Présentation

Objectifs

Le projet ANR USComp se situe dans le contexte de la robotique médicale. Il se focalise principalement sur un travail de recherche en amont qui a pour objectif de lever plusieurs verrous scientifiques en matière de commande multi-capteurs d’un robot porteur de sonde ultrasonore interagissant avec des tissus mous. La problématique concerne plus particulièrement l’utilisation dans la commande de l’image échographique per-opératoire, de l’effort d’interaction avec les tissus mous et de la mesure de signaux externes de type débit respiratoire du patient. L’objectif est de réaliser une compensation automatique du mouvement physiologique du patient en stabilisant l’image échographique par un système robotique manipulant la sonde.

Applications envisagées

A titre d’exemples applicatifs, les systèmes de télé-échographie actuels ne proposent pas de fonctionnalités permettant de stabiliser automatiquement l’image échographique transmise au médecin expert qui effectue l’examen d’un patient à distance. Il serait cependant utile de munir ces systèmes d’un mode de synchronisation automatique du mouvement de la sonde avec celui des tissus organiques observés afin de fournir des images stables au médecin et de faciliter ainsi son diagnostic. L’imagerie échographique 3D pourrait également profiter des contributions apportées par ce projet. En effet, les sondes échographiques 3D ont une faible résolution spatiale qui limite l’acquisition à des volumes d’intérêt de petite taille. Néanmoins, des positionnements successifs de la sonde avec une compensation automatique du mouvement des tissus observés permettraient l’acquisition de larges volumes d’intérêt par techniques de chevauchement. Les méthodes obtenues pourront également être utilisées pour augmenter les performances des systèmes robotiques d’aide aux gestes chirurgicaux effectués sous imagerie ultrasonore interventionnelle. Notons par exemple, les applications de ponction (biopsie) et d’ablation localisée de tumeur (cryo ou thermo-ablation) où les mouvements physiologiques induits par la respiration et le système cardio-vasculaire du patient sont fortement présents.

Enjeux scientifiques

Les enjeux scientifiques de ce projet sont multiples. Ils concernent d’une part l’élaboration de nouvelles méthodes de traitement d’images qui seront capables d’effectuer en temps réel le filtrage des images échographiques qui sont par nature très fortement bruitées, la segmentation des structures anatomiques observées. Il faut noter qu’aujourd’hui il n’existe aucune méthode effectuant ces traitements à la cadence vidéo de l’échographe, c’est-à-dire à 25 images par seconde. Généralement ces traitements requièrent des temps de calcul plutôt de l’ordre de la minute.

D’autre part, les enjeux scientifiques se situent également au niveau de la commande référencée capteurs. L’approche proposée dans ce projet consistera à commander les déplacements de la sonde directement à partir de l’information extraite de l’image échographique, de la mesure des efforts exercés par la sonde au contact de patient et des mesures de signaux externes qui sont fortement corrélés au mouvement physiologique. Les méthodes développées amèneront des contributions novatrices en matière d’asservissements visuels utilisant l’image échographique, de commandes en effort et de commandes prédictives s’appuyant sur une modélisation et un apprentissage en ligne de l’environnement observé.

Un aspect important de ce projet est de garantir la contrainte d’exécution « temps réel » du traitement du signal nécessaire à la commande. En effet, les méthodes proposées devront respecter un temps minimal de calcul afin de permettre une réactivité élevée du système robotique et permettre ainsi une compensation rapide des mouvements physiologiques.