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Compensation des mouvements physiologiques en chirurgie robotisée par commande prédictive

Authors
Publisher
Université Louis Pasteur - Strasbourg I
Publication Date
Keywords
  • [Spi:Auto] Engineering Sciences/Automatic
  • [Spi:Auto] Sciences De L'Ingénieur/Automatique / Robotique
  • [Spi:Other] Engineering Sciences/Other
  • [Spi:Other] Sciences De L'Ingénieur/Autre
  • Robotique Chirurgicale
  • Robotique Médicale
  • Chirurgie Robotisée
  • Gmcao Gestes Médicaux Et Chirurgicaux Assistés Par Ordinateur
  • Asservissement Visuel Rapide
  • Mouvements Physiologiques
  • Compensation De Perturbations Périodiques
  • Compensation De La Respiration
  • Suivi Du Coeur Battant
  • Commande Prédictive
  • Commande Répétitive
  • Filtrage Adaptatif
  • Expériences In Vivo
Disciplines
  • Computer Science
  • Medicine
  • Physics

Abstract

Il existe aujourd'hui de nombreux systèmes robotiques commerciaux pour l'assistance au geste chirurgical. Les interventions d'orthopédie, de neurologie, de chirurgie laparoscopique ou cardiaque peuvent désormais être assistées par des systèmes mécaniques et informatiques. Depuis les premiers robots d'aide au geste chirurgical dérivés des robots industriels, aux robots actuels, l'objectif est de développer des systèmes d'aide aux gestes médicaux et chirurgicaux qui apportent des bénéfices importants au chirurgien et au patient. Dans ce contexte, ce travail de thèse s'intéresse plus particulièrement à l'aide au geste chirurgical en chirurgie mini-invasive robotisée. La problématique abordée est de permettre à un robot chirurgical de compenser mécaniquement les mouvements physiologiques de l'organe ou du tissu opéré, afin de proposer au chirurgien une zone de travail virtuellement immobile. En effet, ces mouvements sont des perturbations pour le chirurgien qui télé-manipule un robot, car il doit les compenser lui-même à chaque fois qu'une tâche précise est requise à la surface d'un organe ou d'un tissu, en les accompagnant manuellement quand c'est possible. Ceci limite aujourd'hui le développement, entre autres, des opérations à coeur battant. L'objectif est de proposer un système de commande qui permette au robot de se déplacer de façon synchronisée avec l'organe et d'accompagner ainsi son mouvement. Ce travail se restreint aux mouvements physiologiques dus à la respiration et aux battements du coeur. Ceux-ci sont périodiques avec une période qui ne varie pas pendant l'intervention. Le principe utilisé pour commander le déplacement du robot est celui de l'asservissement visuel direct rapide, où les images d'une caméra d'observation endoscopique sont traitées en temps réel, avec une cadence d'asservissement jusqu'à 500 images par seconde. Le robot est commandé à l'aide de lois de commande prédictives dans lesquelles des modèles internes simples du robot et des mouvements à filtrer sont inclus. Les développements présentés dans cette thèse sont illustrés par deux ensembles de résultats, pour la compensation des mouvements respiratoires du foie d'une part, et le suivi du coeur battant d'autre part. Des dispositifs expérimentaux ont été mis en place autour d'un robot médical Aesop (Computer Motion, USA) et un prototype de robot chirurgical de la société Sinters de Toulouse. Des expériences de laboratoire et des tests in vivo en conditions chirurgicales réelles ont été réalisés.

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