Design and validation of a system for controlling a robot for 3D ultrasound scanning of the lower limbs

Résumé

La maladie artérielle périphérique (MAP) est un problème circulatoire commun qui se manifeste habituellement par un rétrécissement artériel dans les membres inférieures. Sans approvisionnement sanguin suffisant, le patient peut souffrir de la claudication intermittente et peut même subir une amputation. Plusieurs personnes atteintes de la MAP ne le réalisent pas au premier stade. Par conséquent, le diagnostic devient très important. Parmi les techniques d'imagerie médicale les plus courantes pour le diagnostic de la MAP, on retrouve l’échographie qui est une approche peu dispendieuse qui ne fait intervenir aucun rayonnement nocif pour la santé. Par contre, les radiologues et les techniciens qui utilisent régulièrement les échographes peuvent développer des troubles musculo-squelettiques à cause des mouvements qui doivent être appliqués à la sonde échographique. Qui plus est, les données obtenues à partir d’une échographie manuelle ne sont pas suffisantes pour reconstruire une image tridimensionnelle de l'artère, ce qui est nécessaire pour un diagnostic approfondi. Les robots médicaux dédiés à l’automatisation de la prise d’échographies permettent de libérer le radiologue en plus de fournir des données précises pour la reconstruction d’une image tridimensionnelle de l’artère. Cependant, la plupart des robots d'échographie médicale existants ne sont pas adaptés au diagnostic de la MAP des membres inférieurs puisqu’ils sont conçus à d'autres fins. Dans cette étude, nous présentons un robot d’échographie médical conçu spécifiquement pour le diagnostic de la MAP des membres inférieurs. La plate-forme robotique est d'abord présentée en détail. Les modèles cinématiques (directe et inverse) sont résolus grâce à la décomposition du robot parallèle en plusieurs sous-mécanismes simples. Les singularités et l’espace de travail sont également discutés. Pour assurer la précision du système, le robot proposé est étalonné par des mesures directes des coordonnées de la sonde en utilisant un laser de poursuite. La méthode d'étalonnage utilisé est facile à mettre en oeuvre sans nécessiter une connaissance avancée de l'étalonnage ni de calculs laborieux. Les résultats de cet étalonnage montrent que certaines erreurs sont occasionnées par la fabrication et l'assemblage de ce prototype. Néanmoins, l'étalonnage réalisé permet une amélioration significative de la précision du robot. Un système de commande par admittance est ensuite proposé pour adapter la rigidité variable rencontrée lors de l’interaction humain-robot. Une utilisation intuitive de la théorie de la passivité est proposée pour garantir que le modèle d'admittance demeure toujours passif malgré les variations des paramètres de masse et d’amortissement. Enfin, des analyses expérimentales impliquant une interaction avec un humain démontrent l'efficacité du système de commande proposé.

Date	3 sept. 2015
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Pascal Bigras (Directeur(-trice)) & Ilian Bonev (Codirecteur(-trice))