Bilan des résultats expérimentaux

L’évaluation en conditions réelles du système est simple et ne repose que sur la quantification de trois grandeurs :

1. la désignation de la zone d’intérêt est-elle précise (erreur de désignation) ? 2. le système désigne-t-il souvent (fréquence de désignation) ?

3. le système se déplace-t-il jusqu’aux zones d’intérêt désignées (trajectoire suivie) ?

Les résultats présentés par la suite sont issus d’une intervention sur un porc pratiquée par un seul chirur-gien sans assistant ni instrumentiste. L’éclairage opératoire asservi est le seul système d’éclairage utilisé.

Celui-ci est à son niveau d’éclairement maximum, positionné à proximité de la table d’opération et orienté au milieu de la cage thoracique. La durée de l’opération est d’environ 90 minutes, ce qui est représentatif des interventions sur l’homme. Le chirurgien exécute son intervention sans considération de l’éclairage, le but étant d’obtenir des gestes similaires à ceux rencontrés en bloc. Ceci inclut les occultations partielles ou totales de la caméra, les phases d’inactivité (examen de la surface tissulaire par exemple), etc.

Précision du système

Pour juger de la précision de notre méthode de désignation, nous regardons la distance entre la zone d’intérêt définie par le système et celle du chirurgien. Pour ce faire, nous déterminons image par image la zone d’intérêt réelle puis calculons l’erreur sur les axes~uet~vde l’image (figure5.34). Nous constatons que sur cette séquence opératoire, l’évolution des erreurs suit une décroissance exponentielle mais se trouve être fortement bruitée. Ceci est dû à la réactualisation permanente de la position de la zone d’intérêt

du chirurgien. En effet, la décroissance exponentielle n’est possible que si le chirurgien travaille sur une région très précise. Or, les activités de suture et de dissection ne sont pas par définition locales. Dès lors, il ne peut y avoir que des fragments de décroissance exponentielle. De plus, dans près de 10% des cas, une erreur de désignation est commise, ce qui a pour effet d’altérer encore plus la décroissance.

(a) Erreurs obtenues suivant les axes~u. (b) Erreurs obtenues suivant les axes~v.

Fig.5.34 – Erreurs entre la zone d’intérêt désignée et réelle.

Pour cette séquence l’erreur moyenne est de 13 pixels avec 9 pixels pour un intervalle [0 pixel ; 134 pixels]

pour l’axe~uet 9 pixels pour un intervalle de [0 pixel, 104 pixels] pour l’axe~v. Compte-tenu du diamètre de la tache lumineuse nous pouvons conclure que la désignation est suffisante et conforme aux attentes.

Régularité de la désignation

Pour évaluer la régularité de la désignation, nous regardons les instants pour lesquels il y a désignation comparativement à l’activité du chirurgien. Les figures 5.35a et 5.35bprésentent les résultats obtenus pour cette séquence. Nous pouvons voir que globalement le système réagit plus que nécessaire. Ceci est dû notamment à une mauvaise élimination des mouvements physiologiques leurrant le système qui croit reconnaître des zones d’intérêt ce qui entraîne, comme nous l’avons vu précédemment, une erreur infé-rieure à 10%. La superposition de l’activité du chirurgien et des instants où il y a eu désignation (figure 5.36), met en évidence des "surplus" de désignation, moment où le système a été trop optimiste. Nous pouvons voir également qu’il y a, par instants, absences de désignation, où cette fois le système a été trop prudent. Ceci s’explique par une superposition insuffisante des informations représentatives de la zone d’intérêt qui a entraîné une mise en sécurité du système, celui-ci préférant ne pas désigner.

En termes de réactivité, l’intervalle de temps le plus long entre deux désignations a été de 509 images (durant les images 16100 et 16609). Ce délai n’est pas représentatif de l’efficacité de la désignation car il correspond à l’une des phases d’inactivité du chirurgien. Nous quantifions la réactivité par rapport à l’intervalle de temps durant lequel le chirurgien a travaillé mais où il n’y a eu aucune désignation, il s’agit donc des instants où le système a adopté un comportement "prudent". Ainsi, 36 images sont passées sans avoir de désignation, ce qui a entraîné un arrêt du déplacement de coupole. Pour le chirurgien, cet arrêt n’a pas été gênant pour deux raisons :

– la zone d’intérêt était déjà bien éclairée avant l’interruption ;

– durant l’interruption la zone d’intérêt s’est peu déplacée restant du même coup à l’intérieur de la tache lumineuse.

Eliminer ce type d’interruption constitue une voie d’amélioration du système, ce qui serait profitable pour les chirurgies où la zone d’intérêt évolue rapidement. Toutefois, rendre le système plus réactif implique de relaxer certaines conditions (ou du moins de les réajuster). Les futures versions devront donc faire l’objet de la plus grande attention pour ne pas augmenter l’erreur de désignation.

(a) Désignation de la zone d’intérêt au cours du temps. (b) Période d’activité du chirurgien.

Fig. 5.35 – Comparaison entre l’activité du chirurgien et celle du système.

Fig. 5.36 – Mise en évidence des comportements "optimistes" et "prudents".

Réorientation de l’éclairage

Pour illustrer les déplacements effectués durant ces essais cliniques, nous présentons la trajectoire de l’effecteur du robot au cours du temps et par extension celle de la tache lumineuse (figure5.37a).

Nous pouvons voir sur la figure 5.37b représentant les positions les plus souvent atteintes qu’il existe un axe de déplacement privilégié correspondant pour cette opération à l’incision principale. Nous re-marquons que la position la plus fréquemment éclairée se trouve proche des coordonnées d’origine, ce qui traduit un bon prépositionnement de l’appareil en début d’intervention (point qui avait déjà été mis en avant concernant les lieux de désignation). Le déplacement effectué se base dans une très grande majoritée des cas sur la désignation de la zone d’intérêt. Les points de la trajectoire obtenus à l’aide du processus de désignation sont en rouge sur la figure5.37a. Nous constatons que le suivi, en bleu sur cette figure, permettant de déplacer l’éclairage en l’absence de zone d’intérêt désignée n’intervient qu’en de très rare occasion.

Ainsi le système, pour cette intervention, a réalisé 12786 réajustements allant du millimètre à une dizaine de centimètre (le cumul sur l’ensemble de l’intervention des réorientations de la coupole équivaut à un

(a) Déplacement de l’effecteur au cours d’un test réalisé en bloc opératoire.

(b) Histogramme des lieux de déplacements de la tache lumineuse.

Fig.5.37 – Résultats sur le déplacement de l’effecteur en conditions réelles.

déplacement au niveau de l’effecteur à 2.17m). Ceci met en évidence l’intérêt du système par rapport à une utilisation manuelle. En effet, il n’est pas concevable de demander à la panseuse ou au chirurgien d’actualiser l’orientation de la coupole à hauteur de ce nombre.

En résumé :

Les essais cliniques montrent que la loi de commande est effective malgré certains problèmes méca-niques du prototype. Des mesures palliatives ont permis de restreindre la portée de ces difficultés. Les essais en bloc ont montré que l’erreur de centrage obtenue est faible ce qui indique que la réorientation du système est adéquate. Le cumul des déplacements effectués indique que ce type d’asservissement permet un réel bénéfice pour l’équipe chirurgicale. Le nombre de réorientations au cours de l’opération montre qu’il n’est pas possible pour l’équipe chirurgicale d’accomplir cette tache, ce qui justifie la plus value de ce système.

5.4 Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons présenté le prototype développé dans cette étude. Nous avons vu les difficultés rencontrées en termes d’intégration moteur et d’exploitation de l’image ainsi que les mesures permettant de contourner ces problèmes (utilisation d’un filtre apodisant et d’un correcteur l’élimination des imperfections de conception).

Dans un deuxième temps, la mise en œuvre de la méthode de reconnaissance des objets dans la scène a été développée. La détection des instruments "actifs" grâce à l’intégration d’une étape de fusion d’attribut utilisant la forme et le mouvement se montre très satisfaisantes. Des essais en conditions réelles prouvent le bon comportement de la méthode et sa capacité à discriminer les phases où le chirurgien utilise un instrument ou non. Dans le cas de la peau, du sang et des champs stériles, seul l’attribut couleur est utilisé faute de puissance de calcul. Nous avons vu que l’éclairement localisé induit trois types

d’exposi-tions. Ces classes d’objets peuvent être normalement exposées, surexposées ou bien sous-exposées. Nous utilisons pour intégrer ces variations d’aspect un processus interne à l’attribut couleur qui se compose d’une fusion disjonctive. Les résultats sont suffisants pour cette application, mais toutefois perfectibles.

Des tests exhaustifs ont montré que la reconnaissance basée couleur est robuste aux très forts éclairements.

L’étape de désignation reposant sur une superposition des classes d’objets et d’un estimateur à noyaux montre que cette stratégie est appropriée au problème de localisation de la zone d’intérêt du chirurgie.

L’exploitation en bloc opératoire de ces deux strates (reconnaissance d’objets, désignation) en entrée d’une boucle d’asservissement visuel prouve le bénéfice apporté par ce système et s’articule autour de deux points :

1. la précision du système qui permet d’obtenir un placement de la tache lumineuse inférieure à 13pixels ;

2. l’éclairage opératoire asservi visuellement permet des réorientations continues.

Ces deux résultats montrent la plus value du système par rapport à une utilisation manuelle.