Créée par le Pr Philippe Cinquin il y a plus de 3 décennies, l'équipe GMCAO a été pionnière dans le développement de dispositifs d'assistance aux gestes médico-chirurgicaux.
En France, cette équipe a d'ailleurs donné son nom au domaine de recherche correspondant. Le premier robot chirurgical français, développé par l'équipe pour la neurochirurgie stéréotaxique a été utilisé sur patient pour la première fois en 1989. C'était aussi un des tous premiers robots chirurgicaux mis en œuvre au plan mondial. Depuis cette équipe n'a cessé d'innover, tant sur le plan scientifique que sur le plan clinique. Le besoin constant de qualité du geste médico-chirurgical et la tendance croissante du développement d'approches minimalement invasives sur des cibles de plus en plus petites, grâce au diagnostic précoce, renouvellent constamment les défis de l'équipe.
Inspirés par cette problématique clinique et immergés dans un environnement hospitalo-universitaire, nous développons des activités de recherche dans les domaines du traitement de l'image médicale, de la fusion de données, de la modélisation et de la simulation en particulier biomécanique et de la robotique médicale. Forte de trois décennies d'activité, notre équipe développe également une activité de recherche translationnelle en relation étroite avec les partenaires cliniciens et des spécialistes en méthodologie de l'évaluation clinique.
Afin que nos résultats bénéficient quotidiennement au patient et au système de santé, de nombreux travaux sont transférés à des partenaires industriels pour permettre une utilisation de routine clinique. Dans certains cas, des entreprises sont créées pour effectuer ce transfert.
Le déploiement à grande échelle de nos travaux permet de les confronter à la réalité de la pratique clinique et dans une pratique vertueuse, elle réalimente constamment l'équipe par de nouveaux problèmes à résoudre pour aller plus loin.
L’équipe GMCAO a pour objectif clinique le développement de systèmes d’assistance aux gestes médico-chirurgicaux dans un contexte de réduction de l’invasivité de ceux-ci et dans celui d‘une rationalisation et d’une traçabilité des soins.
Les objectifs scientifiques principaux qui en découlent concernent la conception, le développement et l'évaluation de :
(1) méthodes de reconstruction, de traitement de l’image et de fusion de données,
(2) de modèles des organes et des procédures cliniques,
(3) simulateurs destinés à apprendre le geste, à le monitorer, ou à en anticiper les conséquences anatomiques, fonctionnelles voire esthétiques,
(4) et enfin l’élaboration de systèmes de guidage robotisés ou non.
Nous articulons notre activité de recherche selon trois axes : perception, raisonnement et action.
Les thématiques mentionnées ci-après ne sont pas une liste exhaustive de nos contributions mais mettent l'accent sur des projets récents ou en cours.
Du côté de la perception
Une partie de l‘activité est dédiée au développement de capteurs spécifiques per-opératoires (par exemple, acquisition de paramètres biomécaniques, endoscopie répartie, imagerie optique dans le visible ou dans le proche infrarouge) et des différentes méthodes d’exploitation de ces capteurs et de modélisation à partir des données acquises (par exemple, reconstruction 3D de type tomographique, suivi d’instrument en endoscopie).
Du côté du raisonnement
L‘introduction d‘informations a priori provenant de divers types de modèles (atlas, modèles statistiques, etc.) sert de base au développement de méthodes de segmentation et de recalage élastique de données multimodales ; le recalage temps réel sur la base de données per-opératoires vise le suivi de structures mobiles et déformables pour la mise à jour d’un planning opératoire.
Par ailleurs, des approches de modélisation biomécanique des organes sont développées pour supporter la thématique générale de la simulation et de la planification de gestes.
Enfin, nous proposons des approches originales pour aider en temps réel au bloc opératoire le chirurgien a prendre les meilleures décisions, sur la base de données multimodales faisant une place de plus en plus grande aux modalités optiques récentes (dont l’immunofluorescence).
Du côté de l'action
Nous travaillons sur la problématique des interfaces homme/machine spécifiques aux systèmes de GMCAO et sur le développement de nouvelles modalités d’interaction. Par ailleurs les activités autour du thème de la robotique médico-chirurgicale ont été renforcées autour du développement d’architectures de robot légers et compliants, portés par le corps du patient.
Développement et transfert clinique
Toutes ces activités de recherche sont supportées par une forte composante expérimentale allant jusqu’à la validation clinique.
L‘équipe GMCAO est à l’origine du développement et de la promotion de la plateforme open-source CamiTK (Computer Assisted Medical Intervention Tool Kit) pour le prototypage d’applications en GMCAO, la thésaurisation des technologies et des savoir-faire dans les domaines de l’imagerie médicale, de l’analyse d’images, de la modélisation biomécanique, et de la robotique.
Afin de raccourcir le temps de cycle allant du concept inspiré par un problème clinique au système opérationnel rendant un service médical, l'équipe a également mis en place le Centre d'Excellence ECCAMI, plateforme de compétences et d'équipements au service des acteurs académiques, cliniques et industriels.
Programmes de recherche financés
L’équipe GMCAO a une position en pointe sur les projets d’Investissements d’Avenir avec la coordination
(1) du Labex CAMI qui regroupe les 6 principaux laboratoires français de GMCAO et
(2) du sous-réseau « robotique médicale » de l’Equipex Robotex.
L‘équipe a également connu un fort taux de succès dans les réponses aux Appels à Projets (avec par exemple, au cours du dernier quinquennal, une participation à 14 projets ANR dont 7 étaient ou sont coordonnés par notre équipe de recherche).
Nos contrats et programmes de recherche :
Projet DEPORRA-2
Convention LABEX CAMI
Convention ROBOTEX
Projet PI-R2
Prévention Ulcères Pied
Projet FOCUS
Projet TAENIA
ECCAMI Plateformes 2016
Projet 3D4CARM
Projet FOTONG
Projet PICS Prévention Ulcères
Projet VATSnext
Projet biomécanique et tissus mous
Projet ANATOMY 2020
FASSIL
Projet Imagerie et génération de modèles biomécaniques
Projet MIRAS
Projet DEPORRA 2
FUI MIRAS 2014
LABEX
ROBOTEX
PIR
Projet CQFD
Projet Biopsies optiques pour PRR
Projet NOCT
Convention CHU Nantes
Projet DROITE
L'équipe est composée d'une vingtaine de chercheurs, enseignants chercheurs, cliniciens associés ou personnels ITA. Entre 15 et 20 thèses sont couramment en préparation au sein de l'équipe. Post-doctorants et stagiaires de Master sont également régulièrement accueillis.
Responsable(s)
- Sandrine VOROS (Chercheur)
Permanents
- Pierre-Alain BARRAUD (IT-BIATSS)
- Clément BEITONE (Enseignant-Chercheur)
- Manik BHATTACHARJEE (IT-BIATSS)
- Mehdi BOUDISSA (Enseignant-Chercheur)
- Ivan BRICAULT (Enseignant-Chercheur)
- Matthieu CHABANAS (Enseignant-Chercheur)
- Mohamed Taha CHIKHAOUI (Chercheur)
- Laurent DESBAT (Enseignant-Chercheur)
- Jean-Luc DESCOTES (Enseignant-Chercheur)
- David DESSEAUVE (Enseignant-Chercheur)
- Jean-Luc FAUCHERON (Enseignant-Chercheur)
- Gaëlle FIARD (Enseignant-Chercheur)
- Céline FOUARD (Enseignant-Chercheur)
- Max LANGER (Chercheur)
- Alexandre MOREAU GAUDRY (Enseignant-Chercheur)
- Emmanuel PROMAYON (Enseignant-Chercheur)
- Rafaëlle SPEAR (Enseignant-Chercheur)
- Bertrand TRILLING (Enseignant-Chercheur)
- Sandrine VOROS (Chercheur)
- Catherine ZOPPIS (IT-BIATSS)
Autres
- Rolf CLACKDOYLE (Chercheur)
- Jean Loup HABERBUSCH (ATER)
- Thi Thao HO (Chercheur contractuel)
- Kannara MOM (Chercheur contractuel)
- Simon RIT (Chercheur)
- Tanguy ROLLAND (Stagiaire)
- Jocelyne TROCCAZ (Chercheur)
- Zibo ZHANG (Enseignant-Chercheur contractuel)
Doctorants
- Tarek ALSAKA (Doctorant)
- Paul-Antoine BEAUDOIN (Doctorant)
- Rémi DUPRAZ-ROGET (Doctorant)
- Louis LENFANT (Doctorant)
- Isaac PERRIN (Doctorant)
- Emilie PIETERSOONE (Doctorant)
- Margaux ROUX (Doctorant)
- Chloé SOORMALLY (Doctorant)
- Garance THOVISTE (Doctorant)
- Ambroise ULRICH (Doctorant)
Les thèses en cours au sein de l'équipe:
- Tarek ALSAKA : "Control of Continuum Robots for Medical Applications " (encadrée par Philippe CINQUIN , Mohamed Taha CHIKHAOUI )
- Paul-Antoine BEAUDOIN : "Utilisation de l'IA pour contribuer à l'évaluation du service médical rendu au sein des entrepôts de sonnées de santé " (encadrée par Sophie ACHARD (LJK) , Alexandre MOREAU GAUDRY )
- Rémi DUPRAZ-ROGET : "Image reconstruction in MoBI using deep learning " (encadrée par Max LANGER )
- Louis LENFANT : "Évaluation de l'apport de l’intelligence artificielle appliquée à l'imagerie des pathologies prostatiques " (encadrée par Clément BEITONE , Sandrine VOROS , Jocelyne TROCCAZ , Pierre MOZER (APHP) )
- Isaac PERRIN : "Fusion multimodale cardiaque " (encadrée par Clément BEITONE , Sandrine VOROS )
- Emilie PIETERSOONE : "Simulation Monte Carlo pour l’imagerie X de contraste de phase et champ sombre pour l’imagerie médicale et la microscopie " (encadrée par Max LANGER )
- Margaux ROUX : "Aide à la Décision dans le cadre de la Revascularisation ENdovAscuLaire des membres INfériEurs " (encadrée par Céline FOUARD )
- Chloé SOORMALLY : "Segmentation et recalage d'images pour la navigation des biopsies guidée par Intelligence Artificielle " (encadrée par Jocelyne TROCCAZ , Sandrine VOROS , Clément BEITONE )
- Garance THOVISTE : "Évaluation par l'apprentissage profond de la qualité de reconstructions 3D d'images CT appliquée à la chirurgie orthopédique " (encadrée par Clément BEITONE , Sandrine VOROS )
- Ambroise ULRICH : "Insertion d'implant cérébraux par un robot continu : conception et développement " (encadrée par Mohamed Taha CHIKHAOUI )
CamiTK is a rapid prototyping toolbox for software solutions in Computer Assisted Medical Intervention (CAMI).
The benefit for using our solution are multiple :
- Prototyping development time reduced by 30% to 50%
- Acceleration of convergence between research and clinical validation in CAMI
- Commercialisation of proprietary modules with high freedom-to-operate
- Clear intellectual property status of the different bricks within a solution
- Credibilisation of a CAMI project proposal
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Afin de raccourcir le temps de cycle allant du concept inspiré par un problème clinique au système opérationnel rendant un service médical, l'équipe GMCAO a mis en place le Centre d'Excellence ECCAMI, plateforme de compétences et d'équipements au service des acteurs académiques, cliniques et industriels.
Ce centre d’excellence dédié à l’amélioration et à la valorisation des interventions médicales assistées par ordinateur se veut le “guichet unique” à destination de ces acteurs, pour toutes les démarches de prospection, d’échanges et d’innovation.
Une plateforme matérielle et logicielle est ainsi mise à disposition des membres ECCAMI, regroupant du matériel de pointe (C-Arm motorisé, détecteur numérique, station de laparoscopie et d’élastographie dernières générations…) ainsi que des licences logicielles (calcul mécanique ANSYS, prototypage rapide CamiTK).
Contact : contact [at] eccami.fr
Collaborations scientifiques
L’équipe GMCAO a des collaborations locales (avec les autres équipes de TIMC-IMAG et avec plusieurs laboratoires de la COMUE Université de Grenoble Alpes), régionales (notamment au sein d'actions financées par la Région Auvergne Rhône-Alpes), nationales (notamment à travers le Labex Caml qu’elle coordonne) et internationales (Canada, Singapour, Chili, Israël, Chine, Iran, Mexique, etc.).
Les collaborations scientifiques impliquent généralement des co-encadrements de thèses avec les laboratoires partenaires français ou étrangers.
Collaborations cliniques
Un autre point fort de l’équipe concerne son ancrage au sein du monde médical. Le CIT-IT Maxitech et les cliniciens du CHU de Grenoble Alpes sont naturellement nos partenaires privilégiés avec des projets dans les domaines de l’urologie, la chirurgie digestive, l’orthopédie, la chirurgie vasculaire, la neurochirurgie, la chirurgie maxillo-faciale ou la radiologie interventionnelle, la radiothérapie, etc.
L‘équipe développe également (ou a développé) des partenariats avec de nombreux autres centres cliniques en France (CHU de Toulouse Purpan, Hôpital de la Pitié Salpêtrière à Paris, Clinique Mutualiste des Eaux Claires de Grenoble, CMUDD pour ne citer que les principaux) dans des spécialités très diverses de chirurgie, radiologie et médecine.
Au-delà des projets listés précédemment cette collaboration implique l’accueil de cliniciens au laboratoire pour la préparation de masters et de thèses de science.
Collaborations industrielles
L'équipe est à l'origine directe ou indirecte de la création de plus de 10 entreprises depuis 1995: on citera PRAXIM (GMCAO, lauréate en 2005 du grand prix IST), CAD-Implant (GMCAO pour l'implantologie dentaire), KOELIS (gmcao pour l'urologie), ENDOCONTROL Medical (robotique pour l'endoscopie), IMACTIS (gmcao pour la radiologie interventionnelle), SurgiQual Institute (développement et certification de systèmes gmcao), UroMEMS (microtechnologies pour l'urologie), Texisense (textiles intelligents). Les sociétés UroMems et Texisense ont été lauréates du concours national OSEO d‘aide à la création d’entreprises de technologies innovantes. Des accords de transfert industriel et/ou des collaborations sur le long terme existent avec ces entreprises.
On compte pour l'équipe un portefeuille de plusieurs dizaines de brevets internationaux déposés par l'UGA ou le CNRS, quelquefois en co-propriété avec des partenaires industriels.
L'équipe a également soutenu les entreprises A3 Surgical, lmactis et Surgivisio lauréates de la première édition du Concours Mondial de l’Innovation.
D'autres collaborations existent avec des entreprises et des grands groupes industriels dans le cadre de contrats directs de recherche ou de projets collaboratifs (ANR, FUI, etc.).
L’équipe fait par ailleurs partie de l’Institut Carnot LSI (Logiciels et Systèmes Intelligents).