Essais sur cadavre

avec une erreur moyenne de 3 mm qui peut être réduite de moitié avec la prise en

compte d’une carte d’élasticité des tissus. Cela montre l’intérêt des mesures

d’élas-tographie dans les algorithmes d’observation et de planification de trajectoire.

Enfin, les essais sur tissus biologiques ont mis en lumière les effets non

négli-geables de la structure de ces tissus sur le guidage. Les performances restent

cepen-dant satisfaisantes avec une erreur moyenne de ciblage de 1.7 mm.

Finalement, notre approche semble robuste aux conditions d’insertion, avec des

résultats convaincants quels que soient les paramètres d’insertion. Une discussion

détaillée de nos méthodes, étayée par ces résultats est proposée dans le chapitre8.

T

ABLEAU

7.4 – Résultats du guidage d’aiguilles flexibles.

Paramètres d’insertion Nombre d’insertions [longueur d’insertion (mm)] Décalage de la cible (mm) Erreur de ciblage (mm) i Gélatine homogène ¹⁰ [84] 11.8±3.0 [5.5; 16.3] ^<1∗ i ^{Gélatine homogène} avec obstacle 10 [93] 5.5±4.2 [0.9; 12.6] 1.3±0.6∗∗ [0.5; 2.0] ii Agar bicouche _[⁵ 90] 16.0±10.0 [3.6; 26.2] 3.0±1.5^∗∗ [1.2; 5.5] ii ^{Agar bicouche} avec élastographie 5 [93] 16.2±4.6 [10.3; 21.0] 1.5±0.9^∗∗ [0.3; 2.9]

iii ^{Gélatine homogène}

fantôme mou

7

[87]

6.3±2.4

[2.8; 8.9] ^<1^∗

iii Filet de porc ²⁵

[79]

4.6±1.8

[1.1; 7.5]

1.7±0.8^∗∗

[0.7; 3.7]

Guidage d’aiguille biseautée en nitinol de 24 Gauge.

Format : moyenne±écart type [min ;max].

∗Cible physique.

∗∗Cible virtuelle statique.

7.3 Essais sur cadavre

Les performances dans un environnement contrôlé ont été présentées dans la

section précédente. Si elles sont encourageantes, les conditions expérimentales que

nous avons présentées sont encore éloignées du contexte clinique réel. Dans la

pers-pective d’une applicabilité clinique, nous avons décidé de mettre en œuvre des essais

sur sujet anatomique.

7.3.1 Protocole expérimental

Pour ces essais, nous avons naturellement choisi le contexte de la curiethérapie

de la prostate.

Notre objectif pour ces premiers essais est le suivant : valider la capacité de la

solution proposée à atteindre une cible physique dans la prostate. Pour ce faire, afin

de disposer de cibles physiques à atteindre et visibles à l’échographie, des grains de

curiethérapie ont été implantés dans la prostate par voie endorectale (cf. Fig.7.14a).

Ces grains hyperéchogènes sont localisés manuellement dans les échographies 3D et

constituent les cibles à atteindre lors du guidage robotisé (cf. Fig.7.14b). La courbure

attendue lors du guidage est faible (autour de 0.0003 mm

⁻1

). Par conséquent, lors de

130 Chapitre 7. Intégration et expérimentation

ces premiers essais, le décalage entre la cible et l’aiguille au début de l’insertion est

choisi faible (de quelques millimètres).

(a) Schématisation du protocole expérimental.

(b) Première étape : implantation du grain de

cu-riethérapie par voie endorectale.

(c) Seconde étape : guidage robotisé de l’aiguille

jusqu’au grain.

F

IGURE

7.14 – Protocole expérimental proposé pour les essais sur sujet

anato-mique.

Ce protocole expérimental a été tout d’abord testé sur des tissus de porc. Un

fantôme, réalisé comme présenté dans la section7.2.4sert de support de validation.

La sonde est placée de biais pour représenter l’angle de visualisation de l’aiguille

lors des insertions sur sujet anatomique (cf. Fig.7.15a). Le grain cible est implanté

dans le tissu puis le guidage commence (cf. Fig.7.15b). Ces essais nous ont permis

de valider le bien fondé du protocole expérimental proposé, le grain étant visible à

l’échographie et atteint avec succès lors de la dizaine d’insertions réalisées.

(a) Dispositif expérimental. (b) Guidage réalisé au sein du framework

Ca-miTK.

F

IGURE

7.15 – Validation du protocole expérimental proposé pour les essais sur

7.3. Essais sur cadavre 131

7.3.2 Insertions dans la prostate

(a) Dispositif expérimental pour les essais

anato-miques. 1 - Robot PROSPER ; 2 - Sonde

échogra-phique 3D endorectale ; 3 - Périnée ; 4 -

Ordina-teur.

(b) Volume échographique correspondant.

F

IGURE

7.16 – Dispositif expérimental proposé pour les essais sur sujet

anato-mique.

Mise en place

Avec l’aide du Laboratoire d’Anatomie Des Alpes Françaises ainsi que la

collabo-ration de Gaëlle Fiard, urologue au CHU Grenoble Alpes, nous avons mis en place

les essais sur sujet anatomique. Le sujet est mis en position gynécologique (cf. Fig

7.16). Le protocole expérimental de mise en place est alors celui sus-cité ; le

proto-cole d’insertion, quant à lui, est similaire à celui décrit dans la section7.2.1.

Les aiguilles utilisées pour ces insertions sont biseautées, en acier ou en nitinol

de 24 Gauge. Nous n’avons pas pu réaliser de mesures d’élastographie, faute de

matériel adéquat. Le module de Young des tissus traversés sera donc choisi égal à 50

kPa [60] pour une courbure théorique deκ =0.0035mm

⁻1

pour l’aiguille en nitinol

etκ =0.0020mm

⁻¹

pour l’aiguille en acier. Par ailleurs, aucun obstacle n’est défini,

et la cible physique est suivie automatiquement tout au long de l’insertion.

Résultats

Aiguille en nitinol de 24 G

Les procédures tentées avec l’aiguille en nitinol de 24 G ont été un échec. En effet,

les tissus cadavériques étant difficiles à percer, nous n’avons pas réussi à insérer ces

aiguilles qui ont subi un flambage important, malgré la présence du guide d’aiguille

télescopique décrit en section7.1.1.

Aiguille en acier de 24 G

Comme pour les aiguilles en nitinol, les aiguilles en acier de 24 G percent

diffici-lement le périnée. En réalisant une petite incision de la peau au point d’insertion, il

a été possible d’insérer ces aiguilles du périnée jusqu’à la prostate.

132 Chapitre 7. Intégration et expérimentation

Au total, une douzaine d’insertions ont été réalisées. Les performances

obser-vées sont cependant mauvaises, avec un guidage d’aiguilles qui est en apparence

non fonctionnel. Aussi, présenter un tableau recensant les erreurs de ciblage ne nous

semble pas approprié dans ce cas. Cependant, l’observation de ces essais nous a

per-mis de mettre en évidence plusieurs facteurs qui ont contribué à l’échec du guidage.

Ces facteurs sont principalement :

- la mauvaise visibilité de l’aiguille pendant l’insertion ;

- la mauvaise localisation manuelle initiale de l’aiguille ;

- le comportement de l’aiguille qui diffère du modèle employé.

En effet, lors de ces essais, nous avons vu que la visibilité de l’aiguille était

gran-dement affectée par la nature des tissus traversés. L’aiguille est alors peu contrastée

dans les tissus (cf. Fig.7.17). Si elle est pour la plupart du temps segmentée

correc-tement, elle est régulièrement perdue pendant quelques secondes car non visible à

l’échographie.

Un second effet de cette mauvaise visibilité est la mauvaise localisation manuelle

initiale de l’aiguille dans les volumes échographiques 3D. Couplée à la mauvaise

visibilité, cela peut entraîner la perte de l’aiguille dans les volumes échographiques.

Enfin, à ces deux difficultés s’ajoutent de fortes perturbations telles qu’un effet

de flambage puis de relâchement rapide de l’énergie de déformation élastique

ac-cumulée. En outre, plus rarement, les fibres tissulaires peuvent s’enrouler autour de

l’aiguille, ce qui cause une déflection inattendue, voire paralyse le guidage de

l’ai-guille qui se retrouve bloquée dans les tissus. Enfin, le déplacement de la cible lors

de ces essais est conséquente (de 2 mm à 5 mm) ce qui perturbe encore davantage

l’insertion.

Insertion faite sur cadavre. Le suivi de l’aiguille a partiellement échoué.

F

IGURE

7.17 – Représentation 3D du guidage d’aiguilles flexibles dans un sujet

anatomique. Pour une meilleure visualisation, les images d’échographie présentées

dans les graphiques sont une combinaison de coupes 2D du volume 3D, acquis à la

Dans le document Guidage robotisé d’aiguilles flexibles sous échographie 3D (Page 138-142)