Robots intraluminaux flexibles et orientables lors de procédures complexes : assistance par un contrôle de haut niveau
Flexible steerable intraluminal robots during complex procedures : assistance through high-level control
Résumé
Flexible steerable intraluminal robots have been developed to navigate, inspect and perform complex surgical procedures inside the patient's digestive system, reducing the high incidence and mortality rate of colorectal cancer. Flexible steerable intraluminal robots are typically composed of two arms at the tip of the body, forming a coupled kinematic architecture with up to 10 degrees of freedom. This thesis focuses on the development of robotic assistance to handle the challenges (the coupled architecture and the high number of degrees of freedom) of flexible steerable intraluminal robots in complex surgical environments, reducing the risk of incorrectly performing complex surgical procedures, such as the dissection stage of endoscopic submucosal dissection and the colonoscopy and biopsy case. The surgical tasks are modelled and formulated as objectives and constraints in an optimization-based control framework based on the task-function approach. A validation study with 10 subjects for the dissection case shows a better performance of the surgical task at a time penalty, in comparison with the manual mode in a simulated environment. In the colonoscopy and biopsy case, results show that for a realistic colon model, the surgical task can be performed automatically by coordinated control in a benchtop experiment. Future work should perform in-depth validation of the proposed control approaches for preclinical and clinical transfer.
Des robots intraluminaux flexibles et orientables ont été mis au point pour naviguer, inspecter et effectuer des procédures chirurgicales complexes à l'intérieur du système digestif du patient, réduisant ainsi l'incidence élevée et le taux de mortalité du cancer colorectal. Ces robots sont généralement composés de deux bras à l'extrémité du corps, formant une architecture cinématique couplée avec jusqu'à 10 degrés de liberté. Cette thèse se concentre sur le développement d'une assistance robotique pour relever les défis (l'architecture couplée et le nombre élevé de degrés de liberté) des robots intraluminaux flexibles et orientables dans des environnements chirurgicaux complexes, en réduisant les risque associés à des procédures chirurgicales complexes, telles que l'étape de dissection de la dissection sous-muqueuse endoscopique et le cas de la coloscopie et de la biopsie. Une modélisation des tâches chirurgicales est proposée afin de les formuler sous forme d'objectifs et de contraintes dans une commande basée optimisation. Une étude de validation avec 10 sujets pour le cas de la dissection montre une meilleure performance de la tâche chirurgicale avec une légère pénalité temporelle, en comparaison avec le mode manuel dans un environnement simulé. Dans le cas de la coloscopie et de la biopsie, les résultats montrent que pour un modèle de côlon réaliste, la tâche chirurgicale peut être exécutée automatiquement grâce au contrôle coordonné proposé. Les travaux futurs devront réaliser une validation approfondie des approches de commande proposées en vue d'un transfert préclinique et clinique.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
|---|