Title: Computer- and robot-assisted urological surgery
ArXiv ID: 0712.3299
Date: 2007-12-21
Authors: Researchers from original ArXiv paper
📝 Abstract
The author reviews the computer and robotic tools available to urologists to help in diagnosis and technical procedures. The first part concerns the contribution of robotics and presents several systems at various stages of development (laboratory prototypes, systems under validation or marketed systems). The second part describes image fusion tools and navigation systems currently under development or evaluation. Several studies on computerized simulation of urological procedures are also presented.
💡 Deep Analysis
Deep Dive into Computer- and robot-assisted urological surgery.
The author reviews the computer and robotic tools available to urologists to help in diagnosis and technical procedures. The first part concerns the contribution of robotics and presents several systems at various stages of development (laboratory prototypes, systems under validation or marketed systems). The second part describes image fusion tools and navigation systems currently under development or evaluation. Several studies on computerized simulation of urological procedures are also presented.
📄 Full Content
La chirurgie urologique assistée par ordinateur et robot
J. Troccaz1
1 Jocelyne Troccaz est Directeur de Recherche au CNRS et responsable de l’équipe « Gestes Médico-
Chirurgicaux Assistés par Ordinateur » (cf. http://www-timc.imag.fr/gmcao
) du laboratoire TIMC (Unité Mixte
de Recherche Université Joseph Fourier/CNRS). RESUME
Ce papier a pour objectif de faire un état de l’art des outils d’informatique et de robotique à
disposition de l’urologue. Il concerne l’aide au diagnostic et l’assistance aux gestes et est
articulé en deux grandes parties : l’une s’intéresse à l’apport de la robotique et présente
plusieurs systèmes à des stades de développement divers (prototypes de laboratoires, systèmes
en cours de validation ou systèmes commercialisés). La seconde partie décrit des outils de
fusion d’images et des systèmes de navigation en cours de développement ou d’évaluation.
Enfin, nous introduisons quelques travaux sur la simulation informatisée des gestes
urologiques avant de conclure.
INTRODUCTION
Chirurgie laparoscopique, nouveaux modes de destruction des tumeurs (tels que les ultrasons focalisés,
la radiofréquence, la cryoablation, etc.), détection de plus en plus précoce des cancers, multiplication
des modalités d’imagerie diagnostique et interventionnelle posent de nouveaux challenges à l’urologue
en terme de précision et d’efficacité de son geste. Sensibilisée par la médiatisation de certains
systèmes robotiques, l’urologie comme d’autres disciplines découvre le potentiel de certains outils de
l’informatique et du traitement d’images dans l’aide au diagnostic, à la planification et à la réalisation
du geste ou encore à l’enseignement. Dans ce papier, nous faisons un état de l’art aussi complet que
possible sur les différentes approches développées (robotisation, fusion de données, navigation
chirurgicale pour l’essentiel). Cet état de l’art présente aussi bien des projets de laboratoires en cours
de développement ou d’évaluation que des produits industriels. Deux possibilités s’offraient à nous
pour cette présentation ; partir des applications cliniques principales et pour chacune lister les
différents types d’assistance développés, ou bien partir des outils proposés aux cliniciens et en décrire
quelques applications. C’est plutôt cette deuxième présentation que nous avons choisie pour rendre
plus claire et plus explicite la généricité de tels outils.
ROBOTIQUE ET UROLOGIE
Dans ce cadre général d’évolution des gestes médico-chirurgicaux vers moins d’invasité, plus
d’efficacité et une traçabilité meilleure, le robot a une place potentielle importante. Historiquement,
l’urologie fut un des premiers domaines cliniques où un robot fut expérimenté. En collaboration avec
la London Clinic, l’Imperial College of Science, Technology and Medicine de Londres mit au point à
partir de 1989 un robot d’assistance à la résection endo-urétrale de prostate [8] appelé PROBOT. Le
premier test sur patient eut lieu en Avril 1991. Une faisabilité fut établie à partir de 5 patients puis une
étude pré-clinique fut faite sur une série de 40 patients. Différentes versions de ce système furent
réalisées car le premier prototype à base de robot industriel (Puma 560 d’Unimation connecté à un
cadre limiteur de mouvement) n’était pas propre à un usage clinique. Le système actuel est constitué
d’un porteur passif permettant de placer un cadre circulaire supportant 3 degrés de liberté2 (2 rotations
et une translation pour positionner l’outil). Une des limitations de ce système rapportée dans [27]
concerne la difficulté à piloter ce robot automatiquement à partir des données ultrasonores dans le but
de monitorer la progression de la résection. Nous allons voir dans ce qui suit, que ce robot couplé à une imagerie est typique d’une des deux catégories de robots développés.
En effet, on peut distinguer deux grands types de systèmes robotisés. Dans le premier cas, le robot est
couplé à une modalité d’imagerie (scanner, IRM, échographie, fluoroscopie, etc.). Une cible et une
trajectoire sont désignées sur l’imagerie et le robot amène un outil (aiguille par exemple) sur cette
cible selon cette trajectoire ; le couplage du robot à l’imageur est physique ou se fait par le biais d’un
objet de calibration porté par le robot et visible par l’imageur. Nous appelons cette première catégorie
2 Un degré de liberté (ddl) spécifie un paramètre de mouvement : ainsi, le coude a un ddl en rotation, le poignet a
2 ddl principaux en rotation. Un solide libre dans l’espace a 6 ddl (3 translations et 3 rotations).
« robot guidé par l’ima