Conception de robots médicaux par fabrication additive : évaluation et application à la radiologie interventionnelle

Design of medical robots with additive manufacturing : evaluation and application to interventional radiology

• Auteur / Autrice : Antoine Pfeil
• Direction : Pierre Renaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 29/06/2020
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....) - Laboratoire des sciences de l'ingénieur- de l'informatique et de l'imagerie / ICUBE
• Jury : Président / Présidente : Jocelyne Troccaz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Renaud, Jocelyne Troccaz, Gérard Poisson, Marie-Aude Vitrani, Laurent Barbé, François Geiskopf
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gérard Poisson, Marie-Aude Vitrani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie médicale

Radiologie interventionnelle

Prototypage rapide

Robotique en médecine

Mots clés libres

Robotique médicale

Fabrication additive

Actionnement hydraulique

Evaluation de dispositif sous imageur

Medical robotics

Additive manufacturing

Hydraulic actuation

Image-guided device assessment

Résumé

Les procédures de biopsies pratiquées en radiologie interventionnelle sont réalisées au moyen d'insertions d'aiguilles, guidées par des imageurs médicaux. Ces procédures, minimalement invasives, sont d'intérêt pour un traitement patient-spécifique du cancer, mais restent difficile à effectuer de façon manuelle. Nous proposons dans ces travaux de concevoir un dispositif d'assistance, avec pour objectif de favoriser l'acceptation par le corps médical. Au moyen d'analyses expérimentales et d'une étude détaillée des procédures de biopsies, nous montrons qu'un même jeu de fonctionnalités permet d'obtenir une procédure robotique proche de la procédure manuelle et exploitable sous trois imageurs différents. Les solutions d'actionnement pour réaliser le dispositif étant limitées en raison des contraintes liées aux technologies d'imagerie, nous concevons des actionneurs hydrauliques, en exploitant la fabrication additive multi-matériaux pour maximiser la compacité. Nous proposons finalement une nouvelle architecture répondant au besoin énoncé.

Biopsy procedures as performed in interventional radiology are realized through needle insertions, guided by medical imaging modalities. These minimally invasive procedures are of paramount importance for a patient-specific cancer treatment, but remain difficult to perform manually. In this work, we propose to design a new assistance device, with the goal to favor its acceptance by the medical team. Using experimental analyses and a detailed study of image-guided biopsy procedures, we show that a single set of functionalities can be used in a robotized procedure, which is close to the manual one and exploitable under three imaging modalities. Existing actuation solutions to realize the device have limitations due to constraints related to the imaging technologies. We therefore conceive new hydraulic actuators, taking advantage of multi-material additive manufacturing, to maximize compactness. We finally propose a new architecture fulfilling the outlined need.