Note ABES Autonomous catheter and guidewire navigation for robotic percutaneous coronary interventions Navigation autonome de guides et cathéters pour une opération en cardiologie interventionnelle robotisée Robots déformables Prise de décision séquentielle Recherche arborescente Monte Carlo Sequential Decision Making Robotics Medical Simulation Robotique en médecine Angioplastie coronaire primaire Simulation par ordinateur Commande automatique Méthode des éléments finis Cette thèse porte sur la navigation automatique de guides et cathéters dans les artères coronaires. Dans un premier temps, nous introduisons le contexte de la cardiologie interventionnelle et le cas particulier des interventions coronaires percutanées. Nous justifions aussi l'utilité de la robotisation de ces procédures. Nous faisons ensuite le pont entre le problème de la navigation de guides et le contrôle de robots déformables, puis examinons les travaux existants sur le même sujet.Notre étude commence par la conception de simulations dynamiques réalistes des artères, du coeur et de leur interaction avec les instruments chirurgicaux. Cela a nécessité la collecte de données patient, la compréhension de l'influence du battement cardiaque sur la déformation des artères et comment cette déformation impacte la navigation de guides. Les interventions coronaires percutanées considérées reposent également fortement sur les contacts entre les instruments et les parois arterielles, ce qui est une difficulté supplémentaire au regard du temps de simulation ainsi que de leur précision.Nous avons ensuite utilisé ces simulations pour formuler le problème de la navigation de guides dans les artères coronaires comme un problème de prise de décision séquentielle. Nous avons défini les espaces d'état et d'action correspondants et conçu une fonction de récompense adéquate. Nous avons testé plusieurs stratégies de contrôle, y compris des mèthodes de contrôle basées sur un modèle inverse et des méthodes de recherche arborescente. Nous avons également proposé une nouvelle combinaison de ces méthodes qui atteint de bonnes performances dans les cas de figure testés.Finalement nous avons conçu un algorithme de vision et un schéma de recallage permettant de transférer les algorithmes de commande sur un robot physique. L'algorithme de contrôle en boucle fermé ainsi constitué a été testé sur deux fantômes en silicone différents sur lesquels l'algorithme atteint un taux de succès comparable à une navigation manuelle et à une navigation en télé-opérant le robot. This thesis focuses on automatic navigation of guidewires and catheters in the coronary arteries. We first introduce the context of interventional cardiology and percutaneous coronary interventions. We also justify the use of a robot for those procedures. We then link the guidewire navigation problem to the control of soft robots and review the existing literature.Our study starts with building realistic, dynamic simulations of the arteries, heart and their interaction with the instruments. This required the gathering of patient data, understanding how the heart beat motion deforms the heart and how these deformations impact guidewire navigation. Percutaneous coronary interventions are also very contact dense which is a challenge for both simulation speed and accuracy.We then used these simulations to frame the problem of navigating the coronaries as a sequential decision making problem. We determined the corresponding state and action spaces and devised a reward. We tested a variety of control schemes on the navigation problem, including inverse model based control and tree-search based control and proposed a novel combination of both which achieves good performance in navigating the coronaries.Finally, we design a vision algorithm and registration scheme to transfer the algorithms to a physical robot. The closed loop control scheme was tested on two different silicone phantoms and achieves the same success rate as navigating by hand or by tele-operating the robot. Electronic Thesis or Dissertation Text en PDF 50518151 https://theses.fr/2022ULILB007/abes Schegg Pierre Schegg 1995-12-30 FR 264861841 https://theses.fr/2022ULILB007 2022ULILB007 https://doi.org/10.70675/e77e50b8zdb5az418bza149z66f9ce42a7f4 2022-05-25 Informatique et applications Université de Lille (2022-....) 259265152 Doctorat Docteur es non oui Duriez Christian MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 121196410 Berger Marie-Odile MADS_PRESIDENT_DU_JURY 075878518 Dequidt Jérémie MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 098790900 Preux Philippe MADS_MEMBRE_DU_JURY_2 059896353 Troccaz Jocelyne MADS_MEMBRE_DU_JURY_3 031497977 Bergeles Christos MADS_MEMBRE_DU_JURY_4 Carpentier Justin MADS_MEMBRE_DU_JURY_5 233948015 Bello Fernando MADS_RAPPORTEUR_1 182428842 Szewczyk Jérôme MADS_RAPPORTEUR_2 165785071 École graduée Mathématiques, sciences du numérique et de leurs interactions (Lille ; 2021-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 258621362 Centre Inria de l'Université de Lille MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 185432247 Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_2 18388695X ddc:004 Duriez Christian Berger Marie-Odile Dequidt Jérémie Preux Philippe Troccaz Jocelyne Bergeles Christos Carpentier Justin Bello Fernando Szewczyk Jérôme Ecole doctorale Mathématiques, sciences du numérique et de leurs interactions (Lille) Institut national de recherche en informatique et en automatique (Inria Lille - Nord Europe) Centre de recherche en informatique, signal et automatique de Lille (CRIStAL) PDF 50518151 confidentialité 2022-05-25 2027-05-25 confidentialité 2022-05-25 2027-05-25 restriction 2022-05-25 2027-05-24 confidentialité 2022-05-25 2027-05-25 confidentialité 2022-05-25 2027-05-25