Initial validation of a virtual-reality learning environment for prostate biopsies: realism matters!

: Introduction-objectives: A virtual-reality learning environment dedicated to prostate biopsies was designed to overcome the limitations of current classical teaching methods. The aim of this study was to validate reliability, face, content and construct of the simulator. Materials and methods: The simulator is composed of a) a laptop computer, b) a haptic device with a stylus that mimics the ultrasound probe, c) a clinical case database including three dimensional (3D) ultrasound volumes and patient data and d) a learning environment with a set of progressive exercises including a randomized 12-core biopsy procedure. Both visual (3D biopsy mapping) and numerical (score) feedback are given to the user. The simulator evaluation was conducted in an academic urology department on 7 experts and 14 novices who each performed a virtual biopsy procedure and completed a face and content validity questionnaire. Results: The overall realism of the biopsy procedure was rated at a median of 9/10 by non-experts (7.1-9.8). Experts rated the usefulness of the simulator for the initial training of urologists at 8.2/10 (7.9-8.3), but reported the range of motion and force feedback as significantly less realistic than novices (p=0.01 and 0.03 respectively). Pearson's r correlation coefficient between correctly placed biopsies on the right and left side of the prostate for each user was 0.79 (p<0.001). The 7 experts had a median score of 64% (59-73), and the 14 novices a median score of 52% (43-67), without reaching statistical significance (p=0,19). Conclusion: The newly designed virtual reality learning environment proved its versatility and its reliability, face and content were validated. Demonstrating the construct validity will require improvements to the realism and scoring system used

Prosper: image and robot-guided prostate brachytherapy

Brachytherapy for localized prostate cancer consists in destroying cancer by introducing iodine radioactive seeds into the gland through hollow needles. The planning of the position of the seeds and their introduction into the prostate is based on intra-operative ultrasound (US) imaging. We propose to optimize the global quality of the procedure by: i) using 3D US; ii) enhancing US data with MRI registration; iii) using a specially designed needle-insertion robot, connected to the imaging data. The imaging methods have been successfully tested on patient data while the robot accuracy has been evaluated on a realistic deformable phantom

Développement et application préclinique du robot de curiethérapie PROSPER

Introduction : Rapporter le développement et les expérimentations d'un nouveau système robotisé destiné à la curiethérapie prostatique possédant un système de suivi de la prostate et une possibilité de fusion écho-IRM. Matériel et méthodes : Un robot d'implantation d'aiguilles transpérinéales guidé par échographie transrectale avec suivi peropératoire des mouvements et de la déformation de la prostate a été crée. Les expériences ont été conduites sur 90 cibles réalisées dans 9 fantômes conçus pour être mobiles et déformables. Les expériences ont été ensuite conduites chez 2 cadavres. Le robot a cherché à déposer des billes de verre simulant des grains de curiethérapie aussi près que possible des cibles dans des fantômes évaluables par différentes modalités d'imagerie dont le scanner et dans des prostates de cadavre. Les résultats étaient mesurés en segmentant les cibles et les billes de verre sur des volumes tomodensitométriques des fantômes et des cadavres. Résultats : Le robot était capable d'atteindre les cibles choisies dans les fantômes avec une précision médiane de 2.73 mm, avec un déplacement médian de la prostate de 5.46 mm. La précision était meilleure à la base qu'à l'apex (2.28 mm vs 3.83 mm, p<0.01) et n'était pas significativement différente pour les implantations horizontales et obliques (2.7 vs 2.82 mm, p=0.18). Les tests sur cadavre ont montré la faisabilité et l'ergonomie du robot en salle d'opération mais des expérimentations plus poussées sont nécessaires. Conclusion : Ce robot destiné à la curiethérapie prostatique est le premier système utilisant le suivi de la prostate intra-opératoire pour guider des aiguilles dans la prostate. Les expériences préliminaires montrent sa capacité à atteindre des cibles malgré les mouvements de la prostate. Les applications pourraient être élargies à la thérapie focale et aux biopsies guidées compte-tenu de sa possibilité à fusionner l'imagerie IRM et l'échographie.Purpose: To report on the development and the initial experience with a new 3D ultrasound robotic system for prostate brachytherapy assistance and focal therapy. MRI-TRUS fusion as well as its ability to track prostate motion intra-operatively allows it to manage motions and guide needles to MRI enhanced tumor foci. Materials and methods: A robotic system for TRUS-guided needle implantation combined with intraoperative prostate tracking was created. Experiments were conducted on 90 targets embedded in 9 mobile and deformable synthetic prostate phantoms. A preliminary feasibility study on 2 cadavers was also carried out. The experiments involved trying to insert glass beads as close as possible to targets in multimodal imaging phantoms and in cadaver prostates. The results were measured by segmenting the inserted beads in CT scan volumes of the phantoms and of the cadaver's radical prostatectomy specimens. Results: The robot was able to reach the chosen targets in phantoms with a median accuracy of 2.73 mm, with a median prostate motion of 5.46 mm. Accuracy was better in apex than in base (2.28 vs 3.83 mm, p<0.001) and was similar for horizontal and angled needle inclinations (2.7 vs 2.82 mm, p=0.18). Cadaver tests showed the feasibility of the robot's ergonomics in the operating room but further in vivo assessments are needed. Conclusion: This robot for prostate focal therapy and brachytherapy is the first system using intraoperative prostate motion tracking to guide needles into the prostate. The preliminary experiments described show its ability to reach targets in spite of the motion of the prostate.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Prostate biopsies guided by three-dimensional real-time (4-D) transrectal ultrasonography on a phantom: comparative study versus two-dimensional transrectal ultrasound-guided biopsies

OBJECTIVE: This study evaluated the accuracy in localisation and distribution of real-time three-dimensional (4-D) ultrasound-guided biopsies on a prostate phantom. METHODS: A prostate phantom was created. A three-dimensional real-time ultrasound system with a 5.9MHz probe was used, making it possible to see several reconstructed orthogonal viewing planes in real time. Fourteen operators performed biopsies first under 2-D then 4-D transurethral ultrasound (TRUS) guidance (336 biopsies). The biopsy path was modelled using segmentation in a 3-D ultrasonographic volume. Special software was used to visualise the biopsy paths in a reference prostate and assess the sampled area. A comparative study was performed to examine the accuracy of the entry points and target of the needle. Distribution was assessed by measuring the volume sampled and a redundancy ratio of the sampled prostate. RESULTS: A significant increase in accuracy in hitting the target zone was identified using 4-D ultrasonography as compared to 2-D. There was no increase in the sampled volume or improvement in the biopsy distribution with 4-D ultrasonography as compared to 2-D. CONCLUSION: The 4-D TRUS guidance appears to show, on a synthetic model, an improvement in location accuracy and in the ability to reproduce a protocol. The biopsy distribution does not seem improved

Development of miniaturized light endoscope-holder robot for laparoscopic surgery

PURPOSE: We have conducted experiments with an innovatively designed robot endoscope holder for laparoscopic surgery that is small and low cost. MATERIALS AND METHODS: A compact light endoscope robot (LER) that is placed on the patient's skin and can be used with the patient in the lateral or dorsal supine position was tested on cadavers and laboratory pigs in order to allow successive modifications. The current control system is based on voice recognition. The range of vision is 360 degrees with an angle of 160 degrees . Twenty-three procedures were performed. RESULTS: The tests made it possible to advance the prototype on a variety of aspects, including reliability, steadiness, ergonomics, and dimensions. The ease of installation of the robot, which takes only 5 minutes, and the easy handling made it possible for 21 of the 23 procedures to be performed without an assistant. CONCLUSION: The LER is a camera holder guided by the surgeon's voice that can eliminate the need for an assistant during laparoscopic surgery. The ease of installation and manufacture should make it an effective and inexpensive system for use on patients in the lateral and dorsal supine positions. Randomized clinical trials will soon validate a new version of this robot prior to marketing

Medical image computing and computer-aided medical interventions applied to soft tissues. Work in progress in urology

Until recently, Computer-Aided Medical Interventions (CAMI) and Medical Robotics have focused on rigid and non deformable anatomical structures. Nowadays, special attention is paid to soft tissues, raising complex issues due to their mobility and deformation. Mini-invasive digestive surgery was probably one of the first fields where soft tissues were handled through the development of simulators, tracking of anatomical structures and specific assistance robots. However, other clinical domains, for instance urology, are concerned. Indeed, laparoscopic surgery, new tumour destruction techniques (e.g. HIFU, radiofrequency, or cryoablation), increasingly early detection of cancer, and use of interventional and diagnostic imaging modalities, recently opened new challenges to the urologist and scientists involved in CAMI. This resulted in the last five years in a very significant increase of research and developments of computer-aided urology systems. In this paper, we propose a description of the main problems related to computer-aided diagnostic and therapy of soft tissues and give a survey of the different types of assistance offered to the urologist: robotization, image fusion, surgical navigation. Both research projects and operational industrial systems are discussed

Utilisation de la robotique en chirurgie laparoscopique (revue de la littérature et développement pré-clinique du robot LER du laboratoire TIMC)

Les systèmes robotisés font désormais partie de l'arsenal dans l'assistance à la réalisation d'une intervention par technique mini-invasive. Notre participation au développement du robot porte-endoscope LER (light endoscope robot) du laboratoire TIMC nous a permis de découvrir l'univers de la chirurgie robotisée dans le domaine laparoscopique. Les robots peuvent être une aide en améliorant le confort opératoire, en réduisant la durée opératoire, mais également en améliorant la précision de l'acte chirurgical, pouvant étendre les indications de la voie d'abord laparoscopique dans des actes minutieux d'exérèse ou de reconstruction qui étaient jusqu'à présent reconnus comme trop difficile par cette voie d'abord. L'intérêt des systèmes actuels robotisés est controversé en raison de l'encombrement des robots et surtout du coût. L'objet de cette thèse est de décrire l'intérêt de l'assistance robotisée à la chirurgie laparoscopique. Nous voyons dans un premier temps le panel des systèmes de robotique actuels tant pour les robots porte endoscope que pour les robots télémanipulateurs. Les avantages et les inconvénients de ces différents systèmes sont détaillés puis l'état de l'art en chirurgie urologique est exposé. Dans le deuxième chapitre, nous présentons le robot LER du laboratoire TIMC puis nous faisons part des expérimentations de ce robot que nous avons eu la chance d'effectuer chez le cadavre et le cochon ainsi que les modifications qui ont été nécessaires. Nous décrivons ensuite les étapes qui séparent le projet de l'application sur l'homme au cours d'essais cliniques qui sont prévus afin de valider la faisabilité de l'utilisation du robot. Dans le dernier chapitre nous décrivons l'avenir proche de la chirurgie robotisée dans le domaine laparoscopique.Robots can help the surgeon in laparoscopic surgery. Our participation in the development of the camera holder robot LER (light endoscope robot) of the laboratory TIMC allowed us to discover the universe of the robotics in laparoscopic surgery. Robots can be a help by improving operating comfort and reducing procedure duration. Moreover they improve the precision of the surgical act, and will certainly in the future allow to increase the indications of the laparoscopic surgery in meticulous acts which were until now recognized as too difficult by this way. The interest of robotic systems is debated because they are cumbersome and expansive. The object of this thesis is to describe the interest of robotics in laparoscopic surgery. We first describe the robotic current systems (camera holders and tele-manipulators). Advantages and disavantages of these systems are discussed and the state of the art in urologic surgery is exposed. In the second chapter, we present the robot LER of the laboratory TIMC and describe the experiments of this robot used on pigs and cadavers. We describe then the stages which separate the project of the application on the man in a clinical trial which is foreseen to confirm the feasibility of the use of the robot. In the last chapter we describe the future in robotic laparoscopic surgery.GRENOBLE1-BU Médecine pharm. (385162101) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocSudocFranceF

Indications et résultats de 73 biopsies percutanées de tumeurs du rein

But : étudier rétrospectivement les indications et les résultats des biopsies percutanées de tumeurs du rein réalisées dans notre service de 1997 à 2003. Matériel et méthodes : les résultats des biopsies, réalisées sous contrôle échographique (n=54) ou tomodensitométrique (n=19) à l'aide d'un pistolet à biopsies de 18 Gauges, ont été comparés au diagnostic final retenu soit après chirurgie soit sur les données du suivi clinique et radiologique. Résultats : nous rapportons 7 grands types d'indications. Le diagnostique biopsique a été correct dans 80,5% des cas avec une sensibilité de 100%, une spécificité de 90%, une valeur prédictive positive de 98% et une valeur prédictive de' 100%. Le taux de complications précoces a été de 5,5% et nous n'avons noté aucune complication tardive. Conclusion : notre étude confirme les bons résultats et la faible morbidité de la biopsie percutanée. Elle nous semble donc avoir sa place dans le bilan thérapeutique de certaines tumeurs rénalesGRENOBLE1-BU Médecine pharm. (385162101) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocSudocFranceF

Evaluation rétrospective des biopsies prostatiques réalisées au CHU de Grenoble et à la Clinique des Bains

Une évaluation rétrospective des résultats des ponctions biopsies prostatiques (PBP) a été réalisée de décembre 2003 à mai 2004 au CHU de Grenoble dans le service d'urologie et de transplantation rénale du Professeur Rambeaud et la Clinique des bains de Grenoble pour les patients de Dr Legeais. Au total, 165 patients ont été biopsiés dans les deux centres. Dans un premier temps, on constate que le taux de dépistage du cancer de la prostate est de 79,22 % au CHU et de 45,65 % à la Clinique. Cette différence plaide en faveur de la nécessité d'un examen prostatique plus systématique à chaque consultation, de diminuer le " seuil " de l'anomalie du toucher rectal sans oublier d'analyser un biais de sélection des patients dans une unité universitaire. Les biopsies réalisées pour des taux de PSA inférieurs à 3 g/l, permettent un diagnostic de cancer non négligeable car orientant vers des thérapeutiques curatives. Il ne semble pas exister de seuil inférieur du PSA pour indiquer la réalisation de biopsies prostatiques, seul l'anomalie du toucher rectal détermine leurs réalisations.GRENOBLE1-BU Médecine pharm. (385162101) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocSudocFranceF