GMCAO | TIMC

Thématiques

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.

Axes de recherche

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.

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.

Mots clés

Diagnostic et thérapie guidée par l'image Imagerie et Robotique médicale Fusion de données Applications procédures & essais cliniques Gestes médico-chirurgicaux assistés par ordinateur Chirurgie mini-invasive Tomographie problèmes inverses Compréhension geste/qualité chirurgicale Plateforme logicielle CamiTK Urologie laparoscopie orthopédie neurochirurgie Robotique médicale