Institut des Systèmes Intelligents
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Titre :  Robotisation de la réalisation de mosaïques d'images endomicroscopiques .

La soutenance aura lieu le Jeudi 20 Juin 2013 à 14h  :

    Salle 304, Tour 65-66 3e étage, accès par la tour 65
    UPMC, 4 place Jussieu, 75005 Paris.
    

Le jury :

Rapporteurs :

    Philippe Cinquin   PU-PH, TIMC-IMAG, Grenoble
    Jacques Gangloff   Professeur, ICube, Strasbourg

Examinateurs :

    Joris De Schutter  Professeur, KU Leuven
    Vincent Hayward    Professeur, ISIR, Paris

Directeur de thèse/Encadrant :

    Guillaume Morel    Professeur, ISIR, Paris
    Jérôme Szewczyk    Professeur, ISIR, Paris

 

Resumé :

L'endomicroscopie confocale laser fibrée (pCLE, pour probe-based Confocal Laser Endomicroscopy) est une modalité d'imagerie qui permet d'obtenir des images d'un tissu en temps-réel, avec une résolution
micrométrique, lorsque l'on place la sonde d'imagerie au contact de celui-ci. En chirurgie digestive, cette technologie peut être utilisée pour remplacer les biopsies extemporanées par des biopsies optiques, sans
prélèvement de tissu. Ceci permet de réduire le temps opératoire et l'invasivité de l'opération.
Afin de rendre un diagnostic clinique sur l'état cancéreux d'un tissu les cliniciens analysent non seulement les cellules, mais également leur organisation relative. Cependant, pour des raisons techniques, il n'est pas
possible d'avoir une sonde petite, donnant des images grand champ avec une résolution de l'ordre du micromètre. Ainsi, les images obtenues en pCLE sont la plupart du temps trop petites pour que les cliniciens
puissent poser un diagnostic. Une solution possible à ce problème est de déplacer la sonde sur la surface du tissu afin de collecter une suite d'images que l'on recale afin grâce à un algorithme de mosaicing afin de
reconstruire une image grand champ.

Les études précédentes ont essentiellement porté sur l'algorithme de mosaicing, et peu d'intérêt a été porté jusqu'à présent au mouvement de balayage de la sonde sur le tissu.
Le contrôle de ce mouvement est cependant crucial pour réaliser une bonne mosaïque, surtout en présence de mouvements physiologiques et de déformations des tissus sous l'action de la sonde.
Ce travail de thèse porte sur la conception et le développement d'instruments minimalement invasifs robotisés permettant de réaliser des biopsies optiques dans la cavité abdominale.
Premièrement, une méthode permettant d'estimer la vitesse dans les images endomicroscopiques est décrite et évaluée. Cette méthode est alors utilisée pour mettre en évidence et modéliser les déformations
des tissus mous lorsque la sonde est en mouvement à leur contact. Un modèle phénoménologique simple utilisant un seul paramètre est proposé, ainsi qu'une procédure de calibration en ligne. Deux stratégies sont proposées afin de compenser les déformations, l'une utilisant une trajectoire ligne par ligne modifiée et l'autre utilisant un balayage en spirale qui permet de minimiser l'influence des déformations du tissu.
Par ailleurs, un algorithme de commande par asservissement visuel est également proposé. Celui-ci est fondé sur l'estimation de vitesse présentée précédemment, et permet de contrôler précisément la position de
la sonde tout en rejetant les déformations du tissus considérées comme une perturbation. Une variante de cet algorithme est également proposée pour contrôler la vitesse d'avance le long d'un balayage contraint à
une trajectoire en spirale. On montre, lors d'expériences ex vivo réalisées avec un robot industriel de précision, que les boucles de commande proposées permettent de réaliser des mosaïques significativement
plus grandes que celles que l'on peut trouver dans la littérature.
Enfin, les méthodes développées sont appliquées à des instruments minimalement invasifs. On propose ici une structure d'instrument qui combine des mouvements macroscopiques pour la navigation dans la cavité
abdominale, un système passif de compensation des mouvements physiologiques, et un actionnement à l'échelle microscopique pour le balayage de la sonde. Deux systèmes de micro-actionnement sont proposés.
Le premier utilise un actionnement hydraulique grâce à des micro-ballons et permet de réaliser des trajectoires arbitraires à la surface du tissu, tandis que le second a comme seul degré de liberté une rotation
proximale qui est transformée en un mouvement de spirale grâce à un mécanisme distal. Des essais ex vivo et in vivo ont été menés avec succès afin de tester la précision et la robustesse des systèmes et algorithmes
de commande proposés.