Robots chirurgicaux pour opérations mini invasives

Parmi les composants les plus importants intégrés aux versions récentes du système opératoire da Vinci™S HD comptent des moteurs haut de gamme qui fonctionnent avec une souplesse parfaite, même à des vitesses extrêmement réduites.

À l'heure actuelle, les opérations les plus complexes sont réalisées avec le système chirurgical da Vinci™S HD, produit par la société Intuitive Surgical Inc. (Sunnyvale, CA, USA), qui permet aux chirurgiens de pratiquer des interventions mini invasives. Grâce aux technologies de pointe utilisées dans la commande des mouvements, les instruments chirurgicaux sont en mesure de travailler avec un calme et une précision extrêmes, comme le ferait la main d'un chirurgien très expérimenté – même en cas de déplacements d'une extrême lenteur. Intuitive Surgical améliore continuellement le système da Vinci S HD en faisant systématiquement appel aux composants et éléments de commande les plus modernes. Ainsi, le da Vinci S HD est toujours en mesure de procéder à des opérations hautement complexes permettant de sauver des vies. Chaque système da Vinci S HD contient 39 moteurs maxon.

Le système opératoire

Le système opératoire lui-même ne nécessite que trois petites incisions de 8 à 12 mm, pour introduire deux bras porteurs d'instruments et une caméra dans le corps d'un patient. Seuls le robot et les assistants opérateurs se penchent sur le patient, pendant que le chirurgien pilote le système qui reproduit les aspects d'une opération réelle avec une très grande précision depuis la console située à un autre endroit dans le bloc opératoire.

Le robot chirurgical da Vinci S HD est destiné à s'intégrer parfaitement au bloc opératoire et à assister au mieux l'équipe d'intervention, au même titre que n'importe quel autre participant à l'opération. Le système est constitué de trois composants principaux : la console opératoire, un porte-instruments mobile installé à côté de la table d'opération et un module de traitement de l'image.

Le noyau du système chirurgical da Vinci S HD est la console de commande à partir de laquelle le chirurgien contrôle l'opération à tout instant. Des essais menés avec d'autres types de techniques disposant d'un système de transmission par vidéo ont démontré une efficacité moindre. Le défi principal pour les chirurgiens consistait à se familiariser avec l'inversion des mouvements – un peu comme s'il fallait lacer ses chaussures avec des baguettes. En effet, si vous déplacez les baguettes vers la gauche, leurs pointes se déplacent vers la droite. Les mouvements contre-intuitifs classiques de la laparoscopie standard fonctionnent exactement de cette manière. Les chirurgiens ont donc dû peu à peu apprendre ces mouvements contre-intuitifs en les répétant.

En utilisant le système opératoire da Vinci S HD, le chirurgien peut procéder à l'opération en restant assis à une console de commande, tout en observant le champ opératoire à l'aide d'un système de visualisation haute définition 3D à résolution encore inégalée. Premier robot chirurgical au monde équipé d'un système de représentation 3D HD haute résolution, il dispose d'un affichage dont la résolution est deux fois supérieure à celle de modèles plus anciens, et dont l'image est plus nette et représente plus en détail les couches de tissus et les structures critiques. Le dispositif optique InSite™, l'endoscope HD 3D à haute résolution et le module de traitement de l'image délivrent des images réalistes de la zone d'intervention. Grâce à la synchronisation des images, à des sources lumineuses extrêmement intenses et aux modules de commande des caméras, les images de l'opération sont amplifiées, affinées et optimisées.

Sur la console opératoire également, le chirurgien effectue des mouvements à l'aide d'éléments maîtres (éléments de commande reproduisant les mouvements effectués au cours de l'opération). Il saisit avec les doigts les éléments de commande maîtres situés en dessous de l'affichage, les poignets se trouvant dans une position naturelle pour l'œil. Ses mouvements sont alors traduits immédiatement en mouvements précis, en temps réel, et transmis ainsi aux instruments agissant dans le corps du patient.

Les bras du robot, porteurs des instruments chirurgicaux, sont commandés par des mouvements du poignet, de la main et des doigts similaires à ceux de la technique opératoire classique. Une gamme étendue d'instruments EndoWrist™ est disponible pour ce système. Ces instruments endoscopiques inspirés du poignet humain présentent sept degrés de liberté de mouvement. Chaque instrument est conçu pour une tâche spécifique, par exemple agrafer, coudre ou manipuler les tissus.

Le chariot disposé à côté de la table d'opération porte les deux bras robotiques et le bras endoscopique, qui reproduisent les mouvements de l'opérateur. Il est possible d'installer un troisième bras robotique, disponible en option. Celui-ci permet au chirurgien d'utiliser un instrument endoscopique supplémentaire, qui met ainsi d'autres options opératoires à sa disposition. Le point de pivotement des instruments laparoscopiques étant proche des incisions opératoires, la paroi abdominale du patient ne sert plus de point de levier. Les lésions des tissus et des nerfs sont ainsi minimisées. Les assistants installent les instruments requis, préparent l'introduction des sondes dans le corps du patient et surveillent les bras et les instruments laparoscopiques utilisés pendant l'intervention.

Sélection des moteurs

Effectuer des opérations à l'aide d'instruments robotisés introduits dans le corps du patient par de petites incisions de 8 à 10 mm est une tâche qui réclame avant tout une commande des mouvements d'une précision absolue. Les moteurs à courant continu DC développés et fabriqués par maxon constituent le cœur de chacun des manipulateurs utilisés.

Mike Prindiville, responsable des techniques de fabrication chez Intuitive Surgical, déclare à ce sujet: «Le marché actuel offre de multiples options, mais maxon motor a répondu à toutes nos exigences en matière de performances et de qualité avec constance et fiabilité, se profilant comme un partenaire solide qui a largement contribué au succès de notre produit.» Les moteurs maxon délivrent les signaux d'entrée et de sortie indispensables au système da Vinci S HD. Les moteurs et les codeurs reçoivent les signaux d'entrée provenant de l'opérateur via une série de régulations en feedback. Dans la console du système, le dispositif électronique les convertit en temps réel et les transforme en signaux de sortie destinés aux moteurs installés dans les manipulateurs. Le système électronique de la console permet à son tour aux manipulateurs d'exercer une résistance notable dans les mains du chirurgien.

Les ingénieurs d'Intuitive Surgical ont intégré plus de 30 moteurs maxon, dont des moteurs RE 25, certains avec retour de codeur, d'autres sans. Ils ont également équipé les moteurs RE-13 de réducteurs planétaires de la gamme GP 13, de codeurs magnétiques de 13 mm de diamètre et les moteurs RE 35 de codeurs de fabricants tiers.

Les moteurs maxon disposent d'aimants terres rares et de rotors sans fer. De par leur conception, ils ne présentent aucun couple de détente magnétique, ce qui est un avantage considérable par rapport aux moteurs à construction conventionnelle, en particulier lorsque la vitesse de service est très faible. Ces moteurs atteignent en outre une densité de performances inégalée avec un fonctionnement extrêmement silencieux – deux conditions préalables incontournables pour répondre au cahier des charges d'Intuitive Surgical.

Les moteurs installés dans la console opératoire sont désignés comme maîtres en raison de leur double fonction. Les entraînements esclaves installés dans les manipulateurs agissent avec la même précision, mais disposent en plus d'une possibilité de rétroaction pendant que l'assistant chirurgien amène les effecteurs en position. De la même manière, les moteurs produisent une hystérésis réduite à la pointe des outils des instruments.

En résumé

Le système chirurgical da Vinci S HD représente la seule technologie disponible sur le marché qui permet au chirurgien une commande intuitive des instruments chirurgicaux, une liberté totale des mouvements, un traitement respectueux des tissus ainsi qu'une visualisation 3D comme lors d'une opération à corps ouvert. En parallèle, ce système offre au chirurgien la possibilité de réaliser une opération mini invasive, par de petites incisions. Le développement de tels systèmes a été rendu possible par l'utilisation de technologies dernier cri dans les moteurs et d'autres composants.

Le système chirurgical da Vinci S HD repose sur les principes de la technologie développée au SRI (anciennement Stanford Research Institute) destinée à la chirurgie assistée par ordinateur. Intuitive Surgical a collaboré ensuite étroitement avec IBM afin de poursuivre le développement du système da Vinci S HD, mais aussi avec le Massachusetts Institute of Technology et Heartport Inc. L'administration sanitaire américaine (Food and Drug Administration, FDA) a homologué ce système chirurgical pour les interventions en chirurgie abdominale, comme celles sur la vessie ou le gros intestin, en chirurgie thoracique (à l'exception des interventions directes sur le cœur) et pour les opérations de la prostate. En Europe, le système da Vinci S HD est déjà utilisé pour les opérations de pontage cardiaque.

«Chaque jour nous faisons confiance à plus de 10 000 moteurs maxon pour offrir à des patients, à des chirurgiens et à des établissements hospitaliers du monde entier la sécurité dont ils ont besoin. À ce niveau, les moteurs maxon présentent un bilan exceptionnel en de nombreux points, tout particulièrement en ce qui concerne leur fiabilité à toute épreuve, le faible niveau de friction et la durée de vie. Chaque système da Vinci est soumis à des tests de performance très sévères, dans le cadre desquels des paramètres comme la friction, le jeu, le respect des profils de conformité et le retour des différents capteurs sont surveillés», explique Mike Prindiville, responsable des techniques de fabrication chez Intuitive Surgical.

 © maxon motor ag

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