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Fiche détaillée Thèses
Université Joseph-Fourier - Grenoble I (26/03/2001), Lavallée Stéphane (Dir.)
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Étude et réalisation d'un système de localisation en six dimensions pour la chirurgie assistée par ordinateur
Fabrice Chassat1

La plupart des Gestes Médicaux-Chirurgicaux Assistés par Ordinateur (G.M.C.A.O.) nécessitent l'utilisation d'un localisateur en six-dimensions. Il s'agit d'un système permettant de déterminer et de suivre la position et l'orientation de corps rigides constitués de marqueurs dans l'espace. De nombreux localisateurs ont été utilisés en chirurgie. Très peu de systèmes sont dédiés spécifiquement à la chirurgie ainsi ils ne répondent pas entièrement de façon satisfaisante aux contraintes du domaine. Nous présentons dans cette thèse, une approche originale de la localisation. A partir d'une étude des applications chirurgicales utilisant un localisateur, nous avons défini un ensemble de critères qualitatifs (encombrement, poids, forme) et quantitatifs en particulier sur la précision pour laquelle un protocole générique d'évaluation des localisateurs pour la chirurgie est proposé. Ces critères nous ont conduit à proposer une évolution des principaux systèmes utilisés aujourd'hui (les localisateurs optiques) afin de les rendre totalement adaptés aux besoins du domaine. En particulier, il est apparu que le coût, la précision et l'ergonomie globale des systèmes existants bien que satisfaisantes dans la plupart des cas étaient insuffisantes pour des applications exigeantes. Nous avons étudié et nous détaillons dans cette thèse deux prototypes permettant de répondre aux problèmes posés par le coût, la précision et surtout l'ergonomie. A partir de la base commune d'un localisateur par stéréovision passive repérant des marqueurs ponctuels, nous proposons une évolution originale basée sur la localisation et l'identification de marqueurs linéaires par le rapport de Thalès pour améliorer la visibilité des cibles. Enfin nous proposons deux concepts très innovants de localisation répondant à l'inconvénient majeur des systèmes optiques qui doivent avoir une ligne de vue entre les caméras et les marqueurs libre de tout obstacle.
1 :  TIMC-IMAG - Techniques de l'Ingénierie Médicale et de la Complexité - Informatique, Mathématiques et Applications, Grenoble
GMCAO
Gestes médicaux-chirurgicaux assistés par ordinateur – localisateur – localisation en six-dimensions – protocole générique d'évaluation – précision – stéréovision – rétro-réflécteurs – GPS – mesures de directivité – ligne de vue

Most of Computer Assisted Surgery (C.A.S.) need a six-dimensional localizer. Those systems can locate and follow in space, position and orientation of rigid bodies constituted of markers. A lot of localizers have already been used in surgery but few of them are specifically dedicated for medical applications and the answers they propose to constraints of surgery is not completely adapted. We present in this thesis an original approach to localisation. Based on a study of surgical applications using a localizer, we have defined qualitative (cumbersome, weight, shape etc...) and quantitative criteria in particular accuracy. We have indeed proposed a generic accuracy evaluation protocol for localizer in surgery. An evolution to most often used localizer (optical systems) is proposed to adapt them totally to those criteria. In particular, it appears that cost, accuracy and global ergonomics of existing system are insufficient for high demanding applications, even if they are enough for most of them. We have studied and detailed in this thesis two prototypes that allow to answer to problems posed by cost, accuracy and especially ergonomics. From a passive stereovision hard-ware which locate punctual markers, we propose an original evolution based on the localisation of linear markers which are identified by Thalès equation, which improve the global visibility. Finally, we propose two very innovating concepts of localisation which answer to the major drawback of optical system, which must have the line of sight between cameras and marker, free of all obstacles.
Computer Assisted Surgery – localizer – six dimensions localisation – generic protocol of accuracy evaluation – stereovision – retro-reflectors – GPS – directive measures – line of sight