Voici listées les thèses auxquelles j'ai participé, de plus ou moins loin selon les cas.

Benjamin Maurin Conception et réalisation d’un robot d’insertion d’aiguille pour les procédures percutanées sous imageur scanner (mémoire)

Les interventions radiologiques percutanées consistent en l'insertion d'aiguilles dans le corps d'un patient afin d'atteindre des cibles anatomiques particulières telles que des tumeurs.
Ces procédures, nécessitant une grande précision, obligent le radiologue à surveiller l'insertion des aiguilles en utilisant des dispositifs d'imagerie temps-réel tels que les scanners tomographiques à rayons X. Actuellement, ces procédures sont coûteuses en temps, ont une précision de l'ordre du centimètres, et surtout exposent le radiologue à des doses considérables de rayons X. La robotique permet de remplacer le bras du radiologue dans la phase d'insertion d'une aiguille sous contrôle scanner. La robotisation a l'avantage de protéger le praticien, tout en offrant des possibilités supplémentaires de navigation, de guidage, et donc de précision.  Nous avons construit un robot compatible mécaniquement à ce type d'opération. La commande du robot est éffectuée par un PC sous en environnement temps-réel. Le robot utilise des moteurs piézo-électriques, et une planification de trajectoire avec évitemment des auto-collisions. La boucle de retour se fait principalement par le chirurgien, selon une structure 'Maître-esclave'. Pour assurer un positionnement fiable par asservissement en position, nous estimons la position du robot dans le repère de l'image afin d'obtenir des consignes en position et en orientation de l'aiguille. Cette estimation de pose 3D utilise le principe de la stéréotaxie à des marqueurs tridimensionnels.

Financement : Bourse région Alsace
Soutenance : 28 novembre 2005

Laurent Barbé Téléopération avec retour d'efforts pour les interventions percutanées  (mémoire)

La radiologie interventionnelle est une technique chirurgicale minimallement invasive qui permet d'atteindre des organes à traiter avec des aiguilles, guidées à partir d'images scanner. Bien que cette technique offre de nombreux avantages, l'exposition aux rayons X qu'elle occasionne est nocive pour le radiologue.  Pour résoudre ce problème, nous avons développé un système de téléopération avec retour d'efforts. Son cahier des charges a été établi à partir d'expériences in-vivo, qui ont notamment conduit à la modélisation des forces lors d'une insertion. Le système développé répond aux contraintes liées à l'utilisation des rayons X et aux besoins des praticiens. Une étude approfondies a permis de déterminer la commande bilatérale la mieux adaptée à l'application. Pour améliorer la perception des efforts, deux approches ont été étudiées. La première est une synthèse
automatique de la commande en effort côté maître. La seconde vise à accroître la sensation de passage entre les tissus.

Directeur :  Michel de Mathelin
Financement : BDI/région Alsace
Soutenance  : 18 juin 2007

Cyrille Lebossé Stimulation magnétique transcrânienne robotisée guidée par imagerie médicale

Ce projet a pour but de concevoir un système robotique dédié à la Stimulation Magnétique Transcrânienne (SMT) guidée par imagerie. La SMT est une technique non-invasive qui se développe de plus en plus pour le traitement de pathologies importantes comme la dépression nerveuse ou les troubles obsessionnels compulsifs. Ce traitement nécessite le déplacement et l’orientation de manière précise d’une sonde électromagnétique à la surface du crâne, afin de produire l’excitation requise des sillons corticaux cibles. Les régions cibles et la trajectoire que devra suivre la sonde sont déterminées au préalable sur une reconstruction 3D du cerveau à partir d’images IRM. A l’heure actuelle, le déplacement de la sonde est effectué manuellement par le médecin grâce à l’utilisation d’un système de neuro-navigation, ce qui rend très difficile la mise en place d’une évaluation clinique rigoureuse des bienfaits de la SMT. Ce projet vise ainsi à réaliser un système robotique, ainsi que sa commande, capable de remplacer le neurologue durant une séance de SMT, tout en garantissant la sécurité et la précision requises par un traitement médical automatique de ce type.

Financement : Allocation de recherche du ministère
Date de début : octobre 2004, soutenance prévue : mars 2008

Ahmed Ayadi Injection automatique dans le petit animal guidée par vision

Financement : Bourse régionale + IRCAD, actuellement ATER ENSPS
Date de début : septembre 2004, soutenance prévue : juin 2008

Mathieu Joinie-Maurin Téléchirurgie robotisée au contact d'organes mobiles
Dans les procédures médicales et chirurgicales robotisées un des problèmes principaux vient des mouvements physiologiques du patient et de ses organes. En particulier, les mouvements liés à la respiration peuvent avoir une grande amplitude et donc perturber considérablement la réalisation de gestes précis et sûrs. Pour un robot interagissant avec un patient, il est donc naturel d'envisager une compensation de ces mouvements, notamment respiratoires. Dans l'état actuel des connaissances, différentes expériences de compensation active de mouvement ont été proposées et réalisées avec succès. Dans l'équipe AVR, nous avons démontré la faisabilité d'une compensation active des mouvements physiologiques par asservissement visuel, dans le cas des mouvements respiratoires, puis de mouvements cardiaques.

La superposition d'un geste médical exécuté par un robot à cette compensation active a été proposée récemment. Les travaux existant dans le domaine restent pourtant très limités. En particulier l'interaction robot-patient avec prise en compte des efforts demeure un sujet ouvert à ce jour. Différents problèmes se posent dans le cadre d'une telle procédure : i) la mesure d'effort et la séparation des composantes de l'effort liées à la respiration de celles liées à l'interaction outil-organe ; ii) la définition d'une loi de commande au contact combinant les informations obtenues à l'aide d'une caméra avec celles obtenues avec le capteur d'effort ; iii) l'implantation d'une telle loi de commande dans un schéma de téléopération avec retour d'effort. La résolution de ce problème permettrait au praticien d'effectuer un geste chirurgical en percevant les interactions avec les organes, tout en observant sur son écran une scène quasi immobile, et donc dans laquelle il est plus facile d'accomplir les gestes.

Financement : Bourse doctorant CNRS (ex BDI) et région Alsace
Date de début : octobre 2007