Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met lit.opg. en een samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Rijksuniversiteit Limburg, Maastricht. / Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Thesis (doctoral)--University of Copenhagen, 2005.

Montréal Trigonix inc. 2018

Proefschrift Universiteit Maastricht. / Met lit. opg., bibliogr. - Met samenvatting in het Nederlands.

La chirurgie par laparoscopie est synonyme de faible invasivité et par conséquent d’une réduction du temps d’hospitalisation et des coûts associés. En effet l’utilisation d’un endoscope, de trocarts et d’instruments longs et rigides permet d’opérer dans un milieu clos, réduisant ainsi la taille des incisions et le temps de cicatrisation. Cependant ces conditions imposent au chirurgien une réorganisation des habilités motrices et cognitives. Ainsi, il est confronté à une inversion du sens du travail, des contraintes ergonomiques plus fortes, des rétroactions visuelles et proprioceptives réduites, ce qui complexifie considérablement la pratique. Au-delà, la formation des chirurgiens nécessite d’être mise à jour pour mieux répondre à ces nouvelles exigences. Les résultats expérimentaux montrent qu’il est nécessaire de mieux identifier les invariants de l’activité (ex : capacités spatiales, coordination visuo-motrice) pour permettre d’accélérer la courbe d’apprentissage. De plus, l’entraînement des capacités spatiales doit être integré dans les simulateurs et ceux-ci doivent mieux prendre en compte les principes pédagogiques (charge cognitive, rétroactions). La simulation cognitive doit être introduite au plus tôt et de manière espacée dans la formation, pour être mieux maitrisée et pour mieux exploiter tout son potentiel. La coordination visuo-motrice doit faire l’objet d’un entraînement explicite en dehors des salles d’opérations. Enfin, pour favoriser l’apprentissage, les différentes techniques de simulation doivent être implémentées de manière complémentaire dans le cursus / Minimally invasive surgery reduces postoperative pain, hospitalisation and associated costs. The use of long and rigid instruments in a closed haptic space limits incisions. The latter working conditions also challenge cognitive and motor skills of the surgeons. The surgeons need to mentally rotate the work scene, execute accurate movements with decreased sensitive and visual feedback. Moreover, the current learning paradigm needs to be updated to better match laparoscopic requirements. Our results show that cognitive features underpinning laparoscopy e.g., spatial abilities, hand eye coordination need to be contemplated to improve the learning curve. Simulators should provide the training of spatial abilities and better consider learning features (cognitive load, feedback). To be mastered and express the full potential of mental simulation, this technique should be implemented on a distributed way and earlier in the curricula. Hand-eye coordination needs explicit training outside the operation room. Finally, to favour skill learning, simulation techniques should be implemented on a complementary way in the curricula

Une chirurgie minimalement invasive (CMI), qui implique généralement une caméra endoscopique et des instruments de laparoscopie, peut sembler être la procédure chirurgicale idéale pour ses avantages apparents. Toutefois, en comparaison à la chirurgie ouverte, les limites spatiales et outils mécaniques posés sur les chirurgiens sont si élevés que, souvent, la CMI est abandonné pour des cas complexes et même quand elle est possible, la procédure nécessite une grande dextérité, calibre et expérience du chirurgien. Cette recherche a été motivée par la nécessité d'habiles instruments chirurgicaux qui offrent un contrôle intuitif et une interface ergonomique, avec l'objectif final de développer un instrument robotisé adapté aux interventions par laparoscopie. La recherche a été basée sur l'évaluation comparative des différentes interfaces, modes de contrôle et cinématiques, en utilisant un simulateur de réalité virtuelle, développée spécialement à cet effet. Les résultats montrent que: 1. l'interface optimale a un mode de contrôle WYSIWYD (ce que vous voyez est ce que vous faites) et est exploité par les doigt. 2. les mobilités distales motorisées de l'effecteur doivent produire deux degrés de liberté (DDL) indépendants pour la flexion et la rotation de l'effecteur. Ce qui est suffisant pour des gestes SIG complexes. 3. ajouter une libre articulation à la poignée de l'instrument permet au chirurgien d'avoir une posture ergonomique. 4. un trocart actif permettrait la rotation de l'arbre de l'instrument avec un joint libre. Cette recherche a également permis le développement d'un prototype de validation de concept. Le prototype a été testé avec succès, in vitro et in vivo sur un modèle porcin.

Le développement de la chirurgie laparoscopique entraîne de nouveaux défis pour le chirurgien, sa perception visuelle et tactile du site opératoire étant modifiée par rapport à son expérience antérieure. De nombreux dispositifs ont été développés autour de la procédure chirurgicale afin d'aider le chirurgien à réaliser le geste avec la meilleure qualité possible. Ces dispositifs visent à permettre au chirurgien de mieux percevoir le contexte dans lequel il intervient, à planifier de façon optimale la stratégie opératoire et à l'assister lors de la réalisation de son geste. La conception d'un système d'analyse de la procédure chirurgicale, permettant d'identifier des situations à risque et d'améliorer la qualité du geste, est un enjeu majeur du domaine des Gestes Médico-Chirurgicaux Assistés par Ordinateur. L'évaluation de la qualité du geste explore plusieurs composantes de sa réalisation : les habiletés techniques du chirurgien, ainsi que ses connaissances théoriques et sa capacité de jugement. L'objectif de cette thèse était de développer une méthode d'évaluation de la qualité technique des gestes du chirurgien à partir de connaissances a priori, qui soit adaptée aux contraintes spécifiques du bloc opératoire sans modifier l'environnement du chirurgien. Cette évaluation s'appuie sur la définition de métriques prédictives de la qualité du geste chirurgical, dérivées des trajectoires des instruments au cours de la procédure. La première étape de ce travail a donc consisté en la mise au point d'une méthode de suivi de la position des instruments laparoscopiques dans la cavité abdominale au cours de la chirurgie, à partir des images endoscopiques et sans ajout de marqueurs. Ce suivi combine des modèles géométriques de la caméra, de l'instrument et de son orientation, ainsi que des modèles statistiques décrivant les évolutions de cette dernière. Cette méthode permet le suivi de plusieurs instruments de laparoscopie dans des conditions de banc d'entraînement, en temps différé pour le moment. La seconde étape a consisté à extraire des trajectoires des paramètres prédictifs de la qualité du geste chirurgical, à partir de régressions aux moindres carrés partiels et de classifieurs k-means. Plusieurs nouvelles métriques ont été identifiées, se rapportant à la coordination des mains du chirurgien ainsi qu'à l'optimisation de son espace de travail. Ce dispositif est destiné à s'intégrer dans un système plus large, permettant d'apporter au chirurgien, en temps réel, des informations contextualisées concernant son geste, en fusionnant par exemple les données issues de la trajectoire à des données multi-modales d'imagerie per-opératoire. / The development of laparoscopic surgery has led to new challenges for surgeons, their visual and tactile perception of the operating field having been modified compared to their prior experience. Numerous devices have been designed around the surgical process in order to help the surgeon to perform the best possible intervention. These devices aim at enhancing the surgeon's perception of the operating context, optimally planning the surgical strategy, and assisting him/her during the intervention. The design of a system dedicated to the analysis of the surgical process, enabling the identification of risky situations and improving the quality of the surgery, is a major issue in the field of Computer Assisted Medical Interventions. The assessment of quality in surgery covers different aspects: the technical skills of the surgeon, as well as his/her theoretical knowledge and decision-making abilities. The objective of this thesis was to develop a technical skills assessment device for laparoscopic surgery, using a priori knowledge, suitable for the operating room's specific constraints without modifying the surgeon's environment. This assessment is based on the definition of predictive metrics for the quality of the surgery, derived from the instruments' trajectories during the procedure. The first step of this work consisted in the implementation of an instrument tracking method, based on endoscopic images without addition of any markers, in order to retrieve the 3D position of the instrument's tip inside the abdominal cavity during the surgical procedure. This tracking combines geometric models of the camera, the instrument and its orientation, with statistical models describing the evolutions of the latter. This method allows for simultaneous off-line tracking of multiple instruments within a training bench environment. The second step consisted in the extraction, from these trajectories, of predictive metrics for the assessment of the technical skills of the surgeon, using partial least squares regression and k-means classifiers. Several new metrics were identified, relating to the coordination of the surgeon's hands and the optimization of his/her workspace. This device is intended to be integrated in a more general system, in order to provide the surgeon with context-aware information regarding the surgical process, for example by merging data obtained from the trajectory with per-operative multi-modal image data.