Robotique avancé et traitement des signaux pour l'amélioration de positionnement de vis pédiculaire

À mesure que les systèmes robotiques font leur apparition dans les salles d'opération, on attend d'eux qu'ils offrent une précision millimétrique dans la mise en place des vis pédiculaires. Cependant, la précision de positionnement ne garantit pas à elle seule la bonne exécution de l'intervention, car les plans chirurgicaux préopératoires représentent une version idéalisée de la réalité peropératoire, soumise aux mouvements du patient, à la déformation des tissus et à d'autres facteurs dynamiques. Dans la pratique, le chirurgien abandonne temporairement le plan initial et s'appuie sur ses sens et son expérience pour prendre des décisions tactiques concernant le point d'entrée et la trajectoire de forage. Cette thèse aborde le défi que représente le guidage de l'insertion des vis pédiculaires en toute sécurité et en temps réel en proposant un système coopératif qui intègre un transducteur ultrason mono-élément à un bras robotique chirurgical. L'hypothèse centrale est que lorsqu'une impulsion d'un transducteur ultrason est alignée avec le canal pédiculaire, elle se propage à travers l'os spongieux et produit un écho caractéristique à l'interface spongieuse-corticale ; la détection de cet écho permet d'identifier la trajectoire de forage optimale. Afin de valider cette méthodologie, une procédure complète a été développée, comprenant une modélisation bidimensionnelle de la propagation des ondes ultrasonores dans les vertèbres ainsi que la conception d'un changeur d'outils permettant de changer d'instrument sur la plateforme robotique. Dans le cadre de ces travaux, une interface graphique a été mise en place pour l'acquisition, la visualisation et le traitement en temps réel des signaux ultrasonores; en plus un algorithme de balayage a été intégré au contrôleur du robot afin d'estimer l'angle de forage optimal. La viabilité et l'efficacité du système ont été évaluées de manière séquentielle : Tout d'abord, à travers des expérimentations sur des modèles vertébraux simplifiés, puis dans des expérimentations ex-vivo utilisant des vertèbres porcines qui ont démontré un protocole chirurgical intégré dans lequel le robot scanne, sélectionne l'orientation du forage et exécute le forage, suivi d'une évaluation post-mesure de la trajectoire résultante. Les résultats démontrent la faisabilité d'une plateforme robotique qui effectue des mesures ultrasonores angulaires et le calcul des angles de forage optimaux. Ces travaux confirment le potentiel du guidage par ultrasons comme alternative efficace et non ionisante aux techniques conventionnelles, faisant progresser l'état de l'art en matière de chirurgie robotisée de la colonne vertébrale.