Thèses et stages en cours

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Thèses

Rafael Aleluia Porto

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

Problématique

L'objectif de cette thèse est de proposer des solutions robotiques pour le positionnement précis des instruments en endoscopie flexible. Plusieurs aspects peuvent être envisagés:

  • Le développement des boucles de commande en utilisant des images endoscopiques ou d'autres capteurs embarqués. Les mouvements physiologiques et le comportement des endoscopes flexibles devront être pris en compte: des méthodes d'intelligence artificielle telles que des approches d'apprentissage pourraient être utilisées pour obtenir des modèles in situ;
  • La coopération entre l'utilisateur et la partie autonome du système robotique en modes comanipulés ou télémanipulés. Dans ce cadre, on peut s'intéresser à l'analyse des effets des mouvements fournis par l'utilisateur sur le système et au type d'information qui peut être fournie à l'utilisateur pour l'aider à contrôler les degrés de liberté qu'il doit gérer;
  • Le développement des solutions mécatroniques permettant de faciliter la mise en œuvre de différentes solutions de commande.

Quentin Boehler

Conception de systèmes porte-outils robotisés pour la chirurgie dans l'IRM

Problématique

Le travail de thèse proposé vise à développer des systèmes robotisés pour la manipulation d'outils chirurgicaux dans l'IRM. Ce travail se concentre sur l'emploi de tenségrités, des

structures particulières qui commencent simplement aujourd'hui à être considérées en robotique en actionnant une structure habituellement statique. Il s'agit dans un premier temps de

proposer une démarche de conception et de choix d'architecture de ces mécanismes composés de poutres en compression et de câbles en tension. Dans un deuxième temps, la travail s'intéresse

à la recherche de solutions d'actionnement de ces systèmes. Enfin, il s'agit de proposer des techniques de commande pour ces systèmes spécifiques.


Arnaud Bruyas

Structures actives pour de nouvelles architectures en robotique compatible IRM

Problématique

Le projet constitue un travail exploratoire sur la conception et la modélisation de structures actives intégrées à des systèmes robotiques, en vue de proposer de nouveaux dispositifs à la fois polyvalents en terme d’interactions avec le praticien et compatibles avec des interventions sous IRM. Il s’agit de proposer des assistants robotiques pouvant être utilisés aussi bien en comanipulation, téléopération ou de manière autonome grâce au contrôle de la compliance de leur structure.

Paolo Cabras

Développement de solutions de mesure pour la commande de systèmes médicaux flexibles

Problématique

Les systèmes flexibles sont très présents dans le domaine médical car ils permettent d'atteindre des zones d'intérêt distantes en empruntant des voies naturelles exigües (oesophage, colon, urètre, veines, etc.). Pour tous ces systèmes la manipulation de l'extrémité distale intra-corporelle depuis l'entrée proximale côté utilisateur est une tâche délicate. Dans ce contexte la motorisation et la robotisation des systèmes flexibles apparaît comme une solution intéressante aux problèmes de manipulation. Toutefois, en pratique, la commande de ces systèmes flexibles motorisés s'avère difficile. Du fait de la transmission des mouvements dans des corps flexibles souvent contraints ces systèmes ont un comportement complexe avec des non-linéarités fortes, variables et dépendant de nombreux paramètres. Pour obtenir une bonne précision de positionnement dans l'espace opérationnel l'utilisation d'un système de mesure additionnel semble nécessaire. La majorité des travaux réalisés jusqu'à ce jour utilisent des capteurs de position de type électromagnétique. Ces capteurs permettent de valider des schémas de commande dans le cadre du laboratoire avec une mise en place rapide mais ils ne sont pas directement adaptables à un environnement in vivo.

Dans le cadre de ce travail de thèse, nous souhaitons explorer les possibilités offertes par l'utilisation de la vision embarquée pour commander les systèmes flexibles « robotisés » ainsi que leur instrumentation. Trois types de problèmes seront étudiés :

  • positionnement du système flexible portant la caméra par rapport à l'environnement,
  • positionnement d'instruments simples (non articulés) passant dans un canal du système par rapport au système flexible et à l'environnement,
  • positionnement d'instruments flexibles (articulés) par rapport au système flexible et à l'environnement.

Deux cadres d'application sont envisagés : la chirurgie endoluminale et l'urétéroscopie.

Laure-Anaïs Chanel

Assistance à la thérapie par ultrasons focalisés à haute intensité (HIFU) : Compensation des mouvements physiologiques par asservissement sur images ultrasonores

Problématique

La thérapie par ultrasons focalisés à haute intensité (HIFU, High Intensity Focused Ultrasound) représente la seule méthode non-invasive, non-ionisante, pour le traitement des tumeurs cancéreuses. Lors de la thérapie par HIFU, des faisceaux ultrasonores à haute intensité sont focalisés dans la zone à traiter (ex : tumeur), et l’absorption de l’énergie acoustique permet une hyperthermie très localisée amenant à l’ablation du tissu dans la zone focale. Malgré son potentiel considérable, la thérapie HIFU demeure très marginale, à cause des verrous technologiques restant à lever. La compensation des mouvements physiologiques est actuellement un des challenges principaux, cette compensation étant nécessaire afin de garantir le suivi de la zone à traiter tout en limitant les dommages aux tissus sains environnants. Dans ce projet de thèse, nous proposons de développer un système HIFU tout-en-un combinant positionnement robotisé et imagerie ultrasonore ultrarapide pour le guidage et le suivi de la thérapie. L’objectif de ce travail de thèse est plus particulièrement de développer l’asservissement du bras robotisé tenant la sonde HIFU sur les données ultrasonores acquises en temps réel.


Nadège Corbin

Elastographie par Résonance Magnétique (ERM) pour la planification et le suivi des ablations thermiques en IRM interventionnelle

Problématique

Les tumeurs peuvent être traitées par des procédures percutanées (« à travers la peau ») d’ablation thermique sous guidage de l’imagerie par résonance magnétique (IRM). Cependant, la thérapie thermique doit être suivie afin de ne détruire que le tissu cible sans endommager le tissu sain environnant. L’élastographie par résonance magnétique (ERM) est une méthode non-invasive de mesure de l’élasticité des tissus, une propriété qui est modifiée pour la plupart des tumeurs, mais également lorsque le tissu est brulé ou congelé, comme lors d’une thermo-ablation. L’objectif de ce travail de thèse est de développer et d’optimiser un système tout en un d’ERM interventionnelle pour la planification de la procédure et le suivi de la thérapie. La corrélation entre cartographie de température et d’élasticité, obtenues par thermométrie IRM et ERM, respectivement, sera étudiée. Ce travail de thèse concerne principalement le développement de séquences IRM d'élastographie temps réel.


Ryad Chellal

Commande robuste des manipulateurs parallèles à câbles

  • Directeurs de thèse : Edouard Laroche et Jacques Gangloff
  • Co-encadrement : Loïc Cuvillon
  • Financement : Bourse ministérielle
  • Date de début : octobre 2010


Nicole Lepoutre

Caractérisation et identification de l'injection de ciment orthopédique pour la vertébroplastie télé-opérée en radiologie interventionnelle


Xavier Weber

Commande par Vision de robot parallèle à câbles flexibles

Problématique

Les robots parallèles à câbles présentent de nombreux avantages par rapport aux structures à corps rigides. Le premier est un espace de travail de très grande dimension (plusieurs dizaines de mètres de côté) pour un coût réduit. Mais il y a une contrepartie : à section constante, plus les câbles sont longs et plus la flexibilité augmente. Il y a donc un antagonisme entre la grande taille de l'espace de travail et la précision.

Pour pallier ce problème, nous proposons d'avoir recours à une mesure de position extéroceptive fournie par plusieurs caméras déportées. L'information visuelle est traitée en temps réel et alimente la contre-réaction d'un asservissement visuel dynamique dont les grandeurs de commande sont du type "computed force". On se propose de modéliser les effets des flexibilités des câbles tout en négligeant la masse des câbles.

L'équipe AVR s'est équipée sur son site d'Illkirch d'un robot parallèle à câbles de type INCA 6D. De plus, tout l'espace de travail est couvert par un système de localisation 3D de type VICON Bonita utilisant 6 caméras infrarouges. Le candidat aura donc immédiatement accès à une plateforme expérimentale opérationnelle unique en France.

Stages

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