Assistance à la manipulation de sonde échographique

Je conduis mon activite de recherche au sein de l’equipe AGATHE (Assistance aux Gestes et Applications THErapeutiques) de l’ISIR (Institut des Systemes Intelligents et de Robotique). Dans cette equipe, mon travail porte plus particulierement sur le couplage entre robotique et l’imagerie echographique pour la chirurgie. Apres avoir travaille sur un dispositif automatique pendant ma these (asservissement visuel pour la chirurgie intra-cardiaque) puis sur un dispositif de navigation (these de Jacky Nizard sur la reconstruction de la pose de la tete foetale dans le bassin maternel), je m’interesse a la mise en oeuvre de dispositifs d’assistance aux gestes therapeutiquesechoguides. Il s’agit de definir les fonctions que le systeme robotique doit realiser, de concevoir le dispositif (notamment son instrumentation), de le modeliser et de le commander et enfin de le valider experimentalement in vitro et in vivo. Ce manuscrit en plus de l'introduction et de la conclusion comporte 4 chapitres qui traitent des differents aspects des recherches conduites autour de trois applications : cancer du sein, cancer de la prostate, suivi de la tete foetale pendant le travail. Tout d'abord, la mise en oeuvre des dispositifs echoguides ne peut se faire sans etalonnage ni recalage entre robot, sonde echographique, patients... C'est l'objet du chapitre 2. Dans le chapitre 3 sont resumees les principales contributions portant sur l'assistance robotique a la manipulation d'une sonde echographique. Plusieurs fonctions d'assistance sont presentees ainsi que les methodes qu'il a fallu developper pour evaluer leur efficacite. Il s'agit tout d'abord des fonctions elementaires qui permettent de manipuler librement la sonde ou de la maintenir dans une position desiree, avec precision, mais une raideur limitee. La synthese et l'evaluation de fonctions de guidage d'un plan echographique vers des cibles anatomiques sont ensuite decrites. Enfin, une methode d'augmentation de la perception des contacts avec les organes exploitant les images echographiques est proposee. Le chapitre 4 est consacre aux resultats cliniques. Dans une premiere partie sont presentes des resultats sur l'analyse de gestes, pour l'application de la biopsie de prostate et celle du suivi de la tete f÷tale lors de l'accouchement. Une seconde partie permet de decrire le protocole et les resultats de la validation clinique du robot Apollo. Le chapitre 5 rassemble enfin des resultats particuliers de mes travaux qui fondent mon projet de recherche pour les annees futures. Il s'agit de l'etude de fonctions d'assistance partielle. L'idee est d'exploiter les capacites de l'operateur a integrer une aide partielle, en ce sens qu'elle n'est pas entierement actionnee, pour limiter la complexite du dispositif robotique. Ainsi, le robot n'applique plus un guide strict et complet, mais des indications qui peuvent etre utiles au sujet manipulant pour mieux controler son geste, ou percevoir des guides virtuels. Une premiere experience, avec une approche naive consistant a desactiver certains degres de liberte, fait apparaitre l'interet de cette approche, tout en soulignant qu'il est important de prendre en compte la facon dont l'utilisateur gere les contacts entre l'instrument comanipule et le patient. Deux autres exemples sont alors proposes avec des robots a trois degres de liberte actifs guidant des gestes au contact : le guidage partiel vers une cible anatomique recalee pour l'examen echographique du sein, et l'emulation proximale de forces distales lorsque l'instrument passe par un orifice (le controle des forces sur l'orifice etant ici assure par l'utilisateur).