Assistance à la manipulation de sonde échographique

Je conduis mon activité de recherche au sein de l’équipe AGATHE (Assistance aux Gestes et Applications THErapeutiques) de l’ISIR (Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique).Dans cette équipe, mon travail porte plus particulièrement sur le couplage entre robotique et l’imagerie échographique pour la chirurgie. Après avoir travaillé sur un dispositif automatique pendant ma thèse (asservissement visuel pour la chirurgie intra-cardiaque) puis sur un dispositif de navigation (thèse de Jacky Nizard sur la reconstruction de la pose de la tête foetale dans le bassin maternel), je m’intéresse à la mise en oeuvre de dispositifs d’assistance aux gestes thérapeutiqueséchoguidés. Il s’agit de définir les fonctions que le système robotique doit réaliser, de concevoir le dispositif (notamment son instrumentation), de le modéliser et de le commander et enfin de le valider expérimentalement in vitro et in vivo.Ce manuscrit en plus de l'introduction et de la conclusion comporte 4 chapitres qui traitent des différents aspects des recherches conduites autour de trois applications : cancer du sein, cancer de la prostate, suivi de la tête foetale pendant le travail. Tout d'abord, la mise en oeuvre des dispositifs échoguidés ne peut se faire sans étalonnage ni recalage entre robot, sonde échographique, patients... C'est l'objet du chapitre 2. Dans le chapitre 3 sont résumées les principales contributions portant sur l'assistance robotique à la manipulation d'une sonde échographique. Plusieurs fonctions d'assistance sont présentées ainsi que les méthodes qu'il a fallu développer pour évaluer leur efficacité. Il s'agit tout d'abord des fonctions élémentaires qui permettent de manipuler librement la sonde ou de la maintenir dans une position désirée, avec précision, mais une raideur limitée. La synthèse et l'évaluation de fonctions de guidage d'un plan échographique vers des cibles anatomiques sont ensuite décrites. Enfin, une méthode d'augmentation de la perception des contacts avec les organes exploitant les images échographiques est proposée.Le chapitre 4 est consacré aux résultats cliniques. Dans une première partie sont présentés des résultats sur l'analyse de gestes, pour l'application de la biopsie de prostate et celle du suivi de la tête f÷tale lors de l'accouchement. Une seconde partie permet de décrire le protocole et les résultats de la validation clinique du robot Apollo.Le chapitre 5 rassemble enfin des résultats particuliers de mes travaux qui fondent mon projet de recherche pour les années futures. Il s'agit de l'étude de fonctions d'assistance partielle. L'idée est d'exploiter les capacités de l'opérateur à intégrer une aide partielle, en ce sens qu'elle n'est pas entièrement actionnée, pour limiter la complexité du dispositif robotique. Ainsi, le robot n'applique plus un guide strict et complet, mais des indications qui peuvent être utiles au sujet manipulant pour mieux contrôler son geste, ou percevoir des guides virtuels. Une première expérience, avec une approche naïve consistant à désactiver certains degrés de liberté, fait apparaître l'intérêt de cette approche, tout en soulignant qu'il est important de prendre en compte la façon dont l'utilisateur gère les contacts entre l'instrument comanipulé et le patient. Deux autres exemples sont alors proposés avec des robots à trois degrés de liberté actifs guidant des gestes au contact : le guidage partiel vers une cible anatomique recalée pour l'examen échographique du sein, et l'émulation proximale de forces distales lorsque l'instrument passe par un orifice (le contrôle des forces sur l'orifice étant ici assuré par l'utilisateur)