Commande robotique basée simulation pour l’assistance à la radiologie interventionnelle

Simulation-based robotic control for interventional radiology assistance

• Auteur / Autrice : Paul Baksic
• Direction : Bernard Bayle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 24/06/2022
• 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-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Cotin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nabil Zemiti, Hadrien Courtecuisse
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Maud Marchal, Alexandre Kruszewski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robotique en médecine

Mots clés libres

Robotique médicale

Simulation inverse

Méthode des éléments finis

Commande partagée

Radiologie interventionnelle

Medical robotics

Inverse simulation

Finite element method

Shared control

Interventional radiology

Résumé

Le traitement percutané par radiologie interventionnelle est indiqué pour les tumeurs hépatiques de tailles inférieures à 3 cm. Cela consiste en l’utilisation d’aiguilles par des radiologues pour atteindre les tissus cancéreux, ce qui requiert une grande maîtrise technique. Or, l’efficacité du geste dépend de la précision de ciblage alors que l’interaction aiguille-tissu induit des déformations non-triviales et que le radiologue ne voit pas ce qu’il fait directement. Cette thèse propose un outil d'assistance robotique aux procédures percutanées centré autour du praticien afin de réduire le niveau technique requis. Une méthode d'insertion automatique calculant une référence robotique permettant de compenser le couplage-aiguille tissu ainsi que les perturbations externes à l'aide d'une simulation inverse par éléments finis exécutée en temps-réel est d'abord proposée. Le partage de la commande associant les décisions du praticien à la commande automatique est ensuite abordé. Ces deux contributions sont évaluées dans le cadre d'expériences dans des tissus simulés dans un premier temps, puis dans un fantôme du foie dans un second temps. Pour cela, un dispositif expérimental est mis en place et évalué.

Interventional radiology is indicated for liver tumors of less than 3 cm in size. It uses needles to reach the cancerous tissue inside of the organ. The technicity of this type of procedure is high as its effectiveness depends on targeting accuracy, while the needle-tissue interaction induces non-trivial deformations, and the radiologist cannot see what he is doing directly. This thesis proposes a tool offering robotic assistance to percutaneous procedures that is centered around the practitioner to reduce the technical level required. An automatic insertion algorithm compensating for external disturbances along with needle-tissue interactions using a real-time inverse finite element simulation is first proposed. The sharing of the control associating the practitioner's decisions with the automatic control is then discussed. These two contributions are evaluated in simulated experiments in a first step and in a liver phantom in a second step. For this, an experimental setup is built and evaluated.