet placé arbitrairement dans le pelvitrainer), avec un angle d’élévation de 45° par rapport au plan de base de la table et du robot pour garantir le parallélisme du laparoscope avec les barres mobiles du
Figure 10.1 – Essai de la procédure d’installation et de réglage de l’evolap en début d’intervention
manipulateur principal (indispensable au fonctionnement du robot). 5. Aligner manuellement les parallélogrammes verticaux du manipulateur
principal avec le laparoscope en vue de centrer correctement l’espace de travail du robot sur le plan de référence de l’intervention. Durant cette étape et la précédente, il est important de s’assurer en outre que les axes des deux pivots passifs 16 et 17 sont bien orthogonaux au laparoscope. 6. Bloquer les articulations du bras articulé pour maintenir le parallélisme
des parallélogrammes verticaux avec le laparoscope.
7. Enfin, reculer le laparoscope jusqu’à ce que le bord du trocart apparaisse sur l’écran, pour définir la butée haute du zoom.
Tous les essais ont été enregistrés à l’aide d’un caméscope. La durée de chaque étape et la durée globale de la procédure ont été mesurées sur l’enre- gistrement pour les 8 essais réalisés. Les résultats complets sont présentés au tableau 10.1. Des erreurs dans la procédure se sont produites durant la pre- mière tentative des deux premiers chirurgiens et tous les autres essais ont été correctement effectués — parfois avec l’une ou l’autre erreur corrigée immédia- tement et n’ayant pas entraîné l’arrêt de l’essai mais bien un allongement de la
Essai Durée de l’étapea [s] Chirurgien No 1 2 3 4 5 6 7 Total 1 1 13 18 27b 2 9 22 44 11 10 19 14 129 2 3 18 24 45 45 18 19c 4 15 19 58 8 11 16 13 140 5 11 15 45 6 14 17 21 129 3 6 17 20 45 10 11 21 10 134 4 7 14 16 67 16 35 17 10 175 8 18 44 37 21 17 19 12 168 Moyenne 14 22 49 17 17 18 13 146d Écart-type 3 9 10 13 8 2 4 20
a. Voir paragraphe 10.1 et annexe C pour la description des étapes.
b. Essai interrompu à l’étape 3 ; cette valeur n’est donc pas prise en considération pour le calcul des moyenne et écart-type de la durée de l’étape 3.
c. Essai interrompu à l’étape 6 ; cette valeur n’est donc pas prise en considération pour le calcul des moyenne et écart-type de la durée de l’étape 6.
d. Les essais 1 et 3 n’ont pas été pris en considération pour le calcul de la durée moyenne de la procédure complète.
Tableau 10.1 – Étude expérimentale de la durée de l’installation et des réglages du dispositif
durée requise.
La durée totale de l’installation varie de 2 à 3 minutes1 et il est probable
que cette durée décroisse quelque peu avec l’habitude et l’expérience. Il semble toutefois difficile de ne pas dépasser les 2 minutes autorisées par le cahier des charges (montage du robot sur la table inclus) mais, de l’avis des quatre chi- rurgiens qui ont pris part aux essais, une durée totale de moins de 5 minutes semble tout à fait acceptable. Il faut en outre selon eux distinguer deux phases dans l’installation : d’une part, le montage du robot sur la table, son raccor- dement électrique et sa mise sous tension, et d’autre part les étapes qui ont été réalisées durant les essais. La première phase peut être réalisée par un in- 1. Sans bien sûr compter la durée de fixation à la table et d’ajustement en hauteur du manipulateur principal, non mesurée lors des essais.
firmier non stérile durant la préparation du patient (anesthésie, désinfection et placement des champs stériles, placement des trocarts par le chirurgien etc.) et n’allonge donc pas la durée opératoire totale — pour autant qu’elle n’excède pas la durée de la préparation. C’est bien la durée de la seconde phase, qui requiert la participation du chirurgien, qui est gênante avec d’autres dispositifs existants et qu’il faut réduire à quelques minutes. En ce sens, les résultats des essais sont encourageants.
La phase la plus délicate de la procédure est la connexion du laparoscope — ou plus exactement du zoom local — à l’extrémité du bras articulé, durant laquelle il faut veiller à imposer au laparoscope une élévation de 45° tout en orientant l’extrémité du bras de sorte de garder les pivots passifs 16 et 17 orthogonaux au laparoscope. Pour faciliter cette étape et garantir le respect de ces contraintes imposées par le fonctionnement-même de l’evolap, notre idée est de procurer au chirurgien un guide attaché au zoom ou à l’extrémité du bras durant l’installation qui imposerait par congruence géométrique l’angle d’élévation du laparoscope et l’orthogonalité des pivots 16 et 17.
Le serrage manuel des trois articulations du bras articulé tout en mainte- nant le laparoscope immobile a aussi posé problème. Il paraît évident qu’un blocage centralisé tel que proposé au paragraphe 7.2.2 permettrait de résoudre cet inconvénient et de diminuer sensiblement la durée de l’étape 6.
Enfin, les quelques erreurs commises au cours des essais sont probablement à imputer à la longueur excessive du mode d’emploi, qui le rend inutilisable en cours d’installation. Outre ce document détaillé utile à l’apprentissage de la procédure et du fonctionnement du robot (semblable à un mode d’emploi détaillé), il serait opportun de fournir un document synthétique d’une page (comme une recette de cuisine) ne reprenant que les points essentiels de chaque étape comme dans l’énumération ci-dessus.