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Activités de recherche autour du plateau Technique RobChir

Working on translationnal activities in surgical robotic inside LIRMM office located in the new medical school of Montpellier, France. Projets autour de RobChir

Les activités de recherche liées au plateau Technique RobChir sont focalisées sur la conception et la commande de dispositifs médicaux, l'assistance aux gestes chirurgicaux, l'apprentissage et l'évaluation du geste et également sur le guidage du geste par réalité augmentée et par capteurs (vision, retour de force, etc.). Ils sont développés en collaboration étroite avec les praticiens hospitaliers et les équipes de recherches cliniques des différents CHU régionaux, nationaux et internationaux (CHRU de Montpellier, Nîmes, Grenoble, Pise, Dundee, etc.) et de l'INSERM. Toutes ces activités sont conduites avec un objectif de valorisation et de transferts clinique et industriel. Ces travaux font ainsi l’objet de réalisation de prototypes (logiciel et/ou mécatronique) et sont validés expérimentalement en laboratoire et, le cas échéant, avec des études pré-cliniques ou cliniques (validations in-vitro sur fantômes, ex-vivo ou bien encore sur cadavre). Ces activités ont pour champ d’applications, la chirurgie mini-invasive et endoluminale robotisée, la radiologie interventionnelle ou bien encore l'apprentissage et l'évaluation du geste chirurgical robotisé. Quelques exemples de ces activités sont donnés ci-après.

Projet Medmax

Actuellement, face à une perte de substance mandibulaire, la technique chirurgicale conventionnelle est de réaliser une reconstruction osseuse autologue par lambeau libre de fibula (greffe osseuse fibulaire) revascularisé au niveau des vaisseaux cervicaux. La difficulté principale de cette chirurgie réside dans la conformation de l’os fibulaire long et rectiligne, en un lambeau angulé dans les 3 plans de l’espace pour s’adapter à la forme de la mandibule à reconstruire. Dans le cadre du projet MedMax (financé  par la Fondation des Gueules Cassées, le Labex CAMI et le Labex Numev), l’équipe de robotique chirurgicale (Dr. Nabil Zemiti, Pr. Philippe Poignet et Michael Ohayon) du Laboratoire d’Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM) et les services de chirurgie maxillo-faciale et stomatologie et ORL du CHU Montpellier (Dr. Marie de Boutray et Pr. Renaud Garrel) ont développé une technique de conformation fibulaire robot-assistée couplée à une modélisation virtuelle des ostéotomies. Les premières expérimentations pré-cliniques sur modèle cadavérique se sont déroulées le 8 avril 2021 au sein du Laboratoire d’Anatomie de la Faculté de Médecine de Montpellier que nous remercions. Elles ont permis de valider cette nouvelle approche chirurgicale.

Responsables : M. de Boutray, N. Zemiti, P. Poignet

Contacts : m-deboutray(at)chu-montpellier.fr/ nabil.zemiti(at)lirmm.fr / philippe.poignet(at)lirmm.fr

Financements : Fondation des Gueules Cassées, LabEx CAMI, LabEx Numev

Projet Chirurgie robotisée de l'épaule

Dans le contexte de la chirurgie orthopédique et plus précisément en chirurgie de prothèse totale d’épaule, le bon positionnement de l’implant glénoïdien est l’un des déterminants du résultat fonctionnel et de sa longévité. Il est dépendant du positionnement initial d’une broche guide. L’instrumentation conventionnelle est caractérisée par une variabilité importante de positionnement même quand elle est réalisée par des cliniciens experts. Les solutions de chirurgie assistée par ordinateur permettent un positionnement précis et reproductible avec certaines limites. L’équipe de robotique chirurgicale (Dr. Nabil Zemiti, Pr. Philippe Poignet) du LIRMM et le service de chirurgie orthopédique du CHU de Montpellier (Pr. Michel Chammas, Pr. Bertrand Coulet et Dr. Pierre-Emmanuel Chammas) avons proposé dans ce projet de mettre en place une assistance robotique pour un positionnement précis et reproductible de la broche glénoïdienne par rapport à l’usage d’une instrumentation conventionnelle. Nous avons démontré lors d’une étude préclinique réalisée au niveau de la faculté de médecine de Montpellier que notre solution permettait un positionnement angulaire plus précis et reproductible de la broche glénoïdienne et ce indépendamment du niveau d’expertise de l’opérateur.

Responsables : P-E. Chammas, N. Zemiti, P. Poignet

Contacts : p-chammas(at)chu-montpellier.fr/ nabil.zemiti(at)lirmm.fr / philippe.poignet(at)lirmm.fr

Financements : LabEx CAMI, LabEx Numev

Projets Optifusion et RobEcho

Au cours d’une chirurgie d’implantation cochléaire, le suivi du trajet du porte électrode lors de son insertion dans la cochlée est un enjeu majeur pour le chirurgien ORL. Dans le cadre du projet Optifusion (financé par la  Fondation "Agir pour l’audition") et du projet FEDER RobEcho (financé par la Région Occitanie), l’équipe de robotique chirurgicale (Lucas Lavenir, Dr. Nabil Zemiti, Pr. Philippe Poignet, Dr. João Cavalcanti Santos et Pierre Chatellier) du Laboratoire d’Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM) et le service ORL du CHU de Montpellier (Pr. Fréderic Venail et Dr. Akil Kaderbay) travaillent sur le développement d’un logiciel de navigation basé sur une sonde ultrasonore dédiée et développée par la société Vermon pour visualiser en temps réel et en 3 dimensions les structures de l’oreille moyenne et de la cochlée. Cette sonde est portée par le système RobOtol de chez Collin Medical, ce qui ouvre la possibilité de suivi automatique du mouvement d’insertion et de guidage de l’électrode. L’aboutissement de ce projet ouvrira la voie à des interventions thérapeutiques plus sûres pour les pathologies de l’oreille interne, telles que l’administration in situ de médicaments ou la thérapie génique qui ne peuvent être réalisées sans risque avec les outils dont les chirurgiens ORL disposent actuellement. Les premiers tests de la sonde manipulée par le RobOtol en conditions réelles sur pièce anatomique se sont déroulés le 1er et le 8 avril 2021 au sein du Laboratoire d’Anatomie de la Faculté de Médecine de Montpellier que nous remercions. Les résultats sont très encourageants et prometteurs.

Responsables : N. Zemiti, P. Poignet, F. Venail

Partenaires : LIRMM, INSERM, Société Neurelec, Société Collin Medical

Contacts : nabil.zemiti(at)lirmm.fr / philippe.poignet(at)lirmm.fr / f-venail(at)chu-montpellier.fr

Financements : Fondation Agir pour l'Audition, Région Occitanie.

Projet Ily

Dans le cadre d’un contrat de collaboration avec le CHU de Nîmes (Pr. Stéphane Droupy) et la société Sterlab (groupe MxM), nous avons conçu et développé une nouvelle plateforme d'urétéroscopie flexible robotisée qui a été marquée CE en septembre 2018 et qui offre une modalité de télé-opération avec un module de compensation active des mouvements physiologiques (Thèse CIFRE D. Cavard/CHU Nîmes/Sterlab). Ce module est basé sur un algorithme d’estimation et de suivi de mouvements référencé images endoscopiques 2D. La difficulté étant ici de travailler avec des images endoscopique 2D fortement bruitées. Cette plateforme a été validée sur un modèle animal et sur modèles cadavériques à la Faculté de Médecine de Montpellier. Le dispositif a été testé sur patient (1st in man) en novembre 2019. Ce dispositif est actuellement en phase d’essais cliniques et a été testé sur plus de 40 patients en France depuis novembre 2019. Il sera commercialisé par la société Sterlab. Ce projet a été valorisé notamment à travers la signature fin 2019 d’un contrat d’exploitation avec le CHU de Nîmes et la société Sterlab.

Responsables : N. Zemiti, P. Poignet

Contacts : nabil.zemiti(at)lirmm.fr / philippe.poignet(at)lirmm.fr

Financements : Société Sterlab.

Réalité augmentée pour la résection tumorale

Dans le cadre d’une collaboration avec l’équipe ORL du CHU de Montpellier (Pr. Renaud Garrel) et de l’équipe de chirurgie digestive de l’Institut du Cancer de Montpellier (ICM) (Pr. Ph. Rouanet et Dr. Christophe Taoum), nous avons travaillé sur l’augmentation des capacités de perception du chirurgien par réalité augmentée pour la résection tumorale par chirurgie robotisée (chirurgie de la base de langue et chirurgie du rectum) : thèse de J. Shen en collaboration avec le LTSI à Rennes, Labex CAMI, soutenue en décembre 2019.

Responsables : N. Zemiti, P. Poignet,

Contacts : nabil.zemiti(at)lirmm.fr / philippe.poignet(at)lirmm.fr

Financements : LabEx CAMI, LabEx Numev, Fondation ARC.

Robotique flexible pour l'ORL

Dans le contexte de la chirurgie ORL et toujours en collaboration avec l’équipe ORL du CHU de Montpellier, nous avons également développé une plateforme robotisée basée sur le principe des Robots à Tubes Concentriques (RTC) pour la résection des tumeurs profondes situées au niveau du lobe frontal du cerveau.

Responsables : C. Liu, P. Poignet

Contacts : chao.liu(at)lirmm.fr / philippe.poignet(at)lirmm.fr

Financements : LabEx CAMI



Projet MedMax1

Dans le cadre du projet MedMax1 (financé  par la Fondation des Gueules Cassées), l’équipe de robotique chirurgicale (Dr. Nabil Zemiti, Pr. Philippe Poignet) et les services de chirurgie maxillo-faciale et stomatologie du CHU Montpellier (Dr. Arnaud Damecourt) ont développé méthode de repositionnement de l’os zygomatique robot-assistée. Les premières expérimentations pré-cliniques sur modèle cadavérique ont été réalisées au sein du Laboratoire d’Anatomie de la Faculté de Médecine de Montpellier que nous remercions. Elles ont permis de valider cette nouvelle approche chirurgicale.

Responsables : A. Damecourt, N. Zemiti, P. Poignet

Contacts : a-damecourt(at)chu-montpellier.fr / nabil.zemiti(at)lirmm.fr / philippe.poignet(at)lirmm.fr

Financements : Fondation des Gueules Cassées.



BLOC-PRINT II

Dans le cadre du projet ANR "BLOC-PRINT II" (Plateforme de bioimpression in situ pour la réparation des brûlures et des plaies chroniques) l'objectif est de développer une plateforme de bioimpression grâce à un bras robotisé nouvelle génération permettant de prendre en charge d’une part la bioextrusion de cellules provenant du tissu adipeux permettant la bioimpression du derme afin de combler la perte de substance et d’autre part la bioimpression par jet d’encre afin de déposer les cellules de l’épiderme sur les plaies et accélérer la cicatrisation. Nous travaillons actuellement sur le développement d'une une plateforme de bioimpression robotisée sur des tissus présentant des mouvements physiologiques.

Responsables : N. Zemiti, P. Poignet,

Contacts : nabil.zemiti(at)lirmm.fr / philippe.poignet(at)lirmm.fr

Partenaires : LIRMM, société LabSkin Creations (porteur), ICBMS, Hôpital Civil de Lyon (HCL)

Financements : ANR - ASTRID Maturation – Edition 2020 – session 2

Apprentissage et évaluation du geste

Afin d'améliorer les conditions d'entraînement et d'apprentissage du geste chirurgical en laparoscopique robotisée, nous développé en collaboration avec P. Jannin (LTSI, Rennes) des travaux de recherche sur l’analyse, la reconnaissance et le guidage des gestes d’entraînement en chirurgie laparoscopique robotisée (Thèse F. Despinoy, Labex CAMI, soutenue en décembre 2015). Nous avons également évalué l'utilisation d'une nouvelle interface homme-machine sans contact et bas coût pour la commande des robots chirurgicaux. La plateforme de robotique chirurgicale était le cœur expérimental de ces travaux.

Responsables : N. Zemiti, P. Poignet

Contacts : nabil.zemiti(at)lirmm.fr / philippe.poignet(at)lirmm.fr

Financements : LabEx CAMI

Interface Haptique portable pour l'apprentissage du geste

Toujours dans le contexte de l'entraînement et l'apprentissage du geste chirurgical robotisé, nous avons initié, en septembre 2017, une collaboration avec A. Okamura de l’Université de Stanford pour le développement de nouvelles interfaces portables intégrant un retour haptique pour l’entraînement en chirurgie robotisée (accueil de J. Walker, doctorante à l’Université de Stanford pour une durée de 6 mois - Bourse Chateaubriand 2017/2018). Ces travaux se sont poursuivis dans le cadre d’un post-doctorat au LIRMM (travaux de recherche en cours de G. GIL, Labex CAMI) et de la thèse de J. Walker à Stanford. Cette collaboration a permis la mise en place d’un des piliers de l’IRP (International Research Program Lab. labellisé par le CNRS) entre le LIRMM et l’Université de Stanford (démarré en mai 2019).

Responsables : N. Zemiti, P. Poignet

Contacts : nabil.zemiti(at)lirmm.fr / philippe.poignet(at)lirmm.fr

Financements : LabEx CAMI, Bourse Chateaubriand



Analyse et évaluation du geste chirurgicale par sEMG

Dans le cadre d’un projet de recherche collaboratif avec l’Institut du Cancer de Montpellier (financé par le Labex NUMEV en 2019), nous travaillons sur l’amélioration de l'efficacité et l’ergonomie des méthodes actuelles d'entraînement chirurgical et d'évaluation des compétences. Pour cela, nous proposons d’intégrer l'état musculaire de l'opérateur comme nouvelle matrice de performance. De nouvelles méthodes ont été mises au point pour calculer ou estimer ces informations d'état à partir des signaux électromyographiques de surface mesurés (sEMG).

Responsables : C. Liu, N. Zemiti

Contacts : chao.liu@lirmm.fr / nabil.zemiti(at)lirmm.fr

Financements : LabEx Numev


Radiologie interventionnelle

Pour faciliter et surtout fiabiliser la réalisation du geste de positionnement de l'aiguille en radiologie interventionnelle,notamment sur des organes soumis à des perturbations, liées à des mouvements physiologiques par exemple, un dispositif compact en état de tenségrité et compatible IRM a été conçu et développé en collaboration avec l’équipe EAVR d’ICUBE dans le cadre d’une thèse (Labex CAMI). Ces travaux se sont poursuivis au niveau du LIRMM à travers une thèse de doctorat qui porte sur la conception et la commande d’un nouveau dispositif de tenségrité à deux degrés de liberté avec un actionnement déporté par câbles.

Responsables : S. Abdelaziz, P. Poignet

Contacts : salih.abdelaziz(at)lirmm.fr / philippe.poignet(at)lirmm.fr

Financements : Labex CAMI



Projet Flexter: Microrobotique médicale flexible pour le diganostic et les thérapies gastro-intestinales

Développé sous la forme d’un projet intégré du LABEX CAMI, en collaboration avec les laboratoires ICUBE (Strasbourg) et TIMC (Grenoble), le projet FLEXTER (Flexible Medical Micro-robotics for gasto-intestinal diagnosis and therapy), porté par l’équipe DEXTER, vise le développement d'une technologie de conception et de fabrication de systèmes microrobotiques pour la réalisation de tâches médicales non invasives. Ces dispositifs sont destinés principalement à des thérapies liées aux maladies en lien avec le contrôle de l'environnement gastrique (obésité, diabète, intolérances à certaines substances, etc.). L'objectif est d'aboutir à des concepts de microrobots transitant par le tube digestif ou y séjournant pour des thérapies de longue durée. Les travaux menés dans le cadre de la thèse de M. Ben Salem ont permis d’aboutir à des dispositifs miniaturisés (capsules endoscopiques) pour le prélèvement d’échantillons du microbiote intestinal.

Responsables : Y. Haddab

Contacts : yassine.haddab(at)lirmm.fr

Financements : LabEx CAMI

Projet Endoflex : Conception d'un robot polyarticulé discret pour l'endoscopie à l'aide de structures multistables.

Ce projet vise à proposer et à développer une nouvelle génération d'endoscopes compatibles avec la chirurgie minimalement invasive, également dite "sans cicatrice". Il est le fruit d'une collaboration entre les équipes DEXTER-Lirmm (Montpellier) et AVR-ICube (Strasbourg), et est soutenu par le LabEx CAMI. Lors d'une opération chirurgicale, le traumatisme pour un patient est proportionnel à l'invasivité de la procédure à laquelle il fait face. Afin de réduire ce phénomène, les chirurgiens cherchent désormais à exploiter les orifices naturels comme porte d'entrée vers l'organisme. Ce choix impose néanmoins aux dispositifs robotiques des contraintes dimensionnelles importantes ainsi que la capacité de suivre des trajectoires complexes. Les travaux développés dans le cadre du projet Endoflex s'inspirent de mécanismes utilisés dans les domaines de l'aérospatial et de l'horlogerie de haute précision. Les principes proposés ont permis la conception de sous-unités (ou modules) à caractère multistable, c'est-à-dire capables de maintenir des positions sans apport continu d'énergie. Cette approche constitue une alternative avantageuse (absence de frottements et de jeux mécaniques) par rapport aux endoscopes et robots utilisés à l'heure actuelle, actionnés par des câbles. L'assemblage de plusieurs modules permet d'obtenir un robot intégralement pilotable et dont les multiples configurations sont précisément identifiables et obtenues au moyen d'un faible coût énergétique.

Responsables : Y. Haddab

Contacts : yassine.haddab(at)lirmm.fr / benjamin.calme(at)lirmm.fr

Financements : LabEx CAMI




Collaborations Nationales et Internationales autour de RobChir

Le Plateau Technique de Robotique Chirurgicale est au coeur de plusieurs collaborations nationales et internationales parmi lesquelles il convient de citer celles réalisées dans le cadre :

  • des PIA « EquipEx ROBOTEX nœud robotique médicale », « EquipEx+ TIRREX » , LabEx CAMI (co-encadrement de thèses avec les laboratoires LTSI à Rennes, ISIR à Paris, TIMC à Grenoble, LATIM à Brest et ICube à Strasbourg), LabEx NUMEV (projets collaboratifs Montpelliérains),
  • de projets ANR (ANR ContInt USComp 03/2009 - 02/2012, ANR TecSan ROBACUS 03/2012 - 08/2016),
  • de projets de recherche translationnelle avec les CHU de Montpellier et de Nîmes, l’INSERM et le monde industriel (Sociétés Sterlab, Zimmer Biomet, ...),
  • du projet de recherche développé en collaboration avec Prof. A. Okamura du laboratoire CHARM de l’Université de Stanford. Ce projet a permis la mise en place d’un des piliers de l’IRP (International Research Program labellisé par le CNRS) entre le LIRMM et l’Université de Stanford (démarré en mai 2019)..

Projets collaboratifs industriels et transfert Technologique :

  • Collaboration avec la société « Sterlab » et le service d'urologie du CHU de Nîmes, depuis janvier 2015, sur l'urétéroscopie flexible pour le traitement des pathologies du haut appareil urinaire (Thèse CIFRE D. Cavard, soutenue en décembre 2020). Le dispositif médical qui a été développé est marqué CE depuis septembre 2018. Il est en phase d’essais cliniques en France.
  • Collaboration avec les sociétés « Oticon (ex-Neurelec) » et « Collin Medical » dans le cadre du projet FEDER RobEcho depuis janvier 2020 pour le guidage de gestes chirurgicaux pour la pose d’implants cochléaires.
  • Startup « AcuSurgical » (Ph. Poignet et Y. Haddab sont deux des cinq co-fondateurs) : projet de maturation soutenu par la Satt Ax-LR de mai 2018 à septembre 2020 puis création de la startup AcuSurgical en juillet 2020 dans le domaine de la robotique pour la chirurgie de la rétine et enfin levée de fond en janvier 2021.