Action : CHIR - chir

<body bgcolor="#FFFFFF" text="#000000" link="#9944EE" vlink= "#0000FF" alink="#00FF00">  <a name="CHILD_LINKS" id= "CHILD_LINKS"><strong>Sous-sections</strong></a> <ul> <li><a name="tex2html153" href= "fonde_integrationf_mn.html#SECTION00033100000000000000" target="main" id="tex2html153"><small>Réalité augmentée</small></a></li> <li><a name="tex2html154" href= "fonde_integrationf_mn.html#SECTION00033200000000000000" target="main" id="tex2html154"><small>Intégration temps-réel sécurisée</small></a></li> </ul> <hr /> <h2><a name="SECTION00033000000000000000" id= "SECTION00033000000000000000">Intégration temps-réel sécurisée avec réalité augmentée</a></h2>  <a name="CHIR_fondements_integrationf" id= "CHIR_fondements_integrationf"></a> <p><strong>Mots clés :</strong> <i>recalage, réalité augmentée, intégration logicielle, temps réel, méthodes formelles, architecture de contrÔle .</i></p> <h3>Résumé :</h3> <div class="ABSTRACT"> <i>Lors du couplage de la phase pré-opératoire avec la phase per-opératoire, il s'agit enfin d'intégrer au système robotique les modèles et les plannings chirurgicaux construits et élaborés aux étapes précédentes. Ce couplage s'exerce sous la forme de superposition d'images par incorporation en temps-réel des images en provenance de la phase de planification.</i> <p><i>Il faut ici fournir la méthodologie et les outils nécessaires à l'intégration des différents composants logiciels et matériels requis pour un fonctionnement en temps réel dans un cadre clinique. L'utilisation de méthodes formelles permettra de certifier la correction d'un maximum de sous-systèmes.</i></p> </div> <h3><a name="SECTION00033100000000000000" id= "SECTION00033100000000000000">Réalité augmentée</a></h3> <p>Le corps du patient et les organes étant déformables, il est nécessaire de calculer leur déformation, en utilisant notamment les images endoscopiques. Ce recalage peut être basé sur des primitives issues d'une image monoscopique (recalage 2D/3D), ou sur une reconstruction locale 3D de la surface observée par un endoscope stéréoscopique (recalage 2.5D/3D).</p> <p>Les résultats de la modélisation et du recalage devront alors être utilisés pour guider le chirurgien dans son geste, par incrustation d'informations significatives pour celui-ci dans les images endoscopiques. Ces informations pourront être par exemple la localisation globale de l'endoscope par rapport au réseau coronarien (dans le cas du pontage cardiaque), et la position des artères présentes dans le champ de vision. Le problème essentiel consiste à visualiser dans des images instantanées un modèle recalé par rapport à des images acquises auparavant, et donc à estimer le mouvement 3D de l'endoscope et des organes entre ces deux instants.</p> <p>Concernant la phase de recalage temps réel pour une application de réalité augmentée, les travaux en cours s'intéressent plutÔt à la chirurgie du cerveau qu`à la chirurgie cardiaque. La difficulté de la chirurgie cardiaque réside essentiellement dans le fait que le déplacement des organes entre la phase pré-opératoire et per-opératoire est important, ce qui justifie l'utilisation de méthodes de recalage pour mesurer ces déplacements. De plus, dans le cas d'une opération à coeur battant, le coeur possède un mouvement propre important, qu'il est nécessaire de mesurer et de compenser.</p> <h3><a name="SECTION00033200000000000000" id= "SECTION00033200000000000000">Intégration temps-réel sécurisée</a></h3> <p>Le développement de systèmes de robotique chirurgicale repose essentiellement sur la mise en oeuvre de nombreux algorithmes provenant de différents domaines de recherche (automatique, vision, imagerie médicale, géométrie, informatique temps-réel, reconnaissance de la parole, etc). L'intégration de ces différents composants dans un cadre informatique commun, par sa complexité et son hétérogénéité, requiert l'utilisation de méthodes de génie logiciel comme, par exemple, la définition d'une architecture de programmation [<a href= "bibliographie_Toc.html#coste-maniere-simmons:00" target= "contents">9</a>].</p> <p>Aux considérations générales de génie logiciel viennent s'ajouter des préoccupations essentielles de sécurité et de fiabilité intrinsèques au domaine médical. En effet, bien que la sécurité soit un souci générique en robotique, celle ci prend une nouvelle dimension lorsque les robots doivent être utilisés en contact et à proximité des humains, en manipulant de surcroît des instruments chirurgicaux pouvant entraîner la mort. La sécurité des patients ou du personnel médical au bloc dépend de systèmes dont la conception et le fonctionnement interne dépassent leur compétence initiale. Il faut donc garantir que le système est fiable et qu'il répond à leurs attentes en matière de fonctionnement et de sécurité.</p> <p>Pour satisfaire cette préoccupation, des procédures légales de certification sont en cours d'utilisation par des instances officielles comme la Communauté Européenne ou la Food & Drug Administration pour garantir que les différentes parties (matérielles et logicielles) des systèmes robotiques sont conformes aux normes (par exemple la norme I<small>EC601</small>) avant autorisation de commercialisation.</p> <p>À l'heure actuelle, la partie logicielle des quelques robots médicaux proposés dans l'industrie est principalement validée par <span class="textit">tests</span>. On réalise des tests unitaires, où chaque sous-programme du logiciel est testé indépendamment des tests d'intégration. Ceux-ci examinent ensuite le bon fonctionnement de l'ensemble du logiciel. Les tests de validation fonctionnelle permettent eux de vérifier le bon fonctionnement en situation réelle, lorsque le logiciel est connecté à la ressource physique qu'il pilote, c'est-à-dire le système robotique et son ensemble de capteurs. Malheureusement, ces tests ne permettent pas d'affirmer qu'un logiciel est correct, car seul un sous ensemble fini des exécutions possibles est testé.</p> <p>Pour garantir de manière plus exhaustive la sécurité logicielle d'une application de robotique médicale, nous proposons de continuer les développements autour de notre <span class="textit">méthodologie de programmation temps réel, basée sur l'utilisation de méthodes formelles</span>[<a href= "bibliographie_Toc.html#IJRRSpecialIssue2" target= "contents">6</a>]. L'introduction de ces méthodes qui utilisent très largement des vérifications mathématiques est totalement novatrice dans le contexte de la robotique médicale.</p> <p><span class="textbf">Spécification et programmation d'applications :</span> un système de robotique médicale est en lui-même un système complexe pour lequel la spécification du contrÔle est un exercice délicat. Il est donc nécessaire de structurer la partie logicielle dans <span class= "textit">une architecture de contrÔle</span>. On souhaite assurer que l'exécution temps réel des différents modules informatiques est respectée et que le comportement de l'application reste correct dans tous les modes de fonctionnement, y compris en présence de pannes. Pour ce faire, nous poursuivons les études déjà entreprises dans le contexte <a name="tex2html6" href= "http://www.inrialpes.fr/iramr/pub/Orccad/" target="_top" id= "tex2html6">d'O<small>RCCAD</small></a> [<a href= "bibliographie_Toc.html#Orccad:98" target="contents">5</a>]. Au delà des algorithmes de contrÔle du robot, son utilisation dans notre contexte de chirurgie cardiaque robotisée devra être adaptée pour permettre l'exécution temps réel de nombreux algorithmes de vision et traitement d'images. Les premiers résultats obtenus dans ce domaine [<a href= "bibliographie_Toc.html#arias:99" target="contents">3</a>] seront approfondis. Le langage <a name="tex2html7" href= "ftp://ftp-sop.inria.fr/chir/publis/turro:99.pdf" target= "_top" id= "tex2html7">M<small>AEST</small>R<small>O</small></a> [<a href="bibliographie_Toc.html#CosteManiere_e.a.97" target="contents">10</a>,<a href= "bibliographie_ct.html#turro:99" target="contents">4</a>], qui est dédié à la programmation de missions robotiques sera également étendu dans ce contexte. L'objectif est de permettre à un non informaticien de programmer, à un haut niveau d'abstraction, la totalité de l'intervention, sans avoir à se soucier des détails d'implémentation sous-jacents.</p> <p>Cette activité implique la définition, d'une part, des entités manipulées (lois de commande, algorithmes de vision et traitement d'image, de génération de trajectoires...), et, d'autre part, de la sémantique et de la syntaxe des primitives de manipulation de ces entités.</p> <p><span class="textbf">Validation :</span> nous proposons d'utiliser des méthodes formelles afin d'apporter <span class="textit">la preuve rigoureuse (car mathématique) du bon fonctionnement des programmes avant leur exécution</span>. Actuellement, une partie seulement du logiciel que nous proposons est <a name="tex2html8" href= "ftp://ftp-sop.inria.fr/chir/publis/turro:99.pdf" target= "_top" id="tex2html8">validée de faÇon formelle</a> [<a href="bibliographie_Toc.html#turro:99" target="contents">4</a>] et nous souhaitons étendre les vérifications à l'<span class="textit">ensemble du logiciel de contrÔle</span>.</p> <p>Dans l'environnement de programmation M<small>AESTRO</small>, certaines propriétés du comportement global de l'application (logique d'enchaînement des algorithmes) sont garanties à l'aide de vérifications par méthodes comportementales. Cependant, la vérification formelle des programmes obtenus est pour l'instant effectuée, de faÇon classique, sur des automates finis. Nous étudierons la possibilité d'<span class="textit">effectuer des diagnostics</span>, c'est-à-dire d'interpréter les résultats de la vérification formelle, afin d'éclairer l'utilisateur sur les modifications à apporter au programme source M<small>AESTRO</small> en cas d'erreur.</p> <p>L'extension naturelle du système de vérification consiste à prouver que chacun des algorithmes pris séparément ne provoquera pas d'erreur d'exécution, par exemple de dépassement de capacité de calcul sur des nombres réels (division par zéro, validité des opérations mathématiques, etc) ou de manipulation incohérente des variables. En nous inspirant des travaux en cours pour la vérification du code de micro-contrÔleurs embarqué dans des stimulateurs cardiaques, nous prévoyons d'étudier l'adéquation du système C<small>OQ</small> en collaboration avec l'équipe L<small>OGICAL</small> pour vérifier le code des différentes actions mises en oeuvre lors de la réalisation d'une application.</p> <p>L'objectif est de rendre la programmation et la validation des applications robotiques accessibles à des utilisateurs non spécialistes des méthodes théoriques sous-jacentes et de faciliter ainsi leur diffusion.</p> </body>