Navigation-Robotique |

New Method CMR-Guided Endomyocardial Biopsy in Suspicion Context of Isolated Cardiac Sarcoidosis

Sun, 01 Sep 2024 00:00:00 +0000

Segmentation of cardiac infarction in delayed-enhancement MRI using probability map and transformers-based neural networks

Fri, 01 Dec 2023 00:00:00 +0000

Transformers-Based Neural Network for Cardiac Infarction Segmentation in Delayed-Enhancement MRI

Mon, 16 Oct 2023 00:00:00 +0000

Connector for cables

Thu, 31 Mar 2022 00:00:00 +0000

LPR : d'une idée de laboratoire au prototype clinique

Mon, 01 Jun 2020 00:00:00 +0000

Mener un robot médical du concept aux premiers essais sur l’humain : montée en TRL, assurance qualité, analyse de risques et maturation industrielle.

Le geste à assister

Insérer une aiguille sous contrôle d’imagerie est un acte de radiologie interventionnelle courant : pour une biopsie ou l’ablation d’une tumeur, le clinicien acquiert une image volumique, repère une trajectoire sur une coupe, puis insère l’aiguille. Le geste est délicat — au moment de l’insertion, le radiologue dispose de très peu d’outils de guidage et se fie surtout à son expérience et à la mémorisation de la coupe choisie. Sous scanner, vérifier la trajectoire impose des images de contrôle répétées, donc de l’irradiation et des allers-retours ; sous IRM, le geste devient presque impossible à réaliser à la main dans le tunnel.

Le LPR (Light Puncture Robot) répond à ce problème : un robot léger posé directement sur le patient pour suivre au plus près ses mouvements, capable de tenir, positionner et insérer l’aiguille sous le contrôle du clinicien. Il est compatible à la fois avec le scanner X et l’IRM — donc entièrement fabriqué en matériaux non ferromagnétiques — et se recale automatiquement dans l’image. La vidéo ci-dessous le résume, du recalage au positionnement de l’aiguille :

La montée en TRLs

La vraie difficulté d’un dispositif médical n’est pas d’avoir l’idée : c’est de lui faire franchir les niveaux de maturité technologique (TRL) jusqu’à pouvoir la tester sur l’humain. Voici le chemin parcouru par le LPR, du concept (TRL 1) au prototype clinique (TRL 6) :

Les premiers paliers ont été rapides : observation du geste clinique, premier design, premier prototype (le prototype α, présent à mon arrivée dans l’équipe). Le vrai travail a commencé ensuite. Passer du TRL 4 au TRL 5 — d’un robot validé en laboratoire à un robot autorisé à être testé sur l’humain — a demandé infiniment plus que de la recherche : une refonte du code sous assurance qualité, une analyse de risques complète, et le recours à des compétences extérieures. Nous avons collaboré avec notre partenaire Axe Systems pour la fabrication de la partie mécanique sous assurance qualité, et avec le CIC-IT du CHU Grenoble Alpes ainsi que l’entreprise SQI pour l’analyse de risques et le développement qualité. Ce dossier a permis d’obtenir l’accord de l’ANSM et de monter un protocole garantissant la non-dangerosité du robot pour des essais précliniques sur sujets sains en IRM, sans insertion d’aiguille.

Ces essais ont mobilisé, pendant deux ans, une équipe de dix personnes que j’ai coordonnée (3 du CIC-IT, 3 du TIMC, 2 d’Axe Systems, 2 de SQI).

Passer du TRL 4 au TRL 5, c’est refondre le code sous assurance qualité, mener une analyse de risques et faire dialoguer recherche, clinique et industrie. C’est exactement le travail qu’attend une entreprise qui veut transformer un prototype prometteur en dispositif crédible.

L’étape suivante — l’industrialisation — ne pouvait plus se faire en laboratoire. J’ai donc porté un projet de start-up à partir du robot, accompagnée par la SATT Linksium de Grenoble, d’abord en maturation (2017) puis en incubation (2018–2019). Cette phase a abouti à deux brevets et à deux candidatures au concours BPI i-Lab (2018 et 2019). Les retours ont été excellents — 17/20 sur la dimension technologique, 14,6/20 sur la dimension financière, 14,8/20 en note générale — mais le projet n’a finalement pas été financé. J’y ai recruté et encadré un ingénieur (Jérémy Lenfant) puis deux cofondateurs successifs pour la partie business (Bertrand Perrin, puis Antoine Bourrier).

Gestion de projet : les financements

Au-delà de la technique, le LPR a été une longue aventure de coordination à l’interface recherche / clinique / industrie, soutenue par une série de financements que j’ai obtenus et pilotés :

Projet	Rôle	Financeur / type	Partenaires	Période
Robacus	Coordinatrice	ANR TecSan — ANR-11-TECS-020-01	TIMC, LIRMM, CHU Grenoble Alpes (CIC-IT, radiologie), Axe Systems	2012–2015
LPROP	Coordinatrice	Institut Carnot LSI — pré-maturation	TIMC	2015–2016
Emergence (×2)	Coordinatrice	TIMC — interne (matériel & stagiaires)	TIMC	2016–2017
Maturation LPR	Coordinatrice	SATT Linksium	TIMC, Linksium	2017
Incubation LPR	Coordinatrice	SATT Linksium	Linksium, cofondateurs	2018–2019

En coulisses : piloter le robot à distance

En collaboration avec l’équipe du LIRMM (Montpellier), partenaire de l’ANR Robacus, nous avons démontré la commande à distance du robot en temps réel, via une interface de téléopération à retour d’effort — une étape vers un geste où le radiologue piloterait l’insertion depuis la salle de contrôle, sans s’exposer aux rayonnements. Cette démonstration de faisabilité n’a pas été poussée plus loin, mais elle illustre bien la souplesse de l’architecture du logiciel de guidage, bâti sur , l’atelier de prototypage d’applications médicales que je co-développe : sa modularité a permis de réutiliser le code d’une version du prototype à l’autre, plutôt que tout réécrire.

Compétences mobilisées

Coordination de projet multi-partenaire (recherche · clinique · industrie) · développement sous assurance qualité et analyse de risques d’un dispositif médical · conduite d’essais précliniques réglementés sur sujets sains · montée en TRL d’une brique logicielle, du concept au prototype clinique · maturation et incubation industrielle (rédaction de brevets, business plan, recrutement d’équipe) · architecture logicielle modulaire et réutilisable pour le prototypage médical.

Publications associées

2022. Fouard Céline, Lenfant Jérémy, Ganesaratnam Gokularajah, Hungr Nikolaï — Connector for cables. US Patent
2018. Ghelfi Julien, Moreau-Gaudry Alexandre, Hungr Nikolaï, Fourd Céline, Veron Baptiste, Medici Maud, Chipon Émilie, Cinquin Philippe, Bricault Ivan — Evaluation of the needle positioning accuracy of a light puncture robot under MRI guidance: results of a clinical trial on healthy volunteers. Cardiovascular and interventional radiology, vol 41 no 9
2016. Hungr Nikolaï, Bricault Ivan, Cinquin Philippe, Fouard Céline — Design and validation of a CT-and MRI-guided robot for percutaneous needle procedures. IEEE transactions on robotics, vol 32 Issue 4
2014. Dorileo Ederson, Hungr Nikolaï, Zemiti Nabil, Fouard Céline, Poignet Philippe — A modular CT/MRI-guided teleoperation platform for robot assisted punctures planning. CARS 2014-28th International Congress and Exhibition on Computer Assisted Radiology and Surgery
2014. Dorileo Ederson, Zemiti Nabil, Poignet Philippe, Hungr Nikolaï, Bricault Ivan, Fouard Céline — Observations of Lightly Flexible Needle Deflection in 3D CT/MRI. Proceedings of Surgetica 2014
2011. Hungr Nikolaï, Fouard Céline, Robert Adeline, Bricault Ivan, Cinquin Philippe — Interventional radiology robot for CT and MRI guided percutaneous interventions. Proceedings of the 14th international conference on Medical image Ccomputing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI)
2008. Zemiti Nabil, Bricault Ivan, Fouard Céline, Sanche Bénédicte, Cinquin Philippe — LPR: A CT and MR-compatible puncture robot to enhance accuracy and safety of image-guided interventions. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics
2008. Bricault Ivan, Zemiti Nabil, Jouniaux Émilie, Fouard Céline, Taillant Élise, Dorandeu Frédéric, Cinquin Philippe — Light Puncture Robot for CT and MRI Interventions. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine

Design and validation of a CT-and MRI-guided robot for percutaneous needle procedures

Tue, 02 Aug 2016 00:00:00 +0000

A modular CT/MRI-guided teleoperation platform for robot assisted punctures planning

Sat, 28 Jun 2014 00:00:00 +0000

Observations of Lightly Flexible Needle Deflection in 3D CT/MRI

Wed, 01 Jan 2014 00:00:00 +0000

Interventional radiology robot for CT and MRI guided percutaneous interventions

Sun, 18 Sep 2011 00:00:00 +0000

LPR: A CT and MR-compatible puncture robot to enhance accuracy and safety of image-guided interventions

Fri, 13 Jun 2008 00:00:00 +0000

Light Puncture Robot for CT and MRI Interventions

Fri, 23 May 2008 00:00:00 +0000

Cardiologie interventionnelle

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Du besoin clinique au prototype : guider le geste au cœur du bloc.

La cardiologie interventionnelle se pratique sous imagerie, mais le ou la clinicien·ne doit souvent agir sans voir directement la cible : la lésion à traiter ou à biopsier n’apparaît pas sur l’image temps réel de la salle. Mené avec le Pr Gilles Barone-Rochette (CHU Grenoble Alpes) et le laboratoire LTSI de Rennes, ce projet poursuit un seul objectif décliné en deux questions cliniques : fournir au cardiologue un guidage fiable, construit à partir de l’imagerie préopératoire et utilisable directement au bloc.

Le fil rouge : rebondir quand les données manquent

Le projet a démarré sur le guidage de la thérapie cellulaire. Le premier essai clinique a recruté moins de patients que prévu : les données nécessaires à la suite n’étaient pas au rendez-vous. Plutôt que d’abandonner, nous avons redéployé les briques techniques déjà construites (segmentation d’images, navigation) vers un besoin clinique connexe, à la valeur plus immédiate et au verrou mieux identifié : la biopsie endomyocardique.

Ce pivot est, en soi, un livrable : il illustre une capacité à dérisquer un projet, préserver les actifs développés et réorienter l’effort vers là où la valeur clinique est la plus forte — exactement le type d’arbitrage qu’attend une entreprise face à un programme de R&D qui ne se déroule pas comme prévu.

Sous-projet 1 — Guider la thérapie cellulaire post-infarctus

Après un infarctus, certaines thérapies consistent à réinjecter des cellules dans le myocarde. Tout l’enjeu est la précision : atteindre les bonnes zones, en s’appuyant sur des informations (l’étendue de la fibrose, les régions viables) qui ne sont visibles que sur l’imagerie préopératoire, pas sur l’image temps réel de la salle.

Notre approche : fusionner l’imagerie multimodale pour reporter, pendant l’intervention, les cibles repérées en préopératoire. La brique centrale est la segmentation automatique du myocarde et de la fibrose en IRM de rehaussement tardif (IRM-LGE), développée par apprentissage profond dans le cadre de la thèse d’Erwan Lecesne (co-dirigée avec le LTSI de Rennes), puis intégrée dans pour être présentée au clinicien en salle.

Réinjecter les cellules au bon endroit : la précision du geste conditionne l’efficacité de la thérapie.

CamiTK est un atelier de prototypage : il permet d’aller vite du concept au prototype évalué, mais son résultat n’a pas vocation à être un dispositif marqué CE. Cette brique constitue donc une preuve de concept ; son transfert industriel est aujourd’hui en discussion avec des partenaires du domaine.

Sous-projet 2 — Une cartographie pour la biopsie endomyocardique

Trois pathologies — sarcoïdose cardiaque, myocardite chronique et cardiomyopathie arythmogène — peuvent présenter un tableau clinique proche mais appellent des traitements opposés. Pour trancher, il faut une biopsie… encore faut-il prélever au bon endroit.

La biopsie endomyocardique : prélever un échantillon de tissu cardiaque, là où se trouve la lésion.

L’état de l’art laisse un vrai manque :

la biopsie « à l’aveugle » est peu spécifique, car la fibrose à cibler reste invisible pendant le geste ;
le guidage électro-anatomique est long et, lui aussi, aveugle à la fibrose.

Notre solution agit comme un « GPS » pour le cathéter de biopsie : elle reporte la cible issue de l’imagerie préopératoire sur l’image temps réel, pour guider le prélèvement. Deux choix de conception en font une solution pensée pour l’adoption : elle est indépendante du matériel (compatible avec une salle existante) et fonctionne en fluoroscopie temps réel, sans étape de fusion complexe. Elle réemploie directement la brique de segmentation du premier sous-projet.

Schéma du système de guidage proposé pour la biopsie endomyocardique (publié).

Statut actuel : nous préparons les premiers essais cliniques au laboratoire ; le transfert industriel viendra ensuite.

Ce que ce projet démontre

Concevoir à partir d’un besoin clinique réel, en dialogue étroit avec les praticiens, plutôt qu’autour d’une prouesse technique.
Maîtriser le traitement d’images médicales et l’IA et les mettre au service d’une cible précise et utile.
Mener un prototype du laboratoire vers la clinique, avec une conscience claire des étapes de maturité (TRL), du cadre des essais et du marquage CE.
Architecturer pour l’adoption : indépendance vis-à-vis du matériel, intégration dans un atelier de prototypage, réemploi des briques.
Réorienter un projet pour en préserver la valeur : agilité et dérisquage face à l’imprévu.
Piloter une collaboration multi-site (Grenoble–Rennes) et co-encadrer une thèse de doctorat.

Financements obtenus

Financement	Montant	Objet
Projet Famtastic (France Life Imaging)	20 000 €	Amorçage de la collaboration avec le LTSI (Rennes)
PUI (UGA)	60 000 €	Maturation du prototype vers les premiers essais cliniques
Thèse de doctorat (LabeX CAMI)	170 000 €	Co-direction de la thèse d’Erwan Lecesne
Post-doctorat (LabeX CAMI)	56 000 €	Une année d’ingénierie post-doctorale
Total	306 000 €

Collaborations et encadrement

Pr Gilles Barone-Rochette — cardiologue interventionnel, CHU Grenoble Alpes : partenaire clinique du projet.
Laboratoire LTSI (Rennes) — Professeure Mireille Garreau et Antoine Simon (maître de conférences) : collaboration sur le traitement d’images cardiaques.
Thèse d’Erwan Lecesne (2020–2024), co-dirigée à 50 % avec Mireille Garreau (LTSI) : traitement d’images multimodales pour améliorer la thérapie cellulaire post-infarctus.
Thèse de Théophile Tiffet — interne en médecine : calibrage échographie / SPECT pour la cardiologie interventionnelle.

Publications associées

2024. Barone-Rochette Gilles, MD,, Erwan Lecesne, MSc,, Antoine Simon, PhD, Mireille Garreau, PhD,, Celine Fouard, PhD — New Method CMR-Guided Endomyocardial Biopsy in Suspicion Context of Isolated Cardiac Sarcoidosis. Circulation: Cardiovascular Imaging, vol 17, no 4
2023. Erwan Lecesne, Antoine Simon, Mireille Garreau, Barone-Rochette Gilles, Celine Fouard — Segmentation of cardiac infarction in delayed-enhancement MRI using probability map and transformers-based neural networks. Computer Methods and Programs in Biomedicine, vol 242
2023. Lecesne Erwan, Simon Antoine, Garreau Mireille, Barone-Rochette Gilles, Fouard Céline — Transformers-Based Neural Network for Cardiac Infarction Segmentation in Delayed-Enhancement MRI. 2023 IEEE Twelfth International Conference on Image Processing Theory, Tools and Applications (IPTA)