L'actualité du GDR

Dans le cadre du GT1 Robotique et Santé, en association avec le Thème F du GDR STIC-Santé, nous organisons une journée thématique traitant des gestes médico-chirurgicaux guidés par l'image. Cette journée aura lieu le  3 juillet 2014 à Paris.

L'utilisation de l'imagerie médicale pour guider les gestes en chirurgie et en médecine est aujourd'hui complètement généralisée.  Quelle que soit la modalité d'imagerie, l'objectif est de réaliser des gestes très peu invasifs, de précision, limitant par ailleurs le trauma post-opératoire. On peut retrouver ces problématiques notamment en chirurgie guidée par imagerie endoscopique, ou en radiologie interventionnelle. Des pratiques associant chirurgie endoscopique et interventions percutanées sont par ailleurs en train d'émerger, sous la dénomination de chirurgie hybride.  La robotique a de longue date fourni des solutions pour réaliser le guidage des instruments et assister ces procédures. Ce thème peut même être considéré comme central dans les préoccupations de la robotique médicale.

Lieu : salle réunion BARRE ISIR (tour 65-66 - 304 - 3ème étage) de l'UPMC
Date : jeudi 3 juillet 2014




10h Accueil

10h10 Conception et commande d'un robot de comanipulation pour l'assistance à la biopsie de prostate, Cécile Poquet ISIR, UPMC.

Présentation des travaux de la thèse dont l’objectif est le développement d'un dispositif robotique d’assistance à la réalisation de biopsies prostatiques.  Le robot proposé est un comanipulateur qui peut être utilisé selon deux modes : un mode libre permettant à l’urologue de manipuler la sonde sans  influence du robot ; un mode verrouillé qui assure un maintien en position de la sonde échographique à la fois souple et précis. Les performances du dispositif sont validées in vitro et in cadavero et des essais cliniques sont en cours.
Deux fonctions d'assistance exploitant des commandes basées sur l'image échographique sont implémentées : l'augmentation de la raideur apparente de la prostate et le positionnement fin vers une cible définie dans l'image.


10h50 - Méthode pour le guidage 3D d’une aiguille flexible par asservissement visuel. Alexandre Krupa, Inria Rennes – Bretagne Atlantique, IRISA. 

Nous présenterons dans cet exposé une méthode de commande permettant de contrôler le déplacement d’une aiguille flexible actionnée par un robot manipulateur en vue d’assister le geste de biopsie. Cette méthode permet de contrôler la vitesse angulaire selon deux degrés de liberté d’un repère cartésien attaché à l’extrémité d’une aiguille flexible biseautée ainsi que sa vitesse d’insertion. L’approche proposée est basée sur une modification de la technique dite du « duty-cycling » qui consiste à appliquer une courbure désirée à l’aiguille en jouant sur le rapport de temps entre une phase d’insertion avec rotation de l’aiguille le long et autour de son axe principal et une phase de pure translation. A la différence des travaux récents dans le domaine, la stratégie proposée ne nécessite pas une étape coûteuse de planification de trajectoire qui a pour objectif de déterminer un chemin constitué d’arcs 2D dans une succession de plans. Son avantage majeur est de permettre l’application directe d’une commande cinématique au repère du bout de l’aiguille. Les premiers résultats démontrent qu’il est ainsi possible d’atteindre une cible définie dans l’espace 3D en utilisant le formalisme classique de l’asservissement visuel.

11h30 - Optimisation de la qualité de l'imagerie échographique par asservissement visuel. Pierre Chatelain - Université de Rennes I & IRISA & Technische Universität München

Nous présentons une méthode permettant d'optimiser le positionnement d'une sonde échographique robotisée pendant la téléopération afin d'améliorer la qualité de l'image obtenue. Cette méthode est basée sur l'établissement d'une carte de confiance, qui permet de quantifier la qualité du signal échographique en chaque point de l'image. La carte de confiance est utilisée comme une modalité complémentaire pour commander automatiquement un des degrés de liberté du système robotique pendant la téléopération. La sonde robotisée est ainsi capable de se repositionner en temps-réel afin de garantir une qualité suffisante de l'image échographique. Des expériences sur un fantôme abdominal démontrent que cette approche permet de simplifier la téléopération en réduisant le nombre de degrés de liberté à contrôler manuellement.

12h10 Pause déjeuner

14h Imagerie 3D et Robotique en Chirurgie, Philippe Merloz, CHU Grenoble

Les systèmes d’imagerie médicale numérique et les techniques informatiques qui sont actuellement développés pour planifier et réaliser certains actes opératoires en chirurgie orthopédique procurent au chirurgien une panoplie d’outils performants qui sont capables d’améliorer la précision du geste opératoire, sa fiabilité et le résultat clinique, en même temps d’ailleurs que de permettre une réduction du coût des soins et de la durée de l’hospitalisation. Les principaux systèmes de navigation  chirurgicale sont équipés de quatre sous-ensembles :
1° - Un système de recueil et d’enregistrement des informations numériques spécifiques à chaque patient : images préopératoires (radios conventionnelles, TDM, IRM) ; images peropératoires (fluoroscopie, ultrasons) ; positionnement peropératoire d’outils ou de segments osseux à l’aide de localisateurs tridimensionnels.
2° - Un système de recalage permettant de replacer toutes les informations  et images numériques dans le champ opératoire du patient en utilisant la fluoroscopie ; les ultrasons ; des repères anatomiques remarquables ou de surface acquis de façon randomisée et aléatoire.
3° - Un système d’aide à la décision permettant de planifier le geste opératoire à l’aide d’informations multimodales : positionnement interactif d’outils ou de segments osseux dans le champ opératoire ; éléments prévisionnels de navigation (directions, axes, orientations, longueurs d’un instrument…).
4° -  Un système d’aide à la réalisation du geste opératoire, permettant de réaliser la stratégie optimale définie en préopératoire : le système est passif lorsqu’il fournit des informations sur la position des outils chirurgicaux dans le champ opératoire ; il est actif lorsqu’il s’agit d’un robot qui effectue une tache précise, autonome et déterminée à l’avance.
Dans le futur, on peut envisager que les systèmes de navigation  chirurgicale permettront aux chirurgiens d’évaluer la fiabilité et la précision de différentes  techniques opératoires, première étape de l’optimisation des thérapeutiques.



14h40 Assistance to High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) therapy: Real-time motion compensation using ultrafast ultrasound imaging. Laure-Anaïs Chanel (1), Florent Nageotte (1), Jonathan Vappou (1), Jianwen Luo (2) , Loïc Cuvillon (1)

1: ICube, Université de Strasbourg.
2: Department of Biomedical Engineering, School of Medicine, Tsinghua University, Beijing, China

HIFU therapy is a very promising non-invasive and non-ionizing method for ablation of solid tumors. However, intra-abdominal organ motion due to breathing, prevents focused ultrasound beam from targeting correctly the tumor. In order to overcome this problem, we are developing an all-in one robotized HIFU solution for active motion compensation in real-time using ultrafast ultrasound imaging. An ultrasound Position Based Visual Servoing loop working at 20 Hz is used, where the position error is given by the displacement measured by a speckle tracking algorithm. Simulation results as well as those obtained experimentally on tissue-mimicking phantoms show that the visual servoing allows for a significant reduction of the apparent object motion of more than 80 %.


15h20  Pose estimation of flexible instruments for robotic endoscopic surgery. P. Cabras, D. Goyard, F. Nageotte, P. Zanne, C. Doignon, ICUBE, Université de Strasbourg, France

The accurate control of flexible instruments with continuum sections, currently used in flexible endoscopy, is critical for performing surgical tasks in intraluminal procedures. Because of the complex mechanical behaviors of these flexible systems, open-loop control cannot be used for realizing automatic motions. In this work we investigate the 3D location recovery of flexible instrument by means of an embedded endoscopic camera. Two methods for the STRAS / Anubis robotic system are proposed and compared: one relying on the model of the system, the other using learning approaches to get free of uncertainties in the models.

16h Clôture de la journée