Développement et validation d’un système de monitoring de l’ergonomie pour la formation en chirurgie robotique

Development of a new system for ergonomic evaluation and improvement of robotic surgery learning

• Auteur / Autrice : Kun Yang
• Direction : Jacques Hubert, Manuela Perez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 26/04/2016
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Imagerie adaptative diagnostique et interventionnelle (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Sergueï Malikov
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xin Huan Wang
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Daniel Chevallier, Philippe Poignet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Capteurs de pression

Simulateurs

Ergonomie

Apprentissage par la pratique

Chirurgie opératoire

Robotique en médecine

Mots clés libres

Robot chirurgical

Simulateur

Robot da Vinci

DV-Trainer

Ergonomie

Capteur de pression

Enregistrement vidéo

Pédagogie

Surgical robot

Simulator

Da Vinci robot

DV-Trainer

Ergonomics

Pressure sensor

Video recording

Pedagogy

Résumé

Ce travail de thèse suit une logique exposée dans trois chapitres, pour terminer par un exposé sur des applications futures. La première partie fait l’inventaire des difficultés de l’apprentissage des habiletés de base de la chirurgie robotique, notamment dans ses aspects de l’exploitation des avantages ergonomiques. Elle se fonde notamment les travaux de master 2 des Docteurs N. Hubert et C. Perrenot auxquels l’auteur a participé. On conclut ainsi à la nécessité de développer un outil de monitoring de l’ergonomie plus efficace que celui existant sur les logiciels du simulateur dV-Trainer®. La deuxième partie décrit la conception et la validation d’un système de capteurs de pression des avant-bras sur les appuis-bras de la console du robot et/ou des simulateurs (Système de Surveillance de Pression - SSP-). Il est créé le concept d’Armrest Load, formule plus efficace d’évaluation des performances des stagiaires en matière d’ergonomie que l’évaluation automatique par le simulateur. La troisième partie décrit l’amélioration du système SSP via l’ajout de fonctions supplémentaires et leurs évaluations : - une alarme informant l’étudiant des mauvaises positions. Ce système crée un réflexe conditionné, accélère l’utilisation ergonomique des appuis-bras du simulateur, mais également améliore les performances globales. - des caméras et une interface, « Contrôleur d’Évènement en Simulation Robotique » (CESIR), permettant au stagiaire de visionner à volonté et pour chaque exercice les vidéos de référence, celles avec les erreurs à éviter et ses propres performances. Ces techniques vidéo, largement répandues dans le milieu sportif sont utilisées pour la première fois en chirurgie et prouvent ici leur efficacité. La partie « conclusion » synthétise les résultats de tout le travail de thèse et expose des perspectives d’amélioration du système CESIR et de son utilisation dans la poursuite de la collaboration franco-chinoise en formation robotique.

This thesis is logically split into three chapters, concluding with a discussion on future applications. The first part makes an inventory of the difficulties in learning the basic skills in robotic surgery, especially in the aspects of exploiting the ergonomic benefits. It relies in particular on the master degrees of Drs N. Hubert and C.Perrenot to which the author participated. It is concluded that there is a need to develop a more efficient monitoring tool for ergonomics than the existing software on the dV-Trainer® simulator. The second part describes the design and validation of a system of forearms pressure sensors attached on the robot’s console and/or simulator’s armrests (SSP- Pressure Surveillance System). The concept of Armrest Load is created, a more effective formula for evaluating the trainees’ performance in ergonomics than the automatic evaluation provided by the simulator. The third part describes the improvement of the SSP system by adding additional functions and their evaluation: - An alarm informing the student of bad positions. This system creates a conditioned reflex, speeds up the ergonomic use of armrests on the simulator, and also improves the overall performance. - Cameras and a ''Controller of Event in Robotic Simulation '' (CESIR) interface, allowing the participant to view at will the reference video, the one with mistakes to avoid and the video of their own performances. This video technique is widely used in sports but is applied for the first time in surgery and proves its effectiveness. The conclusion part summarizes the results of the whole thesis and outlines the possibilities for CESIR’s improvement and its development in the French-Chinese collaboration in robotic training.