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Two PhD Positions in Computer Vision / Artificial Intelligence within project CAMMA

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Systèmes microrobotiques pour le diagnostic et les thérapies gastro-intestinales

Directeurs de thèse : Pierre Renaud, Yassine Haddab (LIRMM, Montpellier)
Co-encadrant : Lennart Rubbert

  • Descriptif

Depuis l’apparition des premières capsules endoscopiques d’observation du tube digestif, de nombreux travaux exploratoires ont été menés dans le but d’accroître les performances de ces dispositifs en leur conférant de nouvelles possibilités [1]. Initialement sous forme de simples capsules inertes, ces systèmes se sont transformés peu à peu en de véritables microrobots dotés de propriétés de locomotion et d’intervention in situ (délivrance de médicaments, réalisation de biopsies, prélèvement de substances, etc.). Les prototypes réalisés restent cependant à l’heure actuelle conçus par miniaturisation de concepts mécaniques pensés pour la robotique de taille conventionnelle, ce qui conduit à de grandes difficultés d’exploitation clinique. Le développement récent des procédés d’impression 3D utilisant des matériaux biocompatibles, les progrès réalisés dans le domaine de la microrobotique et de la conception de micromécanismes à guidages flexibles permettent d’envisager le développement d’approches nouvelles pour la conception de microrobots transitant par le tube digestif ou y séjournant avec, comme objectif majeur, une application clinique à large échelle et à faible coût.

Pour y parvenir, le LIRMM (Laboratoire d'Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier) et ICube (Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie) s’associent pour le travail proposé de thèse. Les deux laboratoires sont reconnus dans le domaine de la robotique médicale et la conception de robots, et proposent ce sujet de thèse dans le cadre du LABEX CAMI (Computer Assisted Medical Interventions). L’objectif est de développer une nouvelle génération de microrobots exploitant les possibilités de la fabrication additive biocompatible (impression 3D) pour concevoir et réaliser des microrobots à base de guidages flexibles pour des applications en diagnostic et thérapies gastro-intestinales conçues en partenariat avec le laboratoire TIMC-IMAG, Techniques de l’Ingénierie Médicale et de la Complexité – Informatique, Mathématiques et Applications de Grenoble.

  • Mots clés

Robotique médicale, conception mécatronique, mécanismes compliants, micro-robotique

  • Descriptif détaillé

L'offre détaillée est disponible au format pdf ici.

  • Financement

Cette thèse sera financée par le Labex CAMI.

  • Candidater

Le démarrage est prévu pour octobre 2016. Nous recherchons des candidats qui seront titulaire d'un master (ou équivalent) en octobre 2016 en mécatronique, génie mécanique.

Pour candidater, envoyez un email accompagné d'un CV, d'une lettre de motivation et des notes de master à Lennart Rubbert et Pierre Renaud : lennart.rubbert@insa-strasbourg.fr , pierre.renaud@unistra.fr


Suivi des ablations thermiques par IRM temps réel en radiologie interventionnelle

Directeur de thèse : Afshin Gangi, Professeur de Radiologie, directeur du service de radiologie interventionnelle, Hôpitaux Universitaires de Strasbourg
Co-directeur de thèse : Jonathan Vappou, Chargé de Recherche CNRS, Laboratoire ICube
Co-encadrante de thèse : Elodie Breton, Ingénieur de Recherche CNRS, Laboratoire ICube

Les approches chirurgicales minimalement invasives et non-invasives connaissent un succès grandissant depuis plusieurs années grâce aux améliorations significatives apportées en termes de confort du patient, de morbidité, et de temps d’hospitalisation. Le service de radiologie interventionnelle des Hôpitaux Universitaires de Strasbourg est un centre d’excellence dans le domaine des interventions guidées par imagerie par Résonance Magnétique (IRM). Le contexte général de ce projet est l’assistance aux ablations thermiques par ultrasons focalisés de Haute-Intensité (HIFU), méthode non-invasive et non-ionisante pour le traitement des tissus cancéreux. Lors d’un traitement par HIFU, un faisceau ultrasonore est focalisé sur la zone à traiter. L’absorption de l’énergie acoustique par le tissu engendre une élévation de température très localisée permettant la nécrose du tissu tumoral. L’une des problématiques majeures de cette méthode est le monitoring de la thérapie, i.e., l’évaluation en temps réel de son efficacité. Le praticien doit en effet s’assurer que l’intégralité du tissu tumoral a été traitée et que les dommages aux tissus environnants sains sont limités. L’objectif de cette thèse de doctorat est le développement et l’utilisation de nouvelles méthodes de monitoring de la thérapie par HIFU, basées sur l’Elastographie par Résonance Magnétique (ERM) en combinaison avec la thermométrie par IRM. L’ERM permet d’obtenir un contraste biomécanique dans les tissus mous en cartographiant leurs propriétés mécaniques. L’objectif de ce travail de thèse est de développer une méthode d’ERM dite « interventionnelle », dans la continuité des activités menées en ce sens par l’équipe Automatique, Vision et Robotique (AVR) du laboratoire ICube et le service de radiologie interventionnelle depuis 2013 [1]. Les différences avec l’ERM conventionnelle concernent notamment l’utilisation de systèmes d’excitation avancés, ainsi que de séquences IRM et d’algorithmes de reconstruction ultra-rapides qui permettent d’obtenir les propriétés mécaniques en temps réel. Cette thèse au caractère fortement interdisciplinaire mettra en jeu les disciplines / domaines / compétences suivantes :

  • Radiologie interventionnelle (aspects cliniques)
  • Imagerie médicale, IRM en particulier : aspects techniques et scientifiques (séquences IRM). Il est attendu que le (la) candidat(e) programme des séquences d’IRM
  • Acoustique, thérapie par ultrasons focalisés (HIFU)
  • Biomécanique, propagation d'ondes, problèmes inverses

Environnement
La thèse sera effectuée majoritairement au sein de l’équipe AVR du laboratoire ICube. Cette équipe de recherche, hébergée à l’IRCAD, compte une dizaine de chercheurs permanents et une dizaine de doctorants. Les domaines de recherche couvrent un large spectre entre imagerie et robotique médicales. L’environnement IRM pour ce projet est exceptionnel, avec notamment l’accès à deux systèmes d’IRM identiques (un à l’IHU, un au NHC) selon l’utilisation (préclinique / clinique), et une collaboration directe sur ce projet avec Siemens Healthcare.

Candidatures
Adresser un CV, un relevé de notes (M1/M2), et une lettre de motivation à :
Jonathan Vappou : jvappou@unistra.fr
[1] N. Corbin et al., Interventional MR Elastography for MRI-guided percutaneous procedures, Magnetic Resonance in Medicine, 2016, DOI: 10.1002/mrm.25694


Commande basée images d’endoscopes flexibles robotisés pour le positionnement d’instruments de diagnostic ou de thérapie

  • Descriptif

En endoscopie flexible, le positionnement et la réalisation de trajectoires précises est particulièrement difficile, en raison de la longueur des endoscopes et des mouvements physiologiques. Les systèmes robotiques télémanipulés permettent d’améliorer le confort des médecins mais facilitent peu la réalisation de ce type de tâches.

L’approche qu’on souhaite explorer dans ce travail de thèse est l’automatisation totale ou partielle des tâches de positionnement en se basant sur l’utilisation d’images médicales per-opératoires. Des travaux passés, réalisés au laboratoire ICube, ont montré que l’utilisation des images endoscopiques permet de réaliser le suivi automatique de cibles anatomiques dans le cas des mouvements de respiration. L’objectif sera ici d’étendre ces solutions au positionnement d’instruments par rapport à des tissus dans le cas de mouvements plus généraux.

Pour cela on se basera sur les images endoscopiques, les images en provenance d’autres imageurs embarqués dans les endoscopes et les données moteur. On pourra avoir recours à l’utilisation de techniques d’apprentissage (intelligence artificielle) afin d’apprendre le comportement du système mécanique endoscopique ainsi qu’à la prédiction des mouvements par l’utilisation conjointe de la vision endoscopique et d’autres modalités.

Les applications possibles sont nombreuses. On peut notamment citer :

    • la réalisation de biopsies optiques par OCT (Optical Coherence Tomography),
    • la découpe de tissus par laser,

qui pourront toutes deux être testées sur la plateforme I2RM du laboratoire ICube.

  • Mots clés

Robotique médicale, endoscopie flexible, commande par vision, comanipulation

  • Descriptif détaillé

L'offre détaillée est disponible au format pdf ici.

  • Financement

Cette thèse sera financée par le Labex CAMI et par la région Grand Est.

  • Candidater

Le démarrage est prévu pour octobre 2016. Nous recherchons des candidats qui seront titulaire d'un master (ou équivalent) en octobre 2016 en robotique ou dans un domaine connexe (mécatronique, vision par ordinateur, intelligence artificielle, automatique).

Pour candidater, envoyez un email accompagné d'un CV, d'une lettre de motivation et des notes de master à Florent Nageotte : Nageotte@unistra.fr