3D visualization and interactive image manipulation for surgical planning in robot-assisted surgery

par Mohammad Reza Maddah

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Caroline Cao et de Cédric Dumas.

Soutenue le 27-09-2018

à l'Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire en cotutelle avec Wright state university (Dayton, Ohio) , dans le cadre de École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes) , en partenariat avec Perception, Action, Cognition pour la Conception et l’Ergonomie (laboratoire) , Département Automatique, productique et informatique (laboratoire) et de Laboratoire des sciences du numérique de Nantes (laboratoire) .

Le président du jury était Naly Rakoto-Ravalontsalama.

Le jury était composé de Caroline Cao, Cédric Dumas, Guillaume Morel, Erwan Kerrien, Katherine Lin.

Les rapporteurs étaient Guillaume Morel, Erwan Kerrien.

  • Titre traduit

    Visualisation 3D et traitement d’images interactif pour l’assistance au placement des bras d’un robot chirurgical


  • Résumé

    La chirurgie robotisée a été développée pour pallier les difficultés de la chirurgie laparoscopique. Le robot da Vinci (Intuitive Surgical) est largement répandu dans les hôpitaux nord-américains et européens pour la chirurgie abdominale. Basé sur de la téléopération, il améliore la dextérité et la précision des opérations en chirurgie mini-invasive. Cependant, des recommandations incomplètes et des défauts ergonomiques du système, pour positionner les bras du robot à la surface l’abdomen du patient avant l’opération, créent un des principaux problèmes de la chirurgie robotisée : des organes inatteignables ou des collisions entre les instruments pendant l’opération. L’objectif de ces travaux de recherche est de proposer une nouvelle méthode de placement des bras du robot basée sur une assistance opératoire numérique utilisant l’analyse d’images médicales du patient et la modélisation 3D de la surface de son abdomen afin de calculer des positions des bras optimales en fonction des caractéristiques du robot, de la position des organes et du type de chirurgie.


  • Résumé

    Robot-assisted surgery, or “robotic”surgery, has been developed to address thedifficulties with the traditional laparoscopicsurgery. The da Vinci (Intuitive Surgical, CA andUSA) is one of the FDA-approved surgical robotic system which is widely used in the case of abdominal surgeries like hysterectomy and cholecystectomy. The technology includes a system of master and slave tele-manipulators that enhances manipulation precision. However, inadequate guidelines and lack of a human machine interface system for planning the ports on the abdomen surface are some of the main issues with robotic surgery. Unreachable target and mid-surgery collisions between robotic arms are the major problems that surgeons complain about in robotic surgery. The objective of this research is to design a new decision-support tool for planning port placement in robotic surgery. The decision support system will be able to determine the optimal location of the entrance ports on the abdomen surface that is specific to the patient.


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