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Thèses et Mémoire de l'Université de Strasbourg

Conception et réalisation d'un robot d'insertion d'aiguille pour les procédures percutanées sous imageur scanner

Maurin, Benjamin (2005) Conception et réalisation d'un robot d'insertion d'aiguille pour les procédures percutanées sous imageur scanner. Thèses de doctorat, Université Louis Pasteur.

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Résumé

Cette thèse concerne la conception et la réalisation d’un assistant robotique pour les procédures percutanées par retour scanner (tomographie à rayons X par densitométrie, ou TDM). Les radiologues utilisent la tomodensitométrie à rayons X afin de guider des aiguilles, par exemple jusqu’à des tumeurs, lors de procédures de destruction par radiofréquence. Le guidage implique l’acquisition renouvelée d’images pendant l’insertion de l’aiguille. Cette exposition répétée étant nocive, nous avons proposé un assistant qui se substitue au bras du radiologue pendant les phases initiales d’alignement et de maintien de l’aiguille. Le principe fondamental de notre système est la séparation de la tâche d’insertion en deux sous-tâches complémentaires et mutuellement exclusives : l’une est le positionnement à l’aide d’un manipulateur actif, l’autre est l’insertion, accompli par un guide passif ou un dispositif d’enfoncement télé-opéré dans un futur proche. Un cahier des charges précis du manipulateur de positionnement a été établi, lequel permet d’ébaucher une solution cinématique. De cette solution cinématique, nous avons conçu un manipulateur parallèle à cinq degrés de liberté. Après l’étude des modèles classiques : modèles géométriques inverse et direct, modèle cinématique, nous avons proposé des résultats de simulation permettant d’appréhender la mobilité et l’espace de travail du manipulateur. Puis, nous avons décrit la réalisation issue de la conception assistée par ordinateur de la structure : choix d’actionneurs piézo-électriques, matériaux, simulation réaliste avec prise en compte des collisions, et commande en position avec génération de trajectoire sans collision entre deux consignes. Par la suite, et afin de placer automatiquement un intrument suivant une trajectoire définie dans une image TDM, nous avons exposé une méthode de localisation par marqueur tridimensionnel, basée sur la stéréotaxie. En modélisant de manière géométrique le problème d’estimation de pose, nous avons donné des méthodes analytiques et numériques utilisables dans un algorithme automatique d’appariement et de calcul de la pose sans intervention manuelle. Des premières expérimentations en conditions cliniques terminent ce travail de thèse : positionnement automatique à partir d’une coupe scanner, pointage par laser et avec une aiguille, enfoncement manuel avec guidage robotique sur des cibles de taille inférieure à 5 mm. Ces résultats, réalisés sur un mannequin, sont une première évaluation de la précision de l’ensemble du système robotique et de la robustesse des méthodes de reconstruction de pose.

Type d'EPrint:Thèse de doctorat
Sujets:UNERA Classification UNERA > ACT Domaine d'activité UNERA > ACT-4 Instrumentation, imagerie, analyse, contrôle
CL Classification > DDC Dewey Decimal Classification > 000 Informatique, information, généralités > 006 Méthodes informatiques particulières
Classification Thèses Unistra > Sciences, technologies > Informatique, information, généralités > 006 Méthodes informatiques particulières

UNERA Classification UNERA > ACT Domaine d'activité UNERA > ACT-9 Electronique, automatique, électrotechnique, génie électrique
UNERA Classification UNERA > DISC Discipline UNERA > DISC-21 Ingénierie et technologies
UNERA Classification UNERA > DISC Discipline UNERA > DISC-16 Sciences de la vie et de la santé, psychologie
Code ID:1088
Déposé le :29 Mai 2006

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