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Introduction équipe

Créée par le Pr Philippe Cinquin il y a plus de 3 décennies, l'équipe GMCAO a été pionnière dans le développement de dispositifs d'assistance aux gestes médico-chirurgicaux.
En France, cette équipe a d'ailleurs donné son nom au domaine de recherche correspondant. Le premier robot chirurgical français, développé par l'équipe pour la neurochirurgie stéréotaxique a été utilisé sur patient pour la première fois en 1989. C'était aussi un des tous premiers robots chirurgicaux mis en œuvre au plan mondial. Depuis cette équipe n'a cessé d'innover, tant sur le plan scientifique que sur le plan clinique. Le besoin constant de qualité du geste médico-chirurgical et la tendance croissante du développement d'approches minimalement invasives sur des cibles de plus en plus petites, grâce au diagnostic précoce, renouvellent constamment les défis de l'équipe.

Inspirés par cette problématique clinique et immergés dans un environnement hospitalo-universitaire, nous développons des activités de recherche dans les domaines du traitement de l'image médicale, de la fusion de données, de la modélisation et de la simulation en particulier biomécanique et de la robotique médicale. Forte de trois décennies d'activité, notre équipe développe également une activité de recherche translationnelle en relation étroite avec les partenaires cliniciens et des spécialistes en méthodologie de l'évaluation clinique.

Afin que nos résultats bénéficient quotidiennement au patient et au système de santé, de nombreux travaux sont transférés à des partenaires industriels pour permettre une utilisation de routine clinique. Dans certains cas, des entreprises sont créées pour effectuer ce transfert.

Le déploiement à grande échelle de nos travaux permet de les confronter à la réalité de la pratique clinique et dans une pratique vertueuse, elle réalimente constamment l'équipe par de nouveaux problèmes à résoudre pour aller plus loin.

Axes de recherche

L’équipe GMCAO a pour objectif clinique le développement de systèmes d’assistance aux gestes médico-chirurgicaux dans un contexte de réduction de l’invasivité de ceux-ci et dans celui d‘une rationalisation et d’une traçabilité des soins.

Les objectifs scientifiques principaux qui en découlent concernent la conception, le développement et l'évaluation de :

(1) méthodes de reconstruction, de traitement de l’image et de fusion de données,

(2) de modèles des organes et des procédures cliniques,

(3) simulateurs destinés à apprendre le geste, à le monitorer, ou à en anticiper les conséquences anatomiques, fonctionnelles voire esthétiques,

(4) et enfin l’élaboration de systèmes de guidage robotisés ou non.

Nous articulons notre activité de recherche selon trois axes : perception, raisonnement et action.

Les thématiques mentionnées ci-après ne sont pas une liste exhaustive de nos contributions mais mettent l'accent sur des projets récents ou en cours.

Du côté de la perception

Une partie de l‘activité est dédiée au développement de capteurs spécifiques per-opératoires (par exemple, acquisition de paramètres biomécaniques, endoscopie répartie, imagerie optique dans le visible ou dans le proche infrarouge) et des différentes méthodes d’exploitation de ces capteurs et de modélisation à partir des données acquises (par exemple, reconstruction 3D de type tomographique, suivi d’instrument en endoscopie).

Du côté du raisonnement

L‘introduction d‘informations a priori provenant de divers types de modèles (atlas, modèles statistiques, etc.) sert de base au développement de méthodes de segmentation et de recalage élastique de données multimodales ; le recalage temps réel sur la base de données per-opératoires vise le suivi de structures mobiles et déformables pour la mise à jour d’un planning opératoire.
Par ailleurs, des approches de modélisation biomécanique des organes sont développées pour supporter la thématique générale de la simulation et de la planification de gestes.
Enfin, nous proposons des approches originales pour aider en temps réel au bloc opératoire le chirurgien a prendre les meilleures décisions, sur la base de données multimodales faisant une place de plus en plus grande aux modalités optiques récentes (dont l’immunofluorescence).

Du côté de l'action

Nous travaillons sur la problématique des interfaces homme/machine spécifiques aux systèmes de GMCAO et sur le développement de nouvelles modalités d’interaction. Par ailleurs les activités autour du thème de la robotique médico-chirurgicale ont été renforcées autour du développement d’architectures de robot légers et compliants, portés par le corps du patient.

Développement et transfert clinique

Toutes ces activités de recherche sont supportées par une forte composante expérimentale allant jusqu’à la validation clinique.

L‘équipe GMCAO est à l’origine du développement et de la promotion de la plateforme open-source CamiTK (Computer Assisted Medical Intervention Tool Kit) pour le prototypage d’applications en GMCAO, la thésaurisation des technologies et des savoir-faire dans les domaines de l’imagerie médicale, de l’analyse d’images, de la modélisation biomécanique, et de la robotique.

Afin de raccourcir le temps de cycle allant du concept inspiré par un problème clinique au système opérationnel rendant un service médical, l'équipe a également mis en place le Centre d'Excellence ECCAMI, plateforme de compétences et d'équipements au service des acteurs académiques, cliniques et industriels.

Programmes de recherche
Programmes de recherche

Programmes de recherche financés

L’équipe GMCAO a une position en pointe sur les projets d’Investissements d’Avenir avec la coordination
(1) du Labex CAMI qui regroupe les 6 principaux laboratoires français de GMCAO et
(2) du sous-réseau « robotique médicale » de l’Equipex Robotex.

L‘équipe a également connu un fort taux de succès dans les réponses aux Appels à Projets (avec par exemple, au cours du dernier quinquennal, une participation à 14 projets ANR dont 7 étaient ou sont coordonnés par notre équipe de recherche).

 

Nos contrats et programmes de recherche :

Projet DEPORRA-2

Dispositif et systEmes ciblés pour la PrOstatectomie Radicale Robotisée Augmentée #2
Responsable(s) : Sandrine VOROS
Contrat : AGENCE NATIONALE DE LA RECHERCHE (ANR-14-CE17-0009) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2014-2019]
DEPORRA2 veut démontrer que l’on peut offrir au chirurgien, grâce à un environnement robotisé "augmenté", la possibilité d’explorer en per-opératoire et de manière plus pertinente, le tissu prostatique en enrichissant les images laparoscopiques par des images échographiques (voie endo-urétrale), et par des images de mini-caméras.

Convention LABEX CAMI

LABEX CAMI – Gestes Médico-Chirurgicaux Assistés par Ordinateur
Responsable(s) : Jocelyne TROCCAZ
Contrat : >Laboratoires d'excellence - AGENCE NATIONALE DE LA RECHERCHE (11-LABX-0004) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2012-2019]
>CAMI-Labex claims a contribution to fulfilling patient’s demand for Quality during interventions by: i) structuring French skills in CAMI into a structured and internationally visible Task Force; ii) offering senior clinical operators the possibility to see beyond the immediately visible, to be assisted in their real-time vital decisions and to access to enhanced dexterity, and teaching junior operators “to fly” before being left alone; iii) demonstrating the medical benefit of CAMI innovations; iv) promote wide industrial dissemination of these innovations.

Convention ROBOTEX

Réseau national de plateformes robotiques d'excellence
Responsable(s) : Jocelyne TROCCAZ
Contrat : AGENCE NATIONALE DE LA RECHERCHE (10-EQPX-0044) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2012-2019]
Équipements d'excellence - Réseau national de plateformes robotiques d'excellence.

Projet PI-R2

Système d'assistance en radiologie interventionnelle abdomino-pelvienne
Responsable(s) : Céline FOUARD
Contrat : SATT Linksium, Technology transfer and startup building Grenoble Alpes - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2017-2017]
Maintient, positionne et insert une aiguille compatible scanner et IRM. Les bénéfices attendus sont : gain de temps, réduction de l’irradiation (patient et clinicien), gain de précision sur des gestes compliqués, développement des gestes (en particulier sous IRM).

Prévention Ulcères Pied

Responsable(s) : Yohan PAYAN
Contrat : Projet International de Coopération Scientifique (PICS) France-Israël - CNRS - [1970]

Projet FOCUS

Responsable(s) : Jocelyne TROCCAZ
Contrat : AGENCE NATIONALE DE LA RECHERCHE (ANR-16-CE19-0011) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2017-2020]
Système de planification et de guidage pour la curiethérapie focale de la prostate.

Projet TAENIA

Responsable(s) : Philippe CINQUIN
Contrat : SATT Linksium, Technology transfer and startup building Grenoble Alpes - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2017-2018]
Projet TAENIA.

ECCAMI Plateformes 2016

Responsable(s) : Yohan PAYAN
Contrat : IBISA - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2017-2018]
Subvention plateforme IBISA (Infrastructures en Biologie Santé et Agronomie).

Projet 3D4CARM

Responsable(s) : Laurent DESBAT
Contrat : Région Auvergne-Rhône-Alpes - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2017-2020]
Solution de kit de reconstruction 3D pour l'imagerie interventionnelle osseuse.

Projet FOTONG

Responsable(s) : Yohan PAYAN
Contrat : Projet IdEx Sorbonne Universités - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2017]
Fossil tongues − FOTONG

Projet PICS Prévention Ulcères

Responsable(s) : Yohan PAYAN
Contrat : Projet International de Coopération Scientifique (PICS) France-Israël - CNRS - [2017]
Prévention des ulcères du pied diabétique

Projet VATSnext

Responsable(s) : Yohan PAYAN
Contrat : France Life Imaging (FLI) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2017]
Images et modèles pour le guidage d’intervention par vidéo-thoracoscopie

Projet biomécanique et tissus mous

Responsable(s) : Yohan PAYAN
Contrat : Programme Hubert Curien France - Nouvelle-Zélande (Campus France) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2017]
Modélisation biomécanique des tissus mous du sein pour une assistance à la chirurgie

Projet ANATOMY 2020

Responsable(s) : Jocelyne TROCCAZ
Contrat : AGENCE NATIONALE DE LA RECHERCHE (ANR-16-CE38-0011) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2016-2021]
Outils d'interaction avec le corps pour l'apprentissage actif de l'anatomie.

FASSIL

Responsable(s) : Jocelyne TROCCAZ
Contrat : Région Auvergne-Rhône-Alpes, FUI - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2016-2021]
Fabrication additive pour la santé : nouveaux matériaux Silicone.

Projet Imagerie et génération de modèles biomécaniques

Responsable(s) : Yohan PAYAN
Contrat : Fondation pour la Recherche Médicale (FRM) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2016]
Imagerie pour la génération de modèles biomécaniques personnalisés de la jambe : applications à l’arthrodèse de cheville et à l’ostéotomie tibiale

Projet MIRAS

Responsable(s) : Jocelyne TROCCAZ
Contrat : BPI - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2015-2018]

Projet DEPORRA 2

Responsable(s) : Sandrine VOROS
Contrat : AGENCE NATIONALE DE LA RECHERCHE (ANR-14-CE17-0009) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2014-2019]
Dispositif et systEmes ciblés pour la PrOstatectomie Radicale Robotisée Augmentée #2.

FUI MIRAS 2014

Responsable(s) : Jocelyne TROCCAZ
Contrat : Région Auvergne-Rhône-Alpes - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2014-2018]

LABEX

Responsable(s) : Jocelyne TROCCAZ
Contrat : AGENCE NATIONALE DE LA RECHERCHE (11-LABX-0004) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2012-2019]
LABEX CAMI – Gestes Médico-Chirurgicaux Assistés par Ordinateur.

ROBOTEX

Responsable(s) : Jocelyne TROCCAZ
Contrat : AGENCE NATIONALE DE LA RECHERCHE (10-EQPX-0044) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2012-2019]
Réseau national de plateformes robotiques d'excellence.

PIR

Responsable(s) : Céline FOUARD
Contrat : SATT Linksium, Technology transfer and startup building Grenoble Alpes - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2017-2017]
Projet PIR 2.

Projet CQFD

Chirurgie à Qualité et Fiabilité Démontrées
Responsable(s) : Philippe CINQUIN
Contrat : AGENCE NATIONALE DE LA RECHERCHE (ANR-14-LAB3-0002) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2014-2017]
Chirurgie à Qualité et Fiabilité Démontrées.

Projet Biopsies optiques pour PRR

Responsable(s) : Sandrine VOROS
Contrat : AGENCE NATIONALE DE LA RECHERCHE - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2013-2017]
Biopsies optiques pour la prostatectomie radicale robotisée.

Projet NOCT

Dispositif d'aiguille d'imagerie par OCT naviguée
Responsable(s) : Philippe CINQUIN
Contrat : AGENCE NATIONALE DE LA RECHERCHE (ANR-13-TECS-0008) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2013-2017]
Dispositif d'aiguille d'imagerie par OCT naviguée.

Convention CHU Nantes

Responsable(s) : Yohan PAYAN
Contrat : Convention Reversement CHU Nantes - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2013-2017]
Étude préliminaire en vue de la prévention des escarres à l'aide d'un dispositif embarqué.

Projet DROITE

Reconstruction Dynamique de Région d'Intérêt en Tomographie. Théorie et Expérimentations
Responsable(s) : Laurent DESBAT
Contrat : AGENCE NATIONALE DE LA RECHERCHE (ANR-12-BS01-0018) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2012-2017]
Membres
Introduction membres

L'équipe est composée d'une vingtaine de chercheurs, enseignants chercheurs, cliniciens associés ou personnels ITA. Entre 15 et 20 thèses sont couramment en préparation au sein de l'équipe. Post-doctorants et stagiaires de Master sont également régulièrement accueillis.

Responsable(s)

Permanents

Autres

Doctorants

Thèses

Les thèses en cours au sein de l'équipe:

Plateformes - Ressources
CamiTK

CamiTK is a rapid prototyping toolbox for software solutions in Computer Assisted Medical Intervention (CAMI). The benefit for using our solution are multiple :

  • Prototyping development time reduced by 30% to 50%
  • Acceleration of convergence between research and clinical validation in CAMI
  • Commercialisation of proprietary modules with high freedom-to-operate
  • Clear intellectual property status of the different bricks within a solution
  • Credibilisation of a CAMI project proposal

 

PLATEFORME ECCAMI (www.eccami.fr)

 

Plateforme Eccami

 

Afin de raccourcir le temps de cycle allant du concept inspiré par un problème clinique au système opérationnel rendant un service médical, l'équipe GMCAO a mis en place le Centre d'Excellence ECCAMI, plateforme de compétences et d'équipements au service des acteurs académiques, cliniques et industriels. Ce centre d’excellence dédié à l’amélioration et à la valorisation des interventions médicales assistées par ordinateur se veut le “guichet unique” à destination de ces acteurs, pour toutes les démarches de prospection, d’échanges et d’innovation.

Une plateforme matérielle et logicielle est ainsi mise à disposition des membres ECCAMI, regroupant du matériel de pointe (C-Arm motorisé, détecteur numérique, station de laparoscopie et d’élastographie dernières générations…) ​ainsi que des licences logicielles (calcul mécanique ANSYS, prototypage rapide CamiTK).

Contact : contact [at] eccami.fr


Collaborations & Partenariats

 

Collaborations scientifiques

L’équipe GMCAO a des collaborations locales (avec les autres équipes de TIMC-IMAG et avec plusieurs laboratoires de la COMUE Université de Grenoble Alpes), régionales (notamment au sein d'actions financées par la Région Auvergne Rhône-Alpes), nationales (notamment à travers le Labex Caml qu’elle coordonne) et internationales (Canada, Singapour, Chili, Israël, Chine, Iran, Mexique, etc.).

Les collaborations scientifiques impliquent généralement des co-encadrements de thèses avec les laboratoires partenaires français ou étrangers.

Collaborations cliniques

Un autre point fort de l’équipe concerne son ancrage au sein du monde médical. Le CIT-IT Maxitech et les cliniciens du CHU de Grenoble Alpes sont naturellement nos partenaires privilégiés avec des projets dans les domaines de l’urologie, la chirurgie digestive, l’orthopédie, la chirurgie vasculaire, la neurochirurgie, la chirurgie maxillo-faciale ou la radiologie interventionnelle, la radiothérapie, etc.
L‘équipe développe également (ou a développé) des partenariats avec de nombreux autres centres cliniques en France (CHU de Toulouse Purpan, Hôpital de la Pitié Salpêtrière à Paris, Clinique Mutualiste des Eaux Claires de Grenoble, CMUDD pour ne citer que les principaux) dans des spécialités très diverses de chirurgie, radiologie et médecine.

Au-delà des projets listés précédemment cette collaboration implique l’accueil de cliniciens au laboratoire pour la préparation de masters et de thèses de science.

Collaborations industrielles

L'équipe est à l'origine directe ou indirecte de la création de plus de 10 entreprises depuis 1995: on citera PRAXIM (GMCAO, lauréate en 2005 du grand prix IST), CAD-Implant (GMCAO pour l'implantologie dentaire), KOELIS (gmcao pour l'urologie), ENDOCONTROL Medical (robotique pour l'endoscopie), IMACTIS (gmcao pour la radiologie interventionnelle), SurgiQual Institute (développement et certification de systèmes gmcao), UroMEMS (microtechnologies pour l'urologie), Texisense (textiles intelligents). Les sociétés UroMems et Texisense  ont été lauréates du concours national OSEO d‘aide à la création d’entreprises de technologies innovantes. Des accords de transfert industriel et/ou des collaborations sur le long terme existent avec ces entreprises.

On compte pour l'équipe un portefeuille de plusieurs dizaines de brevets internationaux déposés par l'UGA ou le CNRS, quelquefois en co-propriété avec des partenaires industriels.

L'équipe a également soutenu les entreprises A3 Surgical, lmactis et Surgivisio lauréates de la première édition du Concours Mondial de l’Innovation.

D'autres collaborations existent avec des entreprises et des grands groupes industriels (liste à compléter) dans le cadre de contrats directs de recherche ou de projets collaboratifs (ANR, FUI, etc.).

L’équipe fait par ailleurs partie de l’Institut Carnot LSI (Logiciels et Systèmes Intelligents).

 

    Contact

    Adresse : TIMC-IMAG laboratory, Pavillon TAILLEFER, 38706 LA TRONCHE CEDEX - FRANCE