Résumé :

Le guidage robotisé d’aiguilles flexibles consiste à commander, à l’aide d’un robot, une aiguille flexible au cours de son insertion dans des tissus. Parmi les avantages attendus de cette approche, nous pouvons citer l’augmentation de la précision du geste, la diminution des traumatismes causés aux tissus ou encore l’évitement de régions anatomiques sensibles. Cependant, s’il fait l’objet de nombreux travaux de recherche, le guidage robotisé d’aiguilles flexibles n’est pas encore une réalité clinique.

Cette thèse représente un pas de plus vers cet objectif à de multiples niveaux en proposant un guidage robuste sous échographie 3D peropératoire. Dans un premier temps, un algorithme de localisation de l’aiguille est détaillé. Il est capable d’estimer les propriétés mécaniques des tissus traversés et de s’adapter à la visibilité changeante de l’aiguille dans les volumes échographiques acquis. Dans un second temps, une méthode performante de suivi des mouvements de la zone anatomique à atteindre est présentée. Dans un troisième temps, un algorithme de planification adaptative de trajectoire permet la prise compte du bruit de mesure, des perturbations ainsi que d’éventuelles hétérogénéités des tissus à partir d’informations a priori sur les tissus traversés.

Un ensemble de validations expérimentales étayent les performances des différentes approches proposées, caractérisées par des erreurs de ciblage moyennes de 1 mm, 1.5 ± 0.9 mm, et 1.7 ± 0.8 mm, pour un guidage dans des fantômes homogènes, des fantômes hétérogènes et des tissus biologiques respectivement. Enfin, des essais sur sujet anatomique ont permis de statuer sur les perspectives d’amélioration des méthodes proposées.

Finalement, même si certaines problématiques du guidage robotisé d’aiguilles flexibles restent encore ouvertes, la solution proposée dans cette thèse se démarque par sa robustesse, sa compatibilité avec l’échographie 3D et sa nature patient-spécifique.