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-derecherche/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