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Article

1 - PHYSIQUE, CARACTÉRISTIQUES ET UTILISATION DES LASERS

2 - LASERS ET ROBOTS

3 - CONTRÔLE D’UN FAISCEAU LASER : CAS D’ÉTUDE

4 - DISCUSSIONS ET CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

6 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : S7790 v1

Contrôle d’un faisceau laser : cas d’étude
Robotique et chirurgie laser

Auteur(s) : Brahim TAMADAZTE

Date de publication : 10 janv. 2024

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RÉSUMÉ

La chirurgie laser est une technique qui utilise un faisceau de lumière cohérente et intense pour couper, vaporiser ou cautériser les tissus biologiques
au lieu et place du bistouri traditionnel.
Ces dernières années, un intérêt est né pour la combinaison des avantages de la robotique et d’un laser pendant la procédure. Le guidage d’un laser
sur le tissu cible peut alors être réalisé grâce au système robotique et aux lois de commande associées. Les lasers chirurgicaux robotisés permettent la
combinaison de la précision et le contrôle de la chirurgie robotisée avec la précision et l’exactitude d’un laser.
Cet article donne un aperçu historique de la chirurgie laser, les dernières avancées en chirurgie laser robotisée, ainsi que les verrous scientifiques et
technologiques qui restent à lever.

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ABSTRACT

Robotics, and laser surgery

Laser surgery is a technique that uses a beam of intense, coherent light to cut, vaporize or cauterize biological tissue, instead of the traditional
scalpel.

In recent years, interest has grown in combining the advantages of robotics and a laser during the surgical procedure. The guidance of a laser on the target tissue can then be achieved thanks to the robotic system and associated control laws. Robotic surgical lasers combine the precision and control of
robotic surgery with the precision and accuracy of a laser.

This article provides an overview of the history of laser surgery, the latest advances
in robotic laser surgery, and the scientific and technological obstacles still to be overcome.

Auteur(s)

  • Brahim TAMADAZTE : Directeur de recherche CNRS - Institut des systèmes intelligents et de robotique (ISIR), - CNRS UMR7222, Sorbonne Université, Inserm U1150, Paris, France

INTRODUCTION

La chirurgie au laser peut être définie comme l’utilisation d’un faisceau de lumière cohérente et intense (à haute énergie) pour couper, carboniser, vaporiser ou coaguler des tissus biologiques mous ou durs, au lieu de l’utilisation conventionnelle d’un instrument mécanique tel qu’un scalpel. Il convient de noter que la longueur d’onde, la puissance du laser et la durée de l’impulsion laser peuvent être sélectionnées ou ajustées en fonction de la tâche à accomplir, car ces paramètres produisent des effets différents sur les tissus biologiques. La chirurgie au laser est généralement pratiquée en salle d’opération, qu’il s’agisse d’une clinique ou d’un hôpital. Le parcours du patient jusqu’à la salle d’opération est similaire à celui d’une chirurgie conventionnelle, y compris le recours éventuel à l’administration d’un sédatif ou d’un anesthésique.

L’utilisation d’un laser en chirurgie présente plusieurs avantages, notamment l’absence quasi systématique de saignements, ce qui permet une cicatrisation plus esthétique, une procédure moins invasive avec moins de douleurs, et surtout une précision accrue dans les gestes chirurgicaux . Il convient de noter qu’une grande partie des procédures chirurgicales réalisées au laser peut être effectuée en ambulatoire ou nécessite seulement un court séjour à l’hôpital. Certains travaux comparatifs ont également mis en avant que la chirurgie laser est généralement moins coûteuse que la chirurgie conventionnelle . Cela est notamment dû au fait que de plus en plus de procédures au laser sont réalisées en ambulatoire.

Les premières investigations pour l’utilisation du laser dans les applications médicales remontent aux années 1960, et les premières procédures chirurgicales ont été réalisées dans les années 1970 . L’ophtalmologie, et plus précisément la chirurgie réfractive (correction de la myopie), a été la première application du laser chirurgical. Cependant, l’utilisation du laser en chirurgie ophtalmique de nos jours diffère de celle des débuts, qui se limitait à remplacer le bistouri pour une procédure de kératotomie radiaire dans le but de réduire les traumatismes post-opératoires. Une technique appelée LASIK , mise au point par l’ophtalmologue espagnol résidant en Colombie, José I. Barraquer, permet de réaliser un remodelage de la cornée en profondeur grâce à un laser afin de modifier la courbure cornéenne. Ce remodelage de la forme de la cornée permet de corriger un grand nombre d’aberrations optiques. Depuis, d’autres techniques laser pour la chirurgie réfractive ont été développées, comme le laser EXCIMER (laser à excimères, appelé aussi laser à exciplexe), qui occupe aujourd’hui une place importante en chirurgie réfractive.

Le succès de l’utilisation du laser en chirurgie ophtalmique a ouvert la voie à de nombreuses autres applications médicales, notamment en dermatologie, en otorhinolaryngologie (ORL), en urologie, en gynécologie, en neurochirurgie, en orthopédie, et bien d’autres domaines encore.

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KEYWORDS

surgery   |   lasers   |   Robotics

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-s7790


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3. Contrôle d’un faisceau laser : cas d’étude

Dans cette section, il sera question du contrôle automatique d’un laser de chirurgie lors d’une procédure chirurgicale dans le cadre de la microchirurgie des cordes vocales. Il s’agit d’une des chirurgies des plus exigeantes en termes de contrôle de la qualité de l’interaction laser-tissu. Cela est notamment dû au fait que les plis des cordes vocales sont des tissus très fins, fragiles et dont les propriétés mécaniques et acoustiques doivent être conservées pour un fonctionnement optimal. En conséquence, le contrôle en position et en vitesse du déplacement du spot laser sur les tissus est essentiel.

Un consortium européen, dans le cadre d’un projet européen (µRALP – http://www.microralp.eu), regroupant plusieurs acteurs académiques italiens (Istituto Italiano di Tecnologia – http://www.iit.it et Universitá Delgi Studi di Genova – http://www.unige.it), français (Institut FEMTO-ST – http://www.femto-st.fr et centre hospitalo-universitaire de Besançon – http://www.chu-besancon.fr) et allemand (Leibniz Universitä Hannover – http://www.uni-hannover.de), s’est penché sur le développement d’un système endoluminal intuitif qui s’insère directement dans le larynx du patient pour traiter, au laser, les différentes pathologies des cordes vocales.

3.1 Conception mécatronique

Actuellement, le protocole chirurgical le plus répandu pour la chirurgie des cordes vocales est sans doute la technique dite de « laryngoscopie en suspension » (figure 13(a)), qui consiste en un laryngoscope droit et rigide, un stéréomicroscope, un ensemble d’instruments chirurgicaux spécifiques et miniatures, une source laser et un dispositif de commande à pédale pour activer le laser ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ACEMOGLU (A.), PUCCI (D.), MATTOS (L.S.) -   Design and control of a magnetic laser scanner for endoscopic microsurgeries.  -  IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 24 (2) :527–537 (2019).

  • (2) - ADELMAN (M.), TSAI (L.), TANGCHITNOB (E.), KAHN (B.) -   Laser technology and applications in gynaecology.  -  Journal of Obstetrics and Gynaecology, 33 (3) :225–231 (2013).

  • (3) - ALOY (A.), GRASL (M.) -   Endoscopy of larynx and trachea with rigid laryngo-tracheoscopes under superimposed high-frequency jet ventilation (shfjv).  -  In Endoscopy. IntechOpen (2013).

  • (4) - ALSTER (T.S.), WEST (T.B.) -   Treatment of scars : a review.  -  Annals of plastic surgery, 39 (4) :418–432 (1997).

  • (5) - ANDREFF (N.), DEMBÉLÉ (S.), TAMADAZTE (B.), HUSSNAIN (Z.-E.) -   Epipolar geometry for vision-guided laser surgery.  -  In International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, volume 2, pages 471–476. SCITEPRESS (2013).

  • ...

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