Suivi des déformations des tissus mous par imagerie OCT et

Sujet de thèse :
Suivi des déformations des tissus mous par imagerie OCT et
échographique
Laboratoires : INRIA Rennes - Bretagne Atlantique et Institut FEMTO-ST
Equipes : Lagadic, INRIA Rennes - Bretagne Atlantique, Rennes, France
(http://www.irisa.fr/lagadic)
MiNaRob, Institut FEMTO-ST, Besançon, France
(http://www.femto-st.fr/fr/Departements-de-recherche/AS2M/Equipes-de-
recherche/MiNaRoB)
Directeur de thèse : Alexandre Krupa, CR-INRIA, HDR, équipe Lagadic, INRIA Rennes –
Bretagne Atlantique
Co-Directeur de thèse : Brahim Tamadazte, CR-CNRS, équipe MiNaRob, département AS2M,
Institut FEMTO-ST
Lieux de la thèse : 18 mois à l’INRIA (Rennes) et 18 mois à l’institut FEMTO-ST (Besançon)
Mots clés :
Robotique médicale, imagerie échographique, imagerie OCT, asservissement visuel
Thématique :
Cette thèse s’inscrit dans le domaine de la robotique médicale et porte sur le développement de
solutions permettant de suivre les déformations des organes au moyen d’une imagerie médicale à
balayage. L’intérêt est de permettre par la suite la mise en œuvre d’applications robotiques
d’assistance aux gestes chirurgicaux mini-invasifs, telle l’insertion d’aiguille en vue de réaliser
des biopsies ou le traitement localisé de tumeurs [1] ou dans le contexte de la microrobotique
mini-invasive voire non-invasive chirurgicale. A cette fin, la prise en compte des déformations
des tissus dues aux mouvements physiologiques du patient et à l’interaction physique de
l’instrument chirurgical avec l’élément anatomique ciblé est cruciale pour garantir une assistance
robotisée sûre et efficace [2].
Contexte du projet :
L’imagerie échographique et OCT (Optical Coherence Tomography) permettent de fournir des
images 3D en temps-réel à la différence de l’IRM et de manière non-invasive pour le patient
contrairement à l’imagerie à rayon X. Ces modalités sont par conséquent les plus appropriées
pour permettre la réalisation de biopsies et de gestes chirurgicaux en radiologie interventionnelle
[3].

Ces deux modalités fonctionnent sur un principe très similaire qui consiste à envoyer une onde
ultrasonore ou optique dans l’infrarouge (pour l’OCT) selon une ligne de tir et de mesurer le
signal de retour qui est réfléchi par les interfaces des tissus traversés par l’onde. L’image 3D est
ensuite reconstruite par balayage automatique des lignes de tir sur la zone d’intérêt.
Néanmoins, ce balayage est réalisé séquentiellement par le capteur de manière électronique ou/et
mécanique ce qui produit des artefacts dans l’image reconstruite dans le cas où la structure
anatomique observée se déplace et se déforme.
Travail de recherche :
Afin de permettre un suivi plus précis des déformations des organes, nous envisageons dans cette
thèse le développement d’une approche permettant de compenser ces artefacts par un contrôle
intelligent du balayage [4]. L’idée est de commander les orientations de tir sur des points
particuliers et d’utiliser les temps de réponse des ondes pour réaliser une estimation directe des
vitesses de déplacement de la structure anatomique. À cette fin, nous prévoyons d’utiliser un
modèle numérique déformable préopératoire de l’organe ciblé acquis par IRM ou scanner dont
les déformations seraient ensuite adaptées durant l’imagerie peropératoire échographique ou
OCT en fonction des observations obtenues par une technique de balayage ciblé des ondes.
Résultats attendus :
La retombée principale de cette thèse serait une approche novatrice permettant de réaliser
automatiquement un recalage peropératoire d’un modèle déformable sur une structure imagée
tout en compensant les artefacts induits par les techniques d’imagerie à balayage.
Compétences souhaitées :
• connaissances en vision par ordinateur et traitement d’images
• programmation orientée objet (C++)
• goût pour les mathématiques appliquées
• goût pour l’expérimentation et la robotique médicale
Références bibliographiques :
[1] P. Chatelain, A. Krupa, M. Marchal. Real-time needle detection and tracking using a visually servoed
3D ultrasound probe. In IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, ICRA'13, Karlsruhe, Germany,
May 2013.
[2] Rogério Richa, Philippe Poignet, Chao Liu: Three-dimensional Motion Tracking for Beating Heart
Surgery Using a Thin-plate Spline Deformable Model. IJRR (2010), v. 29, 218-230.
[3] Wu, Yicong et al. Robust High-Resolution Fine OCT Needle for Side-Viewing Interstitial Tissue
Imaging. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics (2010), v. 16, 863-869.
[4] R. Dahmouche, N. Andreff, Y. Mezouar, O. Ait-Aider, P. Martinet. Visual servoing from sequential
regions of interest acquisition. IJRR (2012), v. 31, 520-537.
Dossier et date de candidature :
Envoyez un CV détaillé, lettre de motivation, lettre(s) de recommandation, moyennes et
classements (M1 et M2) à [email protected] et [email protected]
Date limite de candidature : 25 juin 2014
Classement par le laboratoire : 5 juillet 2014, après audition des candidats