Sujets de stages
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Sujet Conception mécanique - échographie active
Titre : [Masque instrumenté pour l'échographie active ]
Mots-clés : conception mécanique, échographie, compensation de mouvement physiologique
Période : 5 mois environ (entre fin février et août 2010)
Financement : indemnité de stage.
Localisation : ENSPS, Illkirch
Détails :
I. Contexte : Ce stage s'inscrit dans le cadre du projet ANR US_COMP. Ce projet vise à robotiser une sonde d'échographie dans le but de compenser les mouvements des organes liés à la respiration. Afin de réaliser un suivi robotisé des organes internes qui soit le plus précis possible, il est envisagé d'avoir recours à la commande prédictive. Celle-ci nécessite un modèle du mouvement des organes. Comme la plupart des examens d'échographie se font sans anesthésie, il est nécessaire pour établir un tel modèle de mesurer précisément tous les paramètres du flux d'air dans les poumons (débit, pression) voire de pouvoir contraintre ce flux par l'utilisation de valves actives.
II. Objectifs du travail : L'objectif de ce stage de master 2 recherche est de concevoir, d'instrumenter et d'interfacer un masque destiné à mesurer le débit et la pression respiratoire ainsi qu'à contrôler le flux d'air circulant dans les poumons grâce à un système de valves commandables.
III. Compétences requises : Niveau Master 2 avec une formation en conception mécanique, mécatronique. Bonne connaissance des outils de conception et simulation assistés par ordinateur. Bonnes bases d'informatique.
Contact : Jacques GANGLOFF, Professeur des Université, ENSPS.
Sujet Conception mécanique - Radiologie interventionnelle
Titre : [Conception d'un dispositif d'assistance à l'insertion d'aiguille sous scanner à rayons X]
Mots-clés : conception mécanique, mécanisme compliant, radiologie interventionnelle.
Période : 5 mois environ (entre fin février et août 2009)
Localisation : IRCAD, 1 place de l'hôpital, Strasbourg
Détails :
I. Contexte : Le travail proposé s’inscrit dans le cadre du développement de nouveaux dispositifs pour la réalisation de procédures percutanées. Cette application médicale consiste à atteindre des organes internes au moyen d'aiguilles chirurgicales insérées sous le contrôle d'un dispositif d'imagerie médicale. Des travaux antérieurs de l'équipe ont conduit à la mise au point d'un dispositif robotique d'assistance à l'insertion d'aiguille sous scanner à rayons X, le robot CT-Bot et le dispositif d'insertion d'aiguille associé monté comme outil sur le robot précédent. L'objectif poursuivi est de proposer une évolution de ce dispositif en utilisant des mécanismes compliants.
II. Objectifs du travail : L'objectif de ce stage de master 2 est de concevoir un nouveau dispositif d'assistance à l'insertion d'aiguille. L'étude comprendra une analyse des solutions existantes dans la littérature, l'analyse en simulation de la solution retenue et la réalisation d'un démonstrateur.
III. Compétences requises : Niveau Master 2 avec une formation en conception mécanique, mécatronique. Bonne connaissance des outils de conception et simulation assistés par ordinateur.
Contact : Olivier Piccin, Maître de Conférences , INSA de Strasbourg
Sujet Robotique
Titre : Commande d'un robot parallèle à câbles
Mots-clés : Robotique, automatique
Période : 4 à 6 mois
Détails :
I. Contexte : L'équipe AVR vient de faire l'acquisition d'un robot à câbles INCA, de la société Haption. Les robots à câbles sont des robots parallèles particuliers où la nacelle est positionnée grâce à des câbles dont la longueur et la tension sont modulées par des enrouleurs. Ces solutions ont l'avantage de présenter un espace de travail utile très grand car les actionneurs peuvent être déportés sur les bords. A ce titre, elles sont des solutions intéressantes pour le déplacement d'effecteurs dans le champ d'un imageur de type scanner ou IRM. Les méthodes de commande habituellement utilisées s'appuient uniquement sur les mesures des codeurs de position des actionneurs. Or ces mesures aboutissent à des dérives dans l'estimation de la position de la nacelle.
II. Objectifs du travail : Le robot INCA a été initialement conçu pour le retour haptique. Pour le moment, aucune commande de position de la nacelle n'est disponible. Le premier travail consiste à réaliser cette commande dans un environnement linux temps-réel. Dans un deuxième temps, une évaluation des performance de ce robot est demandée en terme de dynamique, de rigidité et de précision. La troisième partie du travail consiste à proposer des solutions innovantes pour remédier aux défauts intrinsèques d'une telle structure.
III. Compétences requises : niveau Master 2 avec des compétences générales en robotique, vision, automatique et informatique industrielle. Le candidat sera particulièrement évalué sur son niveau en programmation C.
Contact : Jacques GANGLOFF (jacques.gangloff_at_unistra.fr), Edouard LAROCHE (laroche_at_lsiit.u-strasbg.fr),
Sujet Traitement temps réel d'images médicales / Vision par ordinateur (posté le 08/10/09)
Titre : Détection et localisation d'instruments chirurgicaux dans des images endoscopiques par des algorithmes de condensation. Application à l'assistance à la chirurgie transluminale
Mots-clés : Traitement d'images, temps-réel, Condensation (Conditional density Sampling), filtrage particulaire, contours déformables
Période : 5 à 6 mois entre février et août 2010
Détails :
I. Contexte : Les endoscopes flexibles sont utilisés dans une large variété de gestes médicaux, allant de la gastroscopie à la colonoscopie. Ils ont aussi été utilisés plus récemment dans le développement d'opérations chirurgicales par voie naturelle également appelée chirurgie transluminale. Dans ce type d'opérations, un endoscope flexible est utilisé pour atteindre le péritoine (la cavité abdominale) en passant par un orifice naturel (la bouche par exemple) et une incision dans une paroi interne (l'estomac par exemple). Les instruments chirurgicaux sont amenés sur le site d'opération via des canaux opérateur dans l'endoscope flexible.
Si cette nouvelle technique chirurgicale amène de nombreux avantages pour le patient, parmi lesquels le plus notable est l'absence de cicatrices visibles, la réalisation des opérations est très complexe pour les chirurgiens. Ils doivent manipuler simultanément l'endoscope principal et les instruments chirurgicaux et ceci dans des positions difficiles à évaluer de l'extérieur. Les problèmes de manipulabilité et de coordination visio-motrice impliquent la présence minimale de 2 endoscopistes pour la manipulation du système et rend les opérations très délicates.
Afin d'assister les chirurgiens durant les opérations transluminales, l'équipe AVR du LSIIT a développé un système endoscopique motorisé. Ce système permet de combiner des modes autonomes (notamment la compensation automatique de mouvement physiologique) avec des modes télémanipulés via des interfaces maître. Afin de rendre la commande du système intuitive et permettre l'immersion de l'utilisateur, il est nécessaire de pouvoir contrôler directement les instruments chirurgicaux. Toutefois, leur position est difficile à mesurer à partir des capteurs présents sur le système (codeurs des moteurs). Une des raisons est que la translation des instruments dans les canaux est difficile à maîtriser en raison de frottements importants. De plus les instruments flexibles se déforment sous l'action de la gravité et de l'interaction avec les tissus environnants.
Une solution consisterait à pouvoir directement déterminer la position, l'orientation et éventuellement la déformation des instruments à partir des images endoscopiques fournies par la caméra embarquée sur le système. Une difficulté provient des déplacements de l'environnement dus aux mouvements physiologiques, notamment la respiration. De plus nous souhaitons ne pas utiliser de marquage particulier pour les instruments.
Une première étude a été réalisée dans le cadre d'instruments rectilignes en utilisant des contraintes fortes sur la forme des instruments et des méthodes d'extraction de contours simples. Elle a montré la grande difficulté à extraire les instruments d'images endoscopiques in vivo en raison de la mauvaise qualité de celles-ci. Nous souhaitons donc tester d'autres approches plus évoluées. Comme il existe un a priori sur la position des instruments (obtenu par le modèle géométrique approché du système), des approches probabilistes pourraient convenir.
II. Objectifs du travail : Nous souhaitons donc, dans un premier temps, tester une approche basée sur les algorithmes de condensation proposés par Isard et Blake couplés à l'utilisation de contours déformables. Cette approche pourra d'abord être implémentée à l'aide de Matlab et appliquée à des images de laboratoire puis testée sur des images in vivo. En fonction des résultats obtenus, la méthode pourra être modifiée et complétée (prise en compte d'informations supplémentaires, sur la couleur par exemple) ou directement implémentée en langage C avec un objectif de fonctionnement en temps réel. Des tests sur le système réel pourront également être réalisés.
Travail attendu : Compréhension et implémentation d'un algorithme de filtrage par condensation (Matlab) Implémentation d'un algorithme de suivi par contours déformables (Matlab) et couplage avec l'algorithme de filtrage Tests sur des séquences synthétiques et de laboratoire Implémentation en langage C ou C++ avec contraintes de temps réel Améliorations / Modifications de l'algorithme de base en fonction des premiers résultats obtenus
En cas d'échec du fonctionnement des algorithmes proposés, un marquage des instruments pourra être envisagé pour faciliter les traitements ou les guider.
Le stagiaire sera intégré à l'équipe AVR au niveau de la plateforme de robotique médicale de l'ircad. Il / elle disposera d'une machine de bureau munie de Matlab et d'un environnement de développement en C/C++ sous Linux. Pour les tests, le stagiaire aura accès à une base d'images in vivo et à un système endoscopique pour l'acquisition de séquences de laboratoire.
III. Compétences requises : Niveau Master 2 avec une formation en traitement des images. Connaissances des méthodes de filtrage classiques (filtrage de Kalman) Bases solides en mathématiques et particulièrement connaissance des approches probabilistes (lois Bayesiennes, chaînes de Markov) Connaissance de Matlab Programmation en langage C ou C++ (sous Linux)
Contact :
- Florent Nageotte : Nageotte@eavr.u-strasbg.fr 03 88 11 91 29
Sujet Asservissement visuel (posté le 08/10/09)
Titre' : Asservissements visuels basés sur l'information mutuelle. Application à l'asservissement d'endoscopes médicaux
Mots-clés : Asservissements visuels, entropie, information mutuelle, traitement d'images temps réel
Période : 5 à 6 mois entre février et août 2010
Détails :
I. Contexte : Dans les asservissements visuels 2D (basés image) l'erreur à minimiser est habituellement une distance image entre la position courante de primitives particulières (points, droites, ellipses) et leur position désirée. Il est donc nécessaire, dans une phase de pré-traitement, d'extraire ces primitives des images utilisées pour l'asservissement. Dans le domaine médical où l'environnement ne peut pas être marqué, ces techniques conventionnelles sont difficiles à utiliser. E. Marchand a récemment proposé de réaliser des asservissements visuels basés sur l'entropie. L'erreur est alors exprimée sous la forme d'une distance croisée entre histogrammes appelée entropie ou information mutuelle. Le calcul de cette distance ne nécessite aucun traitement d'image particulier. De plus les modalités d'imagerie entre l'image de référence et l'image courante peuvent être différentes car la minimisation de l'entropie permet également de trouver à la volée les correspondances de couleur.
Cette approche pourrait être particulièrement intéressante pour des applications d'asservissement visuel dans le domaine médical en permettant d'asservir un robot médical à partir d'images peropératoire d'une modalité différente des images préopératoires. Un autre intérêt est la robustesse de cette approche à des modifications d'éclairage et éventuellement à des modifications de la cible anatomique.
II. Objectifs du travail : L'objectif du travail de stage est d'implémenter un algorithme d'asservissement visuel basé sur l'entropie. Cet algorithme sera appliqué à l'asservissement d'un endoscope flexible motorisé développé au LSIIT. Dans un deuxième temps il faudra évaluer le comportement de l'algorithme (zone de convergence, temps de convergence, trajectoires) dans différentes conditions :
sans modification de la cible
avec changements d'éclairage
avec modification de la cible
Enfin, il pourra être intéressant, selon les résultats obtenus de modifier ou de compléter les algorithmes.
Travail attendu : Compréhension et implémentation de l'algorithme d'asservissement (Matlab / C / C++) Tests sur des séquences synthétiques et sur le système robotique Améliorations / Modifications de l'algorithme de base en fonction des premiers résultats obtenus
Le stagiaire sera intégré à l'équipe AVR au niveau de la plateforme de robotique médicale de l'ircad. Il / elle disposera d'une machine de bureau munie de Matlab et d'un environnement de développement en C/C++ sous Linux. Pour les tests, le stagiaire aura accès à une base d'images in vivo et à un système endoscopique pour l'acquisition de séquences de laboratoire.
III. Compétences requises : Niveau Master 2 avec une formation en automatique ou traitement d'images. - connaissance des asservissements visuels - bonnes bases d'automatique - maîtrise des bases du traitement d'image - Maîtrise de Matlab - Programmation en langage C ou C++ (sous Linux)
Contact :
- Florent Nageotte : Nageotte@eavr.u-strasbg.fr 03 88 11 91 29
Sujet : Acquisition vidéo en temps réel pour le suivi visuel stéréoscopique
(Stage de niveau Ingénieur ou de Master M2)
Titre : Acquisition et traitement vidéo en temps réel pour le suivi visuel stéréoscopique.
Keywords : Visual tracking, Real-time Programming (Linux RT), I/O interfaces, Multithreading.
Mots-clés : Suivi visuel, Programmation Temps Réel, Interfaces E/S, Programmation par fils d'exécution multiples.
Durée : 5 ou 6 mois, à partir de mars 2010.
Conditions de candidature : Fournir un CV étendu, indiquant les disciplines qui ont été enseignées et suivies durant le cursus du master (exemple : master informatique, EEA, mécatronique, image, ...).
Cours et compétences informatique (programmation C/C++), vision par ordinateur, traitement du signal/des images.
Le candidat devra en particulier indiquer les compétences acquises en programmation informatique, dans la connaissance et l'utilisation des systèmes d'exploitation temps réel, éventuellement sur la programmation sur micro-contrôleur ou au niveau de l'interface avec le matériel ou encore sur des langages ou des interfaces de programmation graphiques (Qt, Cuda). Il est souhaité également un bon niveau de connaissances en traitement des images, du signal et des mathématiques appliquées.
Détails du sujet
I. Introduction et contexte : Dans le cadre de nos recherches sur les asservissements visuels et les suivis visuels, les cellules expérimentales servant de support aux différents tests nécessitent d'acquérir des flux de données importants, provenant de plusieurs interfaces avec les capteurs. Le contrôle de ces flux est crucial pour la cohérence des traitements effectués par la suite, en particulier le contrôle des accès et la synchronisation des acquisitions. Des outils basés sur la programmation temps réel peuvent être employés à cet effet pour résoudre, suivant certaines contraintes, le contrôle des flux vidéo.
II. Objectifs techniques et moyens : Dans un premier temps, le travail consistera à mettre en place une plate-forme d'acquisition vidéo temps réel (au sens strict) afin de tester et comparer des techniques de tracking visuel standards. Les performances d'un tel système (les limites sans perte de données, l'asynchronisme moyen et max entre les flux,...) seront étudiées et délivrées. Il a déjà été retenu de mettre à disposition du stagiaire un système constitué de deux caméras haute résolution (~1 MPixels) avec interface USB, ainsi qu'un ordinateur multi-coeurs sous Linux Temps Réel (si nécessaire, une partie des traitements pourra être déportée sur GPUs).
III. Objectif scientifique : En second lieu, et parallèlement au développement de la plate-forme, le stagiaire développera le caractère scientifique du sujet en se référant à des publications très récentes sur le suivi visuel et les asservissements visuels prenant en considération les problèmes d'occultation (problématique déjà abordée au laboratoire).
IV. Délivrable : Finalement, le système de vision sera embarqué sur une "tête robotique" pan/tilt et une des techniques d'asservissements visuels sera implémentée et validée.
Par ailleurs, quel que soit le master d'appartenance ou l'école d'ingénieur du candidat, un mémoire de stage, incluant une étude bibliographique, sera rédigé (en français ou en anglais) pour l'Université de Strasbourg.
Salaire : gratification de stage.
Contact : Christophe DOIGNON, Maître de Conférences HdR à l'ENSPS.
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Sujet Asservissement Visuel dans l'Imagerie par Résonnance Magnétique
Titre : Asservissement visuel dans l'IRM
Mots-clés : Vision informatique,
Période : 4 à 6 mois
Détails :
I. Contexte : Le LSIIT s'est doté d'un IRM 1.5T recherche partagé à mi-temps avec le service radiologie de l'hôpital civile de Strasbourg afin de mener une recherche sur l'IRM interventionnelle.
II. Objectifs du travail : Le sujet porte sur le développement de procédures percutanées assistées par ordinateur. La tâche consistera à modéliser et segmenter les images d'aiguilles percutanées, sources d'artefacts spécifiques dans l'image car constituées de matériaux fero-magnétiques. Les informations extraites permettront la réalisation d'un asservissement visuel du plan de coupe de l'imageur afin de réaliser le suivi en temps réel de l'aiguille.
III. Compétences requises : niveau Master 2 avec compétence en programmation C, traitement d'images/signal ou optimisation mathématique
Contact : Michel de Mathelin (demath_at_eavr.u-strasbg.fr), Loïc Cuvillon (loic_at_eavr.u-strasbg.fr)
