Past semester projects and diplomas

Système de GPS indoor pour la chirurgie

Le groupe VRAI travaille depuis plusieurs années dans le domaine de la navigation chirurgicale et développe, entre autre, des systèmes de localisations optiques pour la chirurgie. Ces systèmes nécessitent une ligne de vue directe entre le localisateur et les marqueurs, ce qui limite leur ergonomie. Aussi, une technique de localisation basée sur une technologie de « GPS indoor » pourrait palier à ce problème. Le but de ce projet est, dans un premier temps, de réaliser un état de l’art des techniques de « GPS indoor » ainsi que de proposer une solution viable. Dans un second temps, il sera demandé d’implémenter d’un prototype de faisabilité.

Contact:

Hälg Maurice     info (AT) atracsys (DOT) com
Marti Gaëtan      

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Interface multimodal pour contrôler un porte endoscope actif

Ce projet s’inscrit dans le cadre du projet européen de neurochirurgie PICO (Paraendoscopic Intuitive Computer assisted Operating system) auquel participe le groupe VRAI du LSRO. Le but de ce projet est de proposer une interface multimodale (voix + mouvement des outils utilisés, à la demande, comme pointeur 3D) pour assurer le position d’un outil (endoscope, aiguille de biopsie, etc.) monté sur un dispositif actif permettant de contrôler sa position dans l’espace. Il s’agira de déterminer l’efficacité de l’approche multimodale basée “web service” développée au sein du VRAI group pour résoudre le problème d’interface stérile contraint propre à la chirurgie endoscopique.

Contact:

Dagon Benoît   +41 22 534 90 78 info (at) imina.ch
Guzzoni Didier     didier (dot) guzzoni (at) a3 (dot) epfl (dot) ch

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Related research projects:

Active, a framework to build intelligent assistants

 

Création d’outils d’administration de web services

Le groupe VRAI est spécialisé dans la conception et la réalisation de systèmes d’interfaces homme-machine complexes. Nos logiciels sont construits selon les principes SOA (Services Oriented Architectures), où nous considérons une interface utilisateur non pas comme un programme monolithique, mais comme une communauté de services indépendants capables de coordonner dynamiquement leurs actions pour répondre à une demande de l’utilisateur. Pour ce faire, nous avons crée une infrastructure logicielle dont certains outils d’administration et de conception sont en cours d’élaboration. Le but du présent projet est de travailler à l’extension de ces outils. Au cours de ce projet, l’étudiant sera amené à utiliser le langage de programmation Java, se familiariser avec les technologies web services (SOAP) ainsi que les outils de développement utilisés au sein du laboratoire (CVS, Bugzilla et Ant).

Contact:

Guzzoni Didier     didier (dot) guzzoni (at) a3 (dot) epfl (dot) ch

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Related research projects:

Active, a framework to build intelligent assistants

 

Mise en forme de la surface d’un modèle 3D à partir d’un nuage de point

Ce projet s’inscrit dans le contexte de la mise à jour de modèles virtuels tridimensionnels pour la chirurgie assistée par ordinateur. Durant une opération, des données sont acquises à l’aide de différentes modalités comme un endoscope ou une sonde à ultrasons. Une fois traitées, ces données permettent de générer un nuage de points en 3D représentant la surface de l’os ou de l’organe d’intérêt. A partir de ce nuage de points, l’étape suivante consiste soit à mettre à jour un modèle préopératoire déjà existant, ou à reconstruire une surface. Dans les deux cas, nous désirons étudier la possibilité d’utiliser des modèles 3D « masses-ressorts » pour accomplir une opération de fitting intelligent. L’idée est d’attirer le modèle vers les points jusqu’à ce que sa surface leur soit superposée. Cependant, comme le nuage de points représente des données très bruitées, de nombreux points aberrants (outliers) devraient être éliminés. Pour cela, nous proposons d’analyser les contraintes virtuelles apparaissant dans les ressorts reliant les vertex du modèle. Le développement sera effectué en C++ et sera basé sur des outils préexistants.

Contact:

Wengert Christian      
Dagon Benoît   +41 22 534 90 78 info (at) imina.ch

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Related research projects:

Ultrasound Based Preoperative Planning Update During Surgery in Case of Hepatectomy

 

Réalité augmentée pour la chirurgie hépatique

Afin de pouvoir mener aisément des expériences de réalité augmentée sur des modèles virtuels d’organes déformables en laboratoire, il est utile de posséder un objet de test assimilable à un organe (phantom) sur lequel se baser. Dans un premier temps, le but de ce projet est de réaliser un tel objet dont les propriétés mécaniques (rigidité) soient proches de celles d’un foie mais surtout dont le matériau soit « visible » à la fois par une sonde ultrason (acquisition de données intra-opératoires) et un scanner CT (reconstruction 3D préopératoire). Il s’agira ensuite de développer une application permettant de recaler le phantom avec sa représentation virtuelle au moyen de points de repère préalablement implantés et d’une sonde ultrason.

Contact:

Baur Charles ME H1 474 +41 21 693 25 69 charles (dot) baur (at) epfl (dot) ch
Dagon Benoît   +41 22 534 90 78 info (at) imina.ch

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Logiciel de planification et de navigation en neurochirurgie

Ce projet consiste à réaliser un logiciel de planification et de navigation en neurochirurgie pour dispositifs de positionnement semi actif ; dans une telle configuration certains DOF du porte outil sont contrôlés manuellement (partie passive) et d’autres sont contrôles via des modules électromécaniques (partie active). Il s’agira d’utiliser et compléter la librairie MAF (Medical Application Framework) développée au sein du VRAI-group pour répondre aux spécificités de la neurochirurgie. En particulier, il s’agira d’exploiter au moyen de cette librairie les possibilités de déplacer de manière contrôlée les outils (endoscope, sonde US, trocarts, etc.) montés sur le dispositif semi-actif.

Contact:

Burion Steve     steve (dot) burion (at) a3 (dot) epfl (dot) ch
Dagon Benoît   +41 22 534 90 78 info (at) imina.ch

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Related research projects:

Transarticular screw placements

 

Porte endoscope à lame flexible (Projet trilame)

Les interventions chirurgicales par voie minimale invasive nécessitent la manipulation précise de plusieurs instruments dans une zone relativement étroite. Particulièrement en neurochirurgie, la présence d’une 3ème main robotisée est une aide précieuse pour assister le chirurgien à positionner ses outils et en particulier l’endoscope. Lors d’un projet de semestre précédent, une structure de robot inédite à 3 degrés de liberté à articulations flexibles a été proposée et un prototype est en cours de réalisation. Il s’agit d’adapter cette structure “Trilame” pour concevoir un nouveau robot à 6 degrés de libertés.

Contact:

Dagon Benoît   +41 22 534 90 78 info (at) imina.ch
Baur Charles ME H1 474 +41 21 693 25 69 charles (dot) baur (at) epfl (dot) ch
Helmer Patrick     patrick (dot) helmer (at) a3 (dot) epfl (dot) ch

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Related research projects:

Transarticular screw placements

 

Porte trocart – partie active

Les interventions chirurgicales par voie minimale invasive nécessitent la manipulation précise de plusieurs instruments dans une zone relativement étroite. Dans le cadre d’une collaboration avec un neurochirurgien du CHUV, une structure mécanique réglable passive a été conçue et réalisée afin d’assister la pose de vis transarticulaires. Il s’agit ici de rendre actifs 4 degrés de libertés en concevant un nouveau robot compact permettant de manipuler le trocart dans l’espace.

Contact:

Baur Charles ME H1 474 +41 21 693 25 69 charles (dot) baur (at) epfl (dot) ch
Dagon Benoît   +41 22 534 90 78 info (at) imina.ch
Helmer Patrick     patrick (dot) helmer (at) a3 (dot) epfl (dot) ch

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Transarticular screw placements

 

Dispositif intégré d’assistance à la suture

Un geste fréquent en chirurgie est la suture de deux tissus à l’aide d’une aiguille et d’un fil. Il s’agit d’étudier ce geste lorsqu’il est pratiqué en chirurgie minimale-invasive et de proposer une solution de mécanisme semi-automatique qui permette d’assister efficacement le chirurgien dans ce geste délicat.

Contact:

Baur Charles ME H1 474 +41 21 693 25 69 charles (dot) baur (at) epfl (dot) ch
Burion Steve     steve (dot) burion (at) a3 (dot) epfl (dot) ch
Helmer Patrick     patrick (dot) helmer (at) a3 (dot) epfl (dot) ch

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Génération de modèles par vues endoscopiques multiples

Dans le cadre du centre de compétence Co-Me, le VRAI group de l’EPFL développe en collaboration avec le groupe de traitement d’image de l’ETHZ une nouvelle approche qui permet de créer des modèles 3D d’une scène chirurgicale à partir des images 2D fournies par un endoscope. Il s’agira dans le cadre de ce projet d’étendre cette technique en contrôlant spatialement et temporellement l’acquisition des images. L’extension de la technique proposée à des organes déformables devra être évaluée. Dans le but d’augmenter la qualité et la validé des modèles 3D, il s’agira également de fusionner les informations fournies par l’endoscope avec celles générées par une sonde ultra-sons intra opératoire.

Contact:

Dagon Benoît   +41 22 534 90 78 info (at) imina.ch
Wengert Christian      
Borgognon Nathalie      

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Scanner 3D pour analyse d’empreintes de pieds

Le groupe VRAI, en collaboration avec l’institut de police scientifique de l’UNIL, développe un scanner optique pour la digitalisation d’empreintes de chaussures. Le système analyse l’empreinte par projection d’un laser sur le moule en plâtre de l’empreinte réalisée sur la scène d’investigation. Le spot laser est localisé en 3D par un système de triangulation optique. La valeur retournée par ce système permet la création d’un modèle 3D de l’empreinte. Ce modèle permettra, à terme, la comparaison automatique avec des empreintes de référence stockée dans une base de donnée. Il s’agira dans le cadre de ce projet de: – réaliser la mécanique supportant les différents composants nécessaires à une acquisition 3D – réaliser contrôleur laser – écrire le logiciel permettant l’acquisition de modèles 3D sous Matlab

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Hälg Maurice     info (AT) atracsys (DOT) com
Marti Gaëtan      

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Segmentation d’images échographiques 3D

Le but de ce projet est de développer et tester une méthode de segmentation (mise en évidence des éléments importants d’une image) d’un ensemble d’images échographiques 3D du foie en exploitant la caractéristique hiérarchique du réseau vasculaire, très dense de cet organe. Le but est d’une part, d’accélérer la segmentation en utilisant des méthodes rapides de tracking de blob d’une image à l’autre en évitant ainsi de coûteuses opérations de traitement d’image. D’autre part, le but est de rendre le procédé plus robuste au niveau de l’extraction de faux positifs, ce qui fait défaut dans la méthode actuelle.

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Dagon Benoît   +41 22 534 90 78 info (at) imina.ch

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Ultrasound Based Preoperative Planning Update During Surgery in Case of Hepatectomy

 

Détermination des paramètres de déformation d’un modèle virtuel 3D

Une représentation physique simplifiée d’un modèle virtuel 3D basé sur un réseau de masses et de ressorts permet d’obtenir des performances dynamiques élevées en déformation. Pour que le réalisme des déformations virtuelles soit élevé, il est crucial de pouvoir ajuster les paramètres des ressorts et la répartition des masses dans le modèle. À cette fin, une méthode statistique basée sur un filtre à particules a été développée. Elle consiste à appliquer une force sur l’objet réel, mesurer sa déformation puis utiliser un algorithme cherchant à obtenir la même déformation du modèle virtuel en faisant varier les paramètres des masses et des ressorts. La faisabilité de cette technique a été démontrée en 2D et ce projet consiste à l’étendre à des objets 3D.

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Dagon Benoît   +41 22 534 90 78 info (at) imina.ch

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Ultrasound Based Preoperative Planning Update During Surgery in Case of Hepatectomy

 

Segmentation d’images échographiques du foie

La segmentation d’une image permet d’extraire et classer automatiquement un certain type d’information. Lors d’une opération de résection hépatique (chirurgie du foie), le chirurgien a souvent recours à l’échographie afin de se repérer par rapport au planning préopératoire de l’opération. Dans le cadre de notre recherche, nous désirons utiliser ces images comme source d’information peropératoires permettant de mettre à jour ledit planning. L’information que nous désirons extraire des vues en coupe du foie sont la position des sections du réseau vasculaire, très dense dans cet organe. Il s’agirait dans ce projet d’étendre et améliorer la méthode actuellement implémentée.

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Dagon Benoît   +41 22 534 90 78 info (at) imina.ch

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Ultrasound Based Preoperative Planning Update During Surgery in Case of Hepatectomy

 

Mise à jour du planning virtuel d’une opération de résection hépatique

Lors d’une opération de résection hépatique (chirurgie du foie) le chirurgien utilise un ordinateur pour obtenir des informations complémentaires sur l’organe et la zone environnante. Ces informations sont fournies principalement via une représentation virtuelle 3D. Cependant, les organes pouvant varier de forme et de position entre l’instant de la reconstruction 3D et celui de l’opération, il est indispensable de mettre à jour ces informations à l’aide de mesures effectuées au cours de l’opération. Le but de ce projet est développer une technique mettant à jour les informations du planning (plans de résection, segments de Couinaud, volume à réséquer) en tenant compte des déformations du foie.

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Dagon Benoît   +41 22 534 90 78 info (at) imina.ch

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Ultrasound Based Preoperative Planning Update During Surgery in Case of Hepatectomy

 

Mise à jour d’un modèle virtuel d’organe basée sur la fusion d’images échographiques et des mesures de forces

Lors d’une opération de résection hépatique (chirurgie du foie) le chirurgien prépare son geste en fonction d’un planning virtuel préopératoire où sont représentés en 3D à la fois l’organe et des informations tels que les plans de résection. Durant l’opération, il est nécessaire de remettre à jour ces informations car l’organe peut s’être déformé et déplacé. Pour cela, nous utilisons des images échographiques 3D comme source de données peropératoires. Le but de ce projet est de tester et valider une nouvelle approche consistant à fusionner les informations extraites des images ultrasons avec les mesures d’un capteur de force monté sur la sonde. Le tout devant être à terme manipulé par un porte outil “intelligent” (robot).

Contact:

Dagon Benoît   +41 22 534 90 78 info (at) imina.ch

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Ultrasound Based Preoperative Planning Update During Surgery in Case of Hepatectomy

 

Plugins pour interfaces utilisateur intelligentes

Le groupe VRAI est spécialisé dans la conception et la réalisation de systèmes d’interfaces homme-machine complexes. Nos logiciels sont construits selon les principes SOA (Services Oriented Architectures), où nous considérons une interface utilisateur non pas comme un programme monolithique, mais comme une communauté de services indépendants capables de coordonner dynamiquement leurs actions pour répondre à une demande de l’utilisateur. Le but de ce projet est de crée des nouveaux modules permettant à nos interfaces de se connecter à des bases de données (SQL) ainsi que des services distants utilisant le protocole REST. Au cours de ce projet, l’étudiant sera amené à utiliser le langage de programmation Java, se familiariser avec les technologies http, REST, SQL, JDBC ainsi que les outils de développement utilisés au sein du laboratoire (CVS, Bugzilla et Ant).

Contact:

Guzzoni Didier     didier (dot) guzzoni (at) a3 (dot) epfl (dot) ch

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Active, a framework to build intelligent assistants

 

GUI toolkit pour logiciels médicaux

De nombreux projets du groupe VRAI impliquent la création d’interfaces utilisateurs conçues pour être utilisées par des chirurgiens en salle d’opération. Le but de ce projet est de participer à la conception et l’implémentation d’une plateforme logicielle modulaire et extensible avec laquelle les futures applications du groupe seront construites. L’étudiant(e) devra tout d’abord se familiariser avec les contraintes spécifiques du domaine médical et étudier les projets existants du groupe VRAI. Il s’agira ensuite d’étudier des approches logicielles existantes (Eclipse, XUL), évaluer divers outils de construction d’interfaces graphiques (QT, jeux vidéo), pour finalement choisir les composants les mieux adaptés pour concevoir, implémenter (en langage C++) et évaluer un prototype.

Contact:

Dagon Benoît   +41 22 534 90 78 info (at) imina.ch
Guzzoni Didier     didier (dot) guzzoni (at) a3 (dot) epfl (dot) ch

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Transarticular screw placements

Advance UI for Paraendoscopic Surgery (PICO)