DOCUMENTS

Documents publiés

Journée non thématique GT1

Bonjour à tous,

le groupe de travail Robotique et Santé (GT1) propose une journée non thématique le mercredi 30 mai. La réunion aura lieu à partir de 10h, à salle réunion BARRE ISIR (tour 65-66 - 304 - 3ème étage) de l'UPMC. Nous vous espérons nombreux.


Ci dessous le programme temporaire, qui sera mis à jour en ligne sur le site du GDR.

10h Ouverture de la journée.



10h Lennart Rubbert (LSIIT, Strasbourg)
Conception de mécanismes compliants pour la robotique chirurgicale


En chirurgie à cœur battant, la zone d’intérêt du cœur est habituellement immobilisée mécaniquement au moyen d’un stabilisateur cardiaque passif. Celui-ci est principalement composé d’une tige et de deux doigts en contact avec le cœur. L’action du cœur sur les doigts du stabilisateur génère des mouvements résiduels perceptibles par le chirurgien. Afin d’envisager des chirurgies cardiaques minimalement invasives, la stabilisation cardiaque active a été proposée pour compenser le manque de rigidité des stabilisateurs cardiaques passifs. Elle consiste à monter en amont du stabilisateur passif un dispositif de compensation actif à base de mécanismes compliants et d’actionneurs piézoélectriques. Bien que l’intérêt de la stabilisation cardiaque active ait pu être démontré in vivo sur animal, le dispositif de compensation reste trop volumineux pour une intégration dans une salle d’opération.
À partir de ce cas d’application où nous cherchons à réduire la taille dispositif de compensation, nous nous intéressons, dans cette thèse, aux problématiques de conception de mécanismes compliants à fortes contraintes d’intégration. En effet, dans un premier axe d’étude, nous étudions la possibilité d’intégrer le dispositif de compensation directement dans la tige du stabilisateur cardiaque passif. Dans le deuxième et troisième axe d’étude, nous étudions la possibilité de réduire la taille du dispositif de compensation en amont, en explorant les possibilités de réaliser des mécanismes dans un plan.
Afin d’optimiser les différents mécanismes très contraints par les volumes imposés (tige et plaques), nous avons proposé, dans le premier axe d’étude, une méthode originale d’optimisation à base d’un algorithme de colonie de fourmis.
Dans le deuxième axe, nous avons proposé un nouveau dispositif de compensation basé sur l’empilage de plusieurs mécanismes compliants conçus dans des plans.
Enfin dans le troisième axe d’étude, nous avons proposé une méthode originale de conception de mécanismes compliants plans à partir de l‘analyse des singularités de mécanismes à architectures parallèles en configuration plane.

10h45  Cécile Poquet-Torterotot (ISIR, Paris).
Comanipulation d'une sonde échographique pour l'assistance aux biopsies de la prostate.
  

Le cancer prostatique est le cancer le plus fréquent chez l'homme. Afin d'établir le diagnostic, des ponctions sont faites dans la prostate à l'aide d'une sonde échographique endorectale munie d'un guide aiguille. Or ce geste de biopsie prostatique s'avère extrêmement complexe : le patient n'est pas endormi et peut donc bouger au cours de l'examen, les mouvements physiologiques font également bouger la prostate, la prostate est une glande déformable et la position du chirurgien lors de l'examen n'est pas confortable. En plus de tout cela, le chirurgien n'a pour ainsi dire pas de perception tactile de la prostate (les efforts du rectum le long de la sonde échographique étant très importants) et ne dispose ainsi que de l'image échographique bidimensionnelle pour repérer la position de l'aiguille à biopsie dans la prostate.

Une étude du geste clinique, menée sur 78 patients de l'APHP-Pitié Salpêtrière, a permis de mettre en évidence les difficultés rencontrées par les praticiens et l'influence de ces dernières sur la détection de cellules cancéreuses. Il est alors apparu qu'un système de comanipulation de la sonde basé sur l'image échographique pourrait améliorer le processus de biopsies grâce à différentes fonctions : maintien en position de la sonde, recalage permettant une navigation temps réel, guidage vers un lieu de ponction et surtout augmentation des sensations tactiles du chirurgien.

Un démonstrateur à un degré de liberté a été développé. Celui-ci a permis de montrer la faisabilité d'une augmentation de la raideur apparente d'un organe pour un utilisateur en utilisant uniquement l'image échographique (aucun capteur d'effort).

Un robot à 6 degrés de liberté a ensuite été développé. Afin de permettre une augmentation des sensations du chirurgien tout en prenant en compte le rectum, qui constitue une contrainte géométrique mal connue (position, raideur, taille, précision nécessaire), le robot n'a été doté que de 3ddl actifs. La gestion de la contrainte est ainsi laissée au chirurgien, cette gestion étant rendue possible par l'utilisation d'une commande compatible avec la contrainte.


11h30 Baptiste Véron (Femto, Besançon) Manipulation magnétique pour l'endoscopie digestive.


Bien que sûres et précises, les techniques traditionnelles d'endoscopie digestive (coloscopie, gastro-entéroscopie) sont souvent mal supportées par le patient et ne permettent pas une observation complète de l'intestin grêle. Au début des années 2000, sont apparues les capsules endoscopiques. Ces "gélules", munies d'une caméra, parcourant l'ensemble des voie digestives ont permis une nette amélioration des examens d'endoscopie mais présentent encore certains défauts, notamment en ce qui concerne leur localisation et le contrôle de leur mouvements.
Dans le but d'augmenter la précision de cet examen, nous souhaitons utiliser les possibilités des techniques robotiques pour permettre un contrôle actif de la position de la capsule. Pour cela nous utilisons plusieurs bobines mobiles qui génèrent un actionnement magnétique à distance de la capsule. Un modèle théorique a été développé et testé en simulation. Nous souhaitons maintenant appliquer ce modèle à un premier prototype qui est en cours de réalisation.

12h20 - 14h Pause repas

14h15  Florent Lalys (Equipe Medicis Unité INSERM U1099 LTSI, Université de Rennes I)
Automatic recognition of low-level and high-level surgical tasks in the Operating Room from video images


The need for a better integration of new Computer-Assisted-Surgical systems in the Operating Room (OR) has been recently emphasized. One necessity to achieve this objective is to retrieve data from the OR with different sensors, then to derive models from these data for creating Surgical Process Models (SPMs). Recently, the use of videos from cameras in the OR has demonstrated its efficiency for advancing the creation of situation-aware CAS systems. The purpose of this thesis was to present a new method for the automatic detection of high-level (i.e. surgical phases) and low-level surgical tasks (i.e. surgical activities) from microscope video images only. The first step consisted in the detection of high-level surgical tasks. The idea was to combine state-of-the-art computer vision techniques with time series analysis. Image-based classifiers were implemented for extracting visual cues, therefore characterizing each frame of the video, and time-series algorithms were then applied to model time-varying data. The second step consisted in the detection of low-level surgical tasks. Information concerning surgical tools and anatomical structures were detected through an image-based approach and combined with the information of the current phase within a knowledge-based recognition system. Validated on neurosurgical and eye procedures, we obtained recognition rates of around 94% for the recognition of high-level tasks and 64% for low-level tasks. These recognition frameworks might be helpful for automatic post-operative report generation, learning/teaching purposes, and for future context-aware surgical systems.

15h  Benoît Rosa : apport de la robotique en endomicroscopie confocale (ISIR, Paris).

L'endomicroscopie confocale est une modalité d'imagerie récente qui permet d'acquérir des images de résolution microscopique des tissus in vivo et in situ. De nombreuses études ont montré l'intérêt de ce type d'imagerie pour prendre des biopsies sans prélever de tissu, ce qui permet de diminuer l'invasivité et le temps de cette procédure. Cependant, le champ de vision des images ainsi obtenues est réduit et ne permet pas toujours de diagnostic conclusif. Pour augmenter la taille des images, des algorithmes de mosaicing ont été développés pour reconstituer, à partir d'une suite d'images, une mosaïque grand champ. L'acquisition des mosaïques d'images nécessite un mouvement lent et régulier de la sonde à l'échelle micrométrique, dans un environnement soumis à des mouvements physiologiques.

Nous nous intéressons ici au problème du contrôle des mouvements de la sonde d'endomicroscopie dans la cavité abdominale. Il est nécessaire d'une part de pouvoir se stabiliser sur la zone d'intérêt et d'autre part de produire un mouvement. Deux prototypes d'instruments laparoscopiques ont été conçus et testés dans ce but. Par ailleurs, le contrôle des mouvements de la sonde au contact du tissu est abordé de deux points de vue. D'une part, par une modélisation des interactions sonde-tissu au niveau micrométrique, et d'autre part par l'élaboration d'un algorithme de commande des mouvements de la sonde par asservissement visuel, en utilisant directement l'image endomicroscopique.


16h Cloture de la journée.



Bernard Bayle, Philippe Poignet, Tanneguy Redarce