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TPE robotique dans la vie courante et en medecine

Publié le 06/11/2012

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Version:1.0 StartHTML:0000000167 EndHTML:0000072063 StartFragment:0000000628 EndFragment:0000072047 -ROBOT Membres : Thème : Progrès techniques, avancées scientifiques Problématique : En quoi la robotique intervient-elle dans la médecine et la vie courante ?           SOMMAIRE Introduction     I - L'histoire de la chirurgie   a) Définition : b) La chirurgie au cours du temps     II - L'irruption de la chirurgie et son fonctionnement a) Quelles sont les raisons du développement de la chirurgie robotique ? : b) Description du robot chirurgical :   III - La chirurgie robotique à Limoges   a)CHU de Limoges : b) Le robot Da Vinci :   Conclusion Glossaire   Bibliographie     INTRODUCTION     Toutes les sociétés humaines avaient recours à des croyances médicales relevant du mythe ou de la superstition pour expliquer la naissance, la mort et la maladie. Au cours de l'histoire, la maladie a été attribuée à la sorcellerie, aux démons ou à la volonté des dieux... Ces idées restent encore répandues, bien que la montée en puissance de la médecine scientifique au cours du dernier millénaire a éclipsé de nombreuses croyances anciennes. La robotique est apparue il y a une cinquantaine d'année et connait un développement très rapide. Elle est de plus en plus petite et est à l'œuvre dans de nombreux domaine comme l'industrie, la médecine, l'informatique...   Nous devons le terme robotique à Isaac Asimov, célèbre auteur de science fiction à qui l'on doit également ces trois lois :   -Loi 1 Un robot ne peut porter atteinte à un être humain ni, restant passif, laisser cet être humain exposé au danger. -Loi 2: Un robot doit obéir aux ordres donnés par les êtres humains, sauf si de tels ordres sont en contradiction avec la première loi. -Loi 3 : Un robot doit protéger son existence dans la mesure où cette protection n’est pas en contradiction avec la première et la deuxième loi. Ainsi, la robotique est définie comme devant servir et protéger l’être humain. Nous pourrions aussi ajouter : et s’en inspirer. Car, en comparant les fonctions humaines et celles des systèmes robotiques existant, nous découvrons que les chercheurs et les inventeurs s’inspirent depuis toujours de la physiologie humaine, que ce soit pour créer des machines simples, des robots industriels... La robotique est née, il y a très longtemps, du désir des humains de se dépasser. Après avoir inventé des machines pour se servir et se protéger, l'humain a voulu aller plus loin. Voyons ensemble si la robotique en médecine améliore vraiment la qualité et la sécurité des soins effectués par le chirurgien ? Tout d'abord, nous étudirons l'histoire de la chirurgie pour ensuite introduire l'irruption de la robotique, et pour finir, nous nous pencherons sur la robotique chirurgicale à Limoges.             I - L'histoire de la chirurgie   a) Définition : La chirurgie est un ensemble d’opérations manuelles et instrumentales réalisées sur et dans un corps vivant à des fins thérapeutiques*. C’est l’un des plus anciens arts médicaux. Son efficacité a été très longtemps limitée par quatre facteurs :   l'ignorance de l'anatomie et de la physiologie : sans connaissance précise de l'organisation intérieur du corps et de son fonctionnement, les interventions ne pouvaient porter sur les organes vitaux et se limitaient aux organes périphériques et aux plaies. l'hémorragie*, souvent mortelle. Si la coagulation* a été observée de longue date, la compréhension de l'hémostase* attendra le XXème siècle. Et cause ou conséquence de l'intervention, le saignement artériel ne pouvait être contrôlé que par la compression mécanique externe (garrot, clamp ou tamponnement)ou la cautérisation, et plus récemment par obstruction temporaire intracavitaire* (sondes à ballonnet, obturateurs gélifiés réversibles), permettant la suture réglée des vaisseaux et des tissus; la douleur, entraînant des réactions motrices réflexes de défense ou d'évitement, ou des réactions de choc, problèmes maintenant mieux résolus avec la découverte de l'anesthésie; l'infection, qui causait de nombreux décès : la découverte des microbes par Louis Pasteur mit Joseph Lister sur la voie de la découverte de l'antisepsie* permit le développement de l'asepsie* et de l'hygiène et ajoutées à celles de l'immunité, et des antibiotiques, firent chuter la mortalité post-opératoire de façon spectaculaire. b) La chirurgie au cours du temps L’époque préhistorique Il nous reste des pièces squelettiques fossiles qui témoignent de certains gestes chirurgicaux. Le pansement primitif, en particulier à l'argile sur les doigts gelés ont laissé des empreintes sur les parois des cavernes.                 L’antiquité En Grèce un personnage va dominer tous les autres, c’est bien sûr Hyppocrate (Vème siècle et Ivème av.J.-C). Il crée une école médico-chirurgicale. Il publie soixante livres dont six sur la chirurgie.     L'Inde au Ier siècle avant J.-C : Il y a une véritable unité médico-chirurgicale et des écoles avec un apprentissage technique sur les animaux. La réparation plastique de l'amputation nasale par un lambeau cutané frontal est mise au point, et reste toujours pratiquée sous l'appellation de lambeau indien. La pratique chirurgicale se développe pour les besoins de l'armée et des jeux du cirque donc plusieurs nouvelles techniques apparaissent (la césarienne, l'ablation des varices, le traitement des plaies, l'amputation des membres…).En Occident l'influence religieuse empêchera tout progrès chirurgical pendant pratiquement mille ans. À Rome ,au Moyen-Âge : L'Orient connaît une période favorable avec le développement des universités arabes. Des écoles chirurgicales s'ouvrent. Le monde médico-chirurgical du Xème siècle comprend : - les médecins, qui généralement sont des clercs parlant latin et possédant la science. - Les barbiers, qui en plus de leur activité de coiffeurs effectuent quelques gestes chirurgicaux (traitement des plaies, d 'abcès superficiels…) - Les inciseurs nomades, (généralement de redoutables charlatans) - Les barbiers chirurgiens, qui sont les véritables chirurgiens. La Renaissance ;les XIIème et XIIIème siècles : Elle apporte des progrès artistiques et techniques multiples en particulier dans l'armement avec la généralisation des armes à feu qui provoquent des blessures plus graves que par arme blanche, au niveau de la peau, des vaisseaux et du squelette obligent les chirurgiens à développer davantage les amputation. C'est Ambroise qui est à l'origine de nombreux instrument et il publie des ouvrages très originaux.         La Renaissance ;les XIIème et XIIIème siècles : Le XVIIIe siècle est l'une des plus grandes périodes de progrès chirurgicaux car en 1731, Louis XV inaugure l'académie royale de chirurgie à Paris en 1742. Il rétablit l'égalité hiérarchique entre médecins et chirurgiens, alors que les médecins disaient auparavant : « Qu'il y avait de la folie d'imaginer que le chirurgien soit l'égal du médecin «. C'est alors une période de créativité, de liberté d'action et de pensées, et donc d'émulation*, pendant laquelle Paris est considérée comme la capitale mondiale de la chirurgie. La Révolution et l'Empire : Entre la Révolution et l'Empire, 20 ans de guerre créent la chirurgie et la médecine militaires. Les maladies déciment les armées plus que les blessures. Néanmoins, le travail des chirurgiens est important et on crée des écoles de santé pour former non pas des docteurs mais des officiers de santé. Les plaies du thorax sont traitées, les fractures des membres sont immobilisées en attelles, mais on ne sait toujours pas soigner efficacement les plaies et les fractures ouvertes des membres qui font l'objet d'une amputation systématique. Après la chute de l'Empire en 1815, la pratique civile reprend ses droits. La deuxième moitié du XIXe siècle connaît à nouveau une phase de régression à cause de la fréquence des infections. Les locaux, le mobilier, le comportement des chirurgiens et des soignants favorisent l'infection, qu'ils considèrent comme une fatalité. On atteint 84% de décès post-opératoires. Les progrès viennent d'Angleterre, avec des locaux plus aérés, et moins de promiscuité entre les malades ; les Anglais ont seulement 48% de décès post-opératoires…Malgré la fréquence et la gravité des infections post-opératoires, les techniques continuent de se développer. Le matériel et les instruments chirurgicaux s'améliorent avec les pinces crantées . L'orthopédie* devient peu à peu une spécialité chirurgicale avec la mise au point des techniques de raccourcissement des membres. Dans la deuxième moitié du XIXe siècle: Deux découvertes vont révolutionner la pratique chirurgicale et ses résultats : l'anesthésie et l'asepsie. L'éther par ses propriétés hypnotiques et analgésiques* va transformer les conditions opératoires ; les opérations cessent d'être des séances de tortures. Louis Hubert Farabeuf dira : « Désormais il faut opérer bien et non plus opérer vite, le temps ne compte plus «. Il utilise pour la première fois le chlorure de chaux pour le lavage des mains, il fait ainsi réduire les taux d'infection à quelques pour-cent seulement. L'asepsie est ensuite mieux appliquée par l'usage des gants de caoutchouc, la conception de bloc opératoire n'arrive à Paris qu'en 1912.     Du XXe siècle à nos jours : Avant la première guerre mondiale, on trouve une période de mise au point des principales techniques chirurgicales. Par la suite, tout le XXe siècle verra l'explosion des progrès et des techniques chirurgicales qui ne cessent alors de s'accélérer : microchirurgie*, greffe d'organes, multiplication des implants , assistance informatique… avec l'aide indispensable de l'imagerie médicale, l'anesthésie de la réanimation. Les spécialités chirurgicales se sont multipliées, ainsi que la notion d'équipes médicales et para-médicales spécialisées. Au cours du temps, l'évolution de la chirurgie a été très inégale. Trop longtemps l'acte chirurgical et les chirurgiens ont été dévalorisés par la religion et relégués à une caste inférieure la séparant du monde médical, limitant la recherche et l'enseignement. Si quelques personnages ont permis le progrès, c'est surtout le regroupement médico-chirurgical et la connaissance anatomique qui ont été très bénéfiques ; puis l'anesthésie et l'asepsie. II - L'irruption de la chirurgie et son fonctionnement La coeliochirurgie* est apparue il y a environ un demi siècle, et fut utilisée principalement par les gynécologues pour des recherches au niveau des douleurs pelviennes*. En revanche, la robotique est apparue il y a environ une trentaine d'années dans la chirurgie proprement dite. En général, il s'agit surtout d'objets visuels comme les IRM ou bien les scanners, qui servent à une meilleure vision des lésions et donc à une meilleure efficacité opératoire. Le robot Neuromate est l'un des premiers robots utilisés dans les blocs opératoires. Il permet de pointer avec une très haute précision une cible à l'intérieur du cerveau. C'est un robot dit semi-actif car il positionne et guide un instrument que le chirurgien met en mouvement. En 1992, Robodoc est un des premiers robots spécialisés dans le domaine de l'orthopédie, et encore plus précisément dans la chirurgie de la hanche (pour poser des prothèses). Ces deux robots sont des exemples de la croissance de la chirurgie dans le début des années 1990, et ceci n'est qu'un début. Les robots sensibles au toucher sont des robots appelés robots synergiques*. Dans ce cas, c'est le chirurgien qui manipule les instruments portés par le robot. De cette manière, les mouvements du chirurgien ainsi que les zones de risque sont réduites. Acrobot, par exemple, fait partie de cette catégorie de robots. Beaucoup de nouveaux robots ont été mis en place à la suite de ces innovations. Certains ont même été étudiés pour l'entraînement des apprentis-chirurgiens pour que ces derniers soient prêts lors de leurs interventions dans leur future vie professionnelle. a) Quelles sont les raisons du développement de la chirurgie robotique ? : - l’extraordinaire qualité de la vision en 3 dimensions, - l’extrême précision des instruments et leur très grande mobilité dans l’espace. Ces deux caractéristiques de la chirurgie robotique font que les bénéfices attendus pour les patients sont : - une diminution significative des douleurs post opératoires, - un moindre risque infectieux, - une diminution du risque de saignement et de transfusion ; - une convalescence plus rapide et un retour aux fonctions physiologiques (urinaires et sexuelles) favorisés. La chirurgie robotique reste cependant une intervention chirurgicale. Elle comporte comme toutes interventions des risques et des aléas particuliers qui dépendent des caractéristiques propres de chaque individu et de chaque tumeur traitée.   b) Description du robot chirurgical : Le chirurgien opère à partir d’une console placée dans la salle d’opération à côté du patient. Il commande ainsi les instruments qui sont fixés sur des bras opérateurs. Une double caméra, exactement comme le ferait nos yeux, apporte une vision en trois dimensions, magnifiée et agrandie du champ opératoire. Il s’agit d’un progrès considérable par rapport à la vision en deux dimensions de la cœlioscopie traditionnelle, où le champ opératoire est « écrasé « sur un écran sans restitution du relief. Le robot est placé au dessus du patient. Quatre bras opérateurs supportent les instruments et l’optique commandés à distance par le chirurgien.   Les mouvements du chirurgien sont reproduits après élimination de tous les éléments parasites et peuvent être réalisés avec 7° de liberté à comparer au 4° de liberté de la cœlioscopie traditionnelle, permettant par exemple de réaliser des sutures dans des positions inaccessibles auparavant. Ainsi, grâce à la vision 3 D, aux instruments chirurgicaux extrêmement précis et d’une plus grande mobilité,on peut réaliser: -des opérations plus complexes, - repousser les limites techniques, - augmenter la sécurité.   La position du chirurgien est ergonomique*. Il bénéficie d’une vision à trois   dimensions exceptionnelle, la transmission mécanisée des gestes supprime les tremblements, ces gestes sont donc plus précis. L’équipement permet une manipulation plus fine des tissus, des sutures intra corporelles à l’aide des fils de chirurgie beaucoup plus précises.           Inconvénients (pour le moment).     Le chirurgien orthopédique est contraint, pour le moment, d'utiliser les prothèses répertoriées dans la bibliothèque du logiciel de planification. Ces prothèses ne coïncident pas forcément avec celles qu'il avait l'habitude de poser. - Le choix de certains outils imposé par l'utilisation du robot. - Le type d'opération limité.     Les différents robots proposés pour la chirurgie orthopédique ne sont programmés que pour la pose de prothèse de hanche. Dans l'année, l'intégration de nouveaux programmes à leur logiciel de planification leur permettra de travailler sur l'os du genou. - Une mise à jour des logiciels.     Outre les observations précédentes, il y a lieu de s'assurer régulièrement des performances de l'informatique de commande et de suivre les mises à niveau des programmes. - Un pari fait sur l'avenir et sur le développement de l'entreprise conceptrice.       La mise en œuvre de cette technique évoluée repose sur le dynamisme des deux partenaires, l'équipe médicale utilisatrice et le fournisseur. La disparition éventuelle de l'industriel fragilise l'investissement. - Une équipe chirurgicale stable.     L'utilisation d'un robot nécessite la formation de toute une équipe chirurgicale. Celle-ci doit être enthousiasmée et motivée par cette nouvelle technologie pour que les buts espérés soient atteints. Aujourd'hui, le personnel formé est limité. La rotation des équipes chirurgicales n'est pas envisageable pour le moment. Le planning des interventions robotisées est donc réalisé en fonction de la disponibilité du personnel et non pas celle du robot. - Une certaine perte de temps. Le nombre d'interventions pratiquées avec un robot est encore trop peu important pour que le chirurgien et son équipe aient eu le temps de prendre parfaitement connaissance de ce nouvel outil. Actuellement, une intervention conventionnelle d'une heure et quart est rallongée d'une vingtaine de minutes en utilisant un robot. - Deux anesthésies consécutives. La veille de l'intervention orthopédique, le chirurgien place, sous anesthésie générale, deux vis dans le fémur malade du patient. Ces vis sont utiles au repérage du robot dans l'espace. Il n'est pas envisageable de procéder autrement pour le moment.     -Contraintes cliniques :   Chaque composant du système en contact avec le champ stérile doit être stérilisé (généralement, le robot est couvert par une « chaussette stérile « tandis que l’outil est stérilisé séparément ). L’environnement n’est en général pas structuré ; les salles d’opérations sont occupées par de nombreux autres appareils médicaux (radiologie, anesthésie, chirurgie...). La position du robot par rapport au patient varie entre deux opérations et même lors d’une seule opération. Ainsi, ses dimensions doivent être réduites. Le robot doit être facilement et rapidement transportable dans et hors de la salle d’opération. Les fonctionnalités requises sont définies selon chaque type d’opérations cliniques et les nouveaux robots médicaux ont été souvent conçus pour des opérations spécifiques. L’intervention est réalisée sur un être humain ce qui implique de prendre en compte: - le changement dans les conditions de travail avec chaque patient (caractéristiques de tissus mous, position du patient sur la table d’opération, taille du corps et accessibilité des organes…) -la tâche et l’exécution spécifiques au patient : pas « d’essai / erreur « ni mouvements « fait encore «. Le robot médical est directement en contact avec le patient et le personnel, ceci impose le respect de précautions particulières dont : - la nécessité d’études pré-opératives pour planifier l’intervention, - la modification du planning pendant l’opération, selon le diagnostic du chirurgien, les complications possibles ou le comportement de l’organisme du patient. La conception du système doit aussi prendre en considération le fait que le chirurgien n’est pas un spécialiste de robotique et assurer pour cela : • une IHM orientée métier, orientée tâche, permettant une manipulation facile du système, • la transparence du robot, en évitant les singularités, les limites articulaires mécaniques, les procédures de reconfiguration … III) La chirurgie robotique à Limoges : a) CHU de Limoges : Le CHU de Limoges est le premier CHU équipé de la nouvelle version d'un robot chirurgical disposant d'une vision haute définition. La précision de ce nouvel équipement offre une amélioration nette des résultats chirurgicaux immédiats et à distance, et diminue les problèmes post-opératoires. -Présentation d'un robot qui ouvre de nouveaux horizons à la chirurgie et aux patients en Limousin : Le robot que vient d'acquérir le CHU de Limoges est constitué de deux équipements reliés : la console et les bras. Le patient est entouré d'un système de 4 bras robotisés que le chirurgien manipule au niveau de la console. Celle-ci permet de visualiser le champ opératoire en trois dimensions grâce à une caméra binoculaire*. Elle offre le choix d'un facteur de grossissement (jusqu'à x 10) permettant alors de se passer d'un microscope optique. Un bras central portant l'optique qui permet de voir la zone à opérer est relié à un système en 3D de haute qualité vidéo. Les 3 bras latéraux portent les instruments qui peuvent être changés selon les interventions. Ces instruments très fins sont commandés par le chirurgien qui est assis à une console à distance en général, à quelques pas de la table d'intervention. Le chirurgien et l'instrumentiste assurent les changements des outils sur le robot. Le chirurgien commande avec les mains et les pieds, un ensemble de dispositifs qui permettent de prendre le contrôle de la caméra, d'actionner la manipulation, de régler la netteté, de positionner des instruments statiques... Les mouvements du chirurgien sont à présent exactement reproduits. La précision se trouve même encore améliorée par la miniaturisation et la mobilité (7 degrés de liberté) de l'extrémité des instruments. Les caractéristiques techniques de ces instruments permettent de faire disparaître les mouvements parasites donnant parfois une sensation de tremblement de l'instrument de coelioscopie*. Ce nouveau robot autorise l'amélioration potentielle des résultats opératoires. Il diminue aussi les complications liées à la chirurgie et la durée de séjour dans les hôpitaux des patients. Seulement sept chirurgiens de Limoges ont été formés pour l'utilisation de ce type de robot, et l'un d'entre eux affirme même que le toucher des organes se fait rare depuis l'arrivée de la coelioscopie. De plus, le CHU de Limoges fait des investissement de manière à pouvoir être à la pointe de la technologie. Le dernier exemple en date est celui du robot Da Vinci, pour lequel la ville a déboursé 1,9 millions d'euros pour pouvoir s'équiper et se moderniser; seulement dix centres hospitaliers en France en sont équipés. Au-delà du bénéfice pour les patients, la mise en service de cette technologie est aussi un facteur d'attractivité pour les équipes médicales et notamment pour les jeunes chirurgiens qui doivent se former aux nouvelles techniques. b) Le robot Da Vinci : Que feriez-vous si un chirurgien habitant sur un autre continent que le vôtre vous proposait de vous opérer dans l’hôpital le plus près de chez vous ? Avec la technologie d’aujourd’hui, l’étrange proposition est désormais possible !   En effet, ce type de robot a été développé au cours des années 90. Celui-ci est contrôlé à distance par les mains de l’habile chirurgien à l’aide de télémanipulateurs* et de caméras. On l’a baptisé Da Vinci parce que ses créateurs pensaient que Léonard de Vinci était l’être humain le plus intelligent de l'histoire. Le robot a été conçu pour des manipulations fines puisqu’il peut opérer un patient aussi bien que le ferait le chirurgien à mains nues. Celui-ci contrôle à la perfection les deux bras du robot, à un point tel qu’il peut saisir un objet de quelques millimètres, comme un élastique par exemple. Les manipulations sont donc précises au millimètre près, sans quoi le robot mettrait la vie du patient en danger. Dans le même ordre d’idée, le chirurgien doit cependant développer une certaine habileté avec le robot, puisque les manipulations sont faites avec deux tiges de métal. La caméra démontre les opérations en trois dimensions et permet de grossir l’image plus de huit fois. Par la suite, le robot n’opère pas à l’aide du traditionnel bistouri*. Il s’agit plutôt d’un « électrobistouri « qui libère de petites décharges à faible courant qui permet alors de couper ce qu’on désire. De plus, les tremblements possibles du chirurgien sont totalement éliminés par Da Vinci. Conclusion :   C’est ainsi que ces systèmes fournissent précision et sécurité tout en permettant d’optimiser le geste chirurgical. Dans le futur, d’autres systèmes vont apparaître à base de scanner ou d’échographie : nous pensons que les images ultra-sonores seront certainement très utilisées car elles permettent d’ouvrir la voie aux gestes percutanés* ; les scanners de bloc opératoire fourniront des images 3D sans imagerie préalable (c’est à dire pré-opératoire) ; l’utilisation des capteurs de pression permettra de mieux équilibrer les balances ligamentaires de certaines articulations et donc d’envisager une réduction de l’usure des implants. Les mini-robots restent encore du domaine du laboratoire. Leur utilisation s’imposera dans quelques années...                     GLOSSAIRE -thérapeutiques : branche de la médecine qui étudie et enseigne la maniéré de traiter les maladies ainsi que les moyens propre à guérir et à soulager les malades. -hémorragie : écoulement de sang à la suite de la rupture d'un vaisseau sanguin -coagulation : action du sang qui se fige en une masse plus ou moins solide. -hémostase : arrêt naturel ou provoquer d'une hémorragie. -asepsie ; ensemble des mesures préventives devants écarté tout microbe -antisepsie : méthode thérapeutique servant a s'opposer a la survivance ou au développement de ferment putride ou de germes pathogènes. -orthopédie : Branche qui a pour objet de prévenir ou de corriger les déformations et les malformations (congénitales ou acquises) des os, des articulations, des muscles et des tendons chez les enfants, ou les adultes. -analgésiques : Qui atténue ou supprime la sensibilité à la douleur, sans provoquer de perte de conscience. -pelvienne : Qui appartient, qui se rapporte à la partie du bassin située au-dessous du détroit supérieur. -robots synergiques : robot qui à des action coordonnée de plusieurs systèmes d'où résulte l'accomplissement d'une fonction, l'exécution d'un mouvement. -ergonomique : qui est relatif à l'étude scientifique des conditions de travail, visant à leur amélioration et à l'accroissement de la productivité . -caméra binoculaire : camera comportant deux espaces ou placer les yeux -télémanipulateurs : appareil permettant de manipuler à distance ou derrière une protection des substances dangereuses ou inaccessibles. -cœliochirurgie : chirurgie assistée par un écran pour une meilleure visibilité des médecins. -bistouri : il est utilisé en chirurgie pour faire des incisions. Il est souvent appelé scalpel. -electrobistouri : bistouri utilisant un courant électrique pour couper les tissus. L'inconvénient est qu'il laisse une marque de brulure raison pour laquelle il n'est pas utilisé au niveau de la peau. -convalescence : Période de rétablissement progressif suite à une maladie. -percutané : Qui se fait à travers la peau. BIBLIOGRAPHIE http://www.agoravox.fr/article.php3?id_article=30119 [email protected] http://www.lirmm.fr/ wikipedia site du CHU de Limoges

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