Mettre en oeuvre un retour d'effort pour un système robotique dédié à la chirurgie mini-invasive impose d'adresser deux difficultés principales. La première est d'ordre métrologique, puisqu'il est technologiquement très difficile de procéder à une mesure directe de l'interaction distale à l'intérieur du patient, tout en respectant les contraintes de stérilité et d'encombrement. La seconde concerne le contrôle d'interactions dont la géométrie et la dynamique sont fortement variables et mal connues (contacts avec des organes, le chirurgien, ou d'autres instruments) dans un contexte particulier où la contrainte cinématique induite par le passage des instruments par un point fixe ne permet pas l'asservissement de toutes les composantes du torseur d'interaction.<br />La réponse apportée à ces questions prend ici la forme d'un système robotique bâti autour :<br />- d'un bras compact de cinématique sphérique ;<br />- d'un capteur d'efforts placé à l'extérieur du patient permettant une estimation fine des interactions distales ;<br />- d'une commande en effort dont la passivité est garantie pour toutes les interactions ; celle-ci est déclinée selon plusieurs modes (retour explicite, commande en impédance, téléopération à retour d'efforts).<br /><br />L'ensemble des propositions méthodologiques est validé de façon systématique sur un prototype de laboratoire développé dans le cadre de ce travail. Les expériences incluent des validations in vivo sur animal, depuis des tâches élémentaires jusqu'à l'utilisation du prototype comme "main gauche" pour une opération de cholécystectomie.

Cette thèse traduit un premier aboutissement de 3 armées d'études et de réalisations dans le domaine de la télé-informatique en général et du réseau d'ordinateurs CYCLADES en particulier. Nous avons abordé les différentes étapes de ce projet en complète et étroite collaboration. En particulier la conception général du frontal réalisé a été le fruit d'échanges constants d'idées et de critiques entre nous. Par suite il aurait été irréaliste de séparer artificiellement le travail effectué en deux parties distinctes, même si la réalisation, par souci d'efficacité, a été ponctuellement partagée, selon les goûts momentanés de chacun. C'est pourquoi, il en a résulté un document unique qui reflète mieux l'homogénéité de la recherche. Ce document se veut non seulement une présentation du travail effectué, mais également une réflexion cri tique sur les domaines abordés. Sa rédaction a été partagée selon l'intérêt marqué par chacun pour présenter chacune des parties étudiées. Ainsi, tandis que Jean-François CHAMBON rédigeait les chapitres IV, VI, VII et les annexes, Bernard LE BIHAN se consacrait aux chapitres I, II, III, V et VIII.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Cette recherche est née d'une réalité pratique d'un cabinet d'orthophonie situé au carrefour de déserts médicaux. C'est en partant de la problématique liée à la nécessité d’assurer une offre de soins équitable pour tous, et soucieux d'adapter ces offres en tirant bénéfice des évolutions technologiques et des évolutions des usages communautiques, que nous avons mené notre recherche dans une perspective exploratoire. Notre hypothèse principale est que le recours aux outils et services TIC, notamment aux dispositifs de e-learning, est une solution pour faire face aux difficultés organisationnelles et logistiques relatives à la mise en œuvre de soins pour tous.L'orthophonie est une profession de santé, et en ce sens, elle ne peut se résumer à une pratique pédagogique. Elle trouve sens dans la relation de soin qu'elle instaure avec le patient. La clinique amène l'orthophoniste à faire le choix d'un projet rééducatif qui s'articule autour d'une ligne de conduite plaçant le patient au cœur de la problématique, mais instrumenté par des méthodes pédagogiques, entre autres. C'est pourquoi, nous nous sommes interrogée sur les apports des recherches dans le domaine du e-learning dont nous pourrions bénéficier pour enrichir la pratique orthophonique.L'objectif est donc double: contribuer à enrichir la recherche scientifique propre au domaine de la télé-orthophonie et proposer des solutions à la demande grandissante de soins orthophoniques pour pallier une offre déficitaire dans certaines régions. Nous nous basons sur les visées et les enseignements de la FOAD, dans une optique de changement pédagogique qu'ils impliquent, sous l’hypothèse toutefois de la validité de ces apports pour la pratique de soin et de « rééducation » qu’est la clinique orthophonique.Dans un premier temps, pour situer le thème dans une perspective théorique, nous avons exposé la réalité de la pratique orthophonique en présentiel. Nous avons ensuite présenté les avantages des processus sollicités en FOAD. Nous avons également effectué une revue de littérature traitant de la télé-orthophonie et des diverses expérimentations réalisées. Du point de vue historique, nous avons abordé l'évolution de l'orthophonie en présentiel, des TICE ainsi que de la rééducation à distance. Nous avons également orienté notre travail vers un point de vue techno pédagogique, dans le domaine des sciences de l'éducation, avec le changement des rôles dans le rapport au savoir, impulsé par les avantages techniques proposés par les plates-formes FOAD, qui initient à la fois autonomie, interactivité, flexibilité, et socioconstructivisme. Sur le plan de la méthode, nous avons choisi de réaliser une recherche-action. Ainsi, notre recueil d‘informations s'est appuyé d'abord sur un questionnaire d’enquête prospectant sur les perceptions de la télé-orthophonie par les patients puis sur une expérimentation de pratique clinique présentée sous la forme de cas cliniques. Les résultats obtenus ont conclu à des perspectives d'enrichissement de la pratique clinique et des compétences orthophoniques. Ils nous ont également permis de faire quelques recommandations pour d‘autres recherches. Notre analyse a permis de confirmer l’hypothèse selon laquelle la Rééducation Orthophonique A Distance, peut relever les défis de la qualité de la pratique orthophonique tout en s'inscrivant dans l'évolution sociétale initiée par l'introduction des technologies de l'information. Ces dispositifs répondent de manière innovante à la demande grandissante de gage de qualité des soins et des compétences des praticiens, en se révélant des outils performants dans l'offre de soins, de formation et d'expertise. / This search arose from a practical reality of a cabinet of speech therapy located in the crossroads of medical deserts.Starting from the problem bound to the necessity of ensuring a fair offer of care for all and worried of adapting these offers by benefiting from technological evolutions and from evolutions of the social community uses, we led our search in an exploratory prospect Our main hypothesis is that the useof tools and ICTS services, especially e-learning, is a solution to face organizational and logistic difficulties concerning the implementation of care for all.Speech therapy is a health profession and by the way, it cannot be sum-up to an educational practice. The relation of care with the patient makes its sense. The practice brings the speech therapist to choose of a re-educational project which is articulated around a guideline locating the patient at the core of the problem, instrumented by educational methods. That is why, we wondered about the contributions of the researches in the field of the e-learning that could contribute to empower the speech therapy practice.The objective is thus double: To contribute to enrich the scientific research in the domain of the e-speech therapy and to propose solutions to the growing demand of care to counterbalance an insufficient offer in some regions.We base our approach on the perspectives and the teachings of the FOAD, in a project of educational change that under the hypothesis of the validity of these perspectives for the practice of care and "reeducation" that is the speech therapy practice.In a first step, to be in a theoretical perspective, we described the reality of speech-therapy practice as a face-to-face.Then, we have shown the benefits of the FOAD processes. We also conducted a literature review on e-speech therapy and the various experiments carried out.From a historical point of view, we have discussed the evolution of face to face speech-therapy, ICT and remote re-education.We have also oriented our work towards a techno-pedagogical point of view, in the field of educational sciences, with the changing roles in the relation to knowledge, driven by the technical advantages offered by the FOAD platforms, which initiate autonomy, interactivity, flexibility, and social constructivism.Concerning the method, we decided to carry out an action-research project.Thus, our collection of information was initially settled on a survey questionnaire exploring the feeling of patient of e-speech therapy and then on a clinical practice experiment presented in the form of clinical cases.The results led to perspectives of enrichment of the clinical practice and the speech-therapic skills.They also allowed us to make some recommendations for other researches.Our analysis confirmed the hypothesis according to which, e-reeducation, can meet the challenges of the quality of the speech-therapy practice while joining the societal evolution introduced by the e-technologies.However, if the reluctance to e-speech therapy are still existing, our vision of the future of the e-speech therapy converges on the conception of hybrid methods, mutualizing the skills and the offers of care, where both face-to-face and virtual modes will exist with other informal and social modes of reeducation, widely favored by the tools of Web 2.0.These approaches answer in an innovative way to the growing demand of quality security of the care and the skills of the practitioners by showing itself as successful tools in the offer of care, training and expertise.

A partir de la conception d’un robot pour une application médicale particulière de télé-échographie, une démarche de conception générique de robots médicaux est proposée. L’étude se décompose en deux phases : la synthèse topologique et la synthèse dimensionnelle. La première est effectuée pour toutes applications médicales à partir de connaissances capitalisées dans un catalogue de robots médicaux réalisé au préalable. La synthèse dimensionnelle est établie pour un robot de télé-échographie. Une nouvelle structure cinématique de poignet sphérique série permettant de rejeter la singularité aux frontières de l’espace de travail est proposée. Après avoir réalisé une analyse cinématique validant le concept, plusieurs optimisations multi-critères sont effectuées selon des critères de performances cinématiques (manipulabilité, dextérité) et d’encombrement (compacité). Une comparaison de l’influence des indices de performance sur l’optimisation est réalisée. Le concept pour l’application de télé-échographie choisi et dimensionné, une démarche de conception préliminaire à l’aide de l’outil CAO est présentée. Une phase de conception collaborative avec des designers est menée afin d’améliorer l’ergonomie, la compacité et l’esthétique du robot. L’association des étapes de synthèses et de conception préliminaire a conduit à la proposition d’une démarche de conception de robots médicaux. / From the design of a tele-echography robot for a specific medical application, a generic methodology for medical robots design is proposed. The study is presented in two parts: a topological synthesis and a dimensional one. The first is made for all medical applications, from a medical robots catalogue built beforehand. The second synthesis is established for a tele-echography robot. A new spherical kinematic structure permitting to reject singularities to the boundaries of the workspace is proposed. After having validated this concept from a kinematic point of view, several multi-criteria optimisations are realised according to kinematic indices (manipulability, dexterity) and bulkiness (compactness). A comparison of indices influence on optimisations is carried out. The concept for teleechography robot chosen and dimensioned, a process of embodiment design with CAD tool is presented. A collaborative design phase with designers is led to improve ergonomics, compactness and aesthetic of the robot. The association of synthesis steps and embodiment design lead to propose a process of medical robots design.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2016

Récepteurs récupérateurs d’énergie sans fil (WPR) détiennent un avenir prometteur pour la génération d'énergie électrique continue afin d’alimenter complètement ou partiellement les circuits compris dans les systèmes de communication sans fil. Applications importantes telles que l'identification par radiofréquence (RFID) et les réseaux de capteurs sans fils (WSN) fonctionnant aux bandes de fréquences UHF et SHF sont apparues, nécessitant un important effort sur la conception de WPRs d’haute efficacité pour étendre la distance de fonctionnement ou de la durée de vie de ces applications portables. Dans ce contexte, les redresseurs intégrés et les antennes sont d'un intérêt particulier, car ils sont responsables pour la tâche de conversion d'énergie. Ce travail de thèse vise à faire progresser l'étatde l'art à travers de la conception et réalisation de WPRs d’haute efficacité, dès l'antenne jusqu’au stockage de la puissance DC convertie, en explorant les défis d’interconnexion avec leur pleine intégration sur PCBs. / Wireless Powered Receivers (WPR) hold a promising future for generating a small amount ofelectrical DC energy to drive full or partial circuits in wirelessly communicating electronic devices.Important applications such as RFIDs and WSNs operating at UHF and SHF bands have emerged,requiring a significant effort on the design of high efficient WPRs to extend the operating range or thelifetime of these portable applications. In this context, integrated rectifiers and antennas are of aparticular interest, since they are responsible for the energy conversion task. This thesis work aims tofurther the state-of-the-art throughout the design and realization of high efficient WPRs from the antennaup to the storage of the converted DC power, exploring the interfacing challenges with their fullyintegration into PCBs.

Les robots légers utilisés pour la télé-échographie robotisée permettent, à l'expert médical, d'orienter à distance une sonde ultrasonore 2D. L'analyse en temps réel de l'image ultrasonore du patient, reçue via un lien de communication, permet à l'expert de définir un diagnostic. Les validations cliniques du concept de télé-échographie robotisée montrent qu'il est ainsi possible de pallier le manque d'experts en ultrasonographie sur des sites médicalement isolés. Le robot porte-sonde est positionné et maintenu sur le corps du patient par un assistant à partir des informations communiquées par le spécialiste via visioconférence. Cependant, la faible masse du robot, le fait qu'il soit maintenu par un assistant sur le corps du patient et les mouvements physiologiques du patient provoquent des perturbations dans la position de la sonde et engendrent ainsi des pertes des sections d'intérêt des organes étudiés. Les travaux de cette thèse ont consisté à développer une approche par asservissement visuel basé sur les moments d'image ultrasonore 2D. Le calcul des moments 2D étant basé sur les points du contour de la section d'intérêt, un algorithme de traitement d'images efficace est nécessaire pour détecter et suivre le contour d'intérêt en mouvement. Pour cela, une méthode de contour actif paramétrique basée sur les descripteurs de Fourier est présentée. Les lois de commandes correspondant à trois tâches autonomes autorisant la recherche et le maintien de visibilité d'un organe lors de l'acte médical télé-opéré sont implémentées et validées sur la plateforme robotique du projet ANR Prosit. / The light weight robots used for robotized tele-echography allow the medical expert to remotely operate a 2D-ultrasound probe. The real-time analysis of the patient's ultrasound images, received via a standard communication link, provides the expert with relevant information to define a diagnosis. The clinical validations of the robotized tele-echography concept show that it is possible to overcome the lack of sonographers in medically isolated sites. The robot probe-holder is usually positioned and held on the patient's body by a paramedical staff based on information provided by the specialist via videoconferencing. However, the small mass of the robot, the fact that it is held by an assistant on the patient's body and the patient's physiological movements cause disturbances in the position of the probe ; this thus can generate a loss of the region of interest of the organ being under investigation during the teleoperated medical act. This thesis work focuses on the development of a visual servoing approach based on 2D ultrasound image moments. 2D moments calculation is based on the contour points of the image section of interest, therefore an image-processing algorithm is needed to effectively detect and follow the contour of interest in motion. For this reason, a parametric active contour method based on Fourier descriptors is presented. The control laws, corresponding to three independent autonomous tasks to search and maintain the visibility of an organ within a given ultrasound plane during the tele-operated medical act are implemented and validated on robotic platform project ANR Prosit.

Les étiquettes d'identification radiofréquence passifs (RFID) sont des systèmes télé-communiquant dont l'approvisionnement en énergie se fait via les ondes électromagnétiques. De plus en plus présents dans notre environnement (passeport, badge d'accès, gestion de stock), ils ont l'avantage d'avoir une durée de vie presque infinie, et ne consomment de l'énergie que lorsqu'ils sont sollicités. Par ailleurs, leur moyen de communiquer, sans fil, permet de les utiliser dans des endroits difficiles d'accès pour des lecteurs optiques type code à barre. Toutefois, la portée de tels systèmes est limitée par l'efficacité de la récupération de l'énergie provenant des ondes. Dans ce cadre, l'augmentation de la portée des étiquettes RFID, notamment pour les applications de logistique est un élément primordial.Sont présentés dans cette thèse différents moyens d'augmenter cette portée notamment grâce à l'amélioration des blocs de récupération d'énergie ou l'adaptation d'impédance, tout en respectant des contraintes liées au coût du système. La première partie se focalise sur la réduction des pertes du bloc de récupération d'énergie par l'optimisation du layout. Une architecture à haut rendement à transistor polarisé est ensuite proposée. Pour finir, l'impact de la rétro-modulation et de l'adaptation d'impédance en fréquence sur la récupération d'énergie sont étudiés et améliorés. / The passive radio frequency identification tags (RFID) systems communicate with a remote power supply thanks to electromagnetic waves. Increasingly present in our environment (biometric passport, inventory management), they present the advantage to have an almost infinite lifetime, and consume energy only when they are solicited. Moreover, because it is a wireless way to communicate, it is possible to use these systems places inaccessible to optical drives type bar code. However, the range of such systems is limited by the efficiency of the recovery of energy from waves. In this context, increasing the range of RFID tags, especially for logistics applications is essential.In this these, different ways to increase the range are studied. The first part focuses on the reduction of losses on the rectifying circuitry thanks to layout optimization. An high performances architecture with transistor biased is then proposed. Finally, the impact of backscattering and impedance matching on the energy recovery are studied and improved.

Les objectifs scientifiques de ces travaux de thèse reposent sur le développement d’une plateforme robotisée pour la réalisation d’un acte d’échographie à distance. Les contraintes de cet acte médical à distance ont conduit à la réalisation d’un robot sériel à cinq degrés de liberté. La présence d’une singularité centrale a conditionné la proposition d’une loi de commande cinématique pondérée dont l’objectif est d’assurer le meilleur suivi du geste médical et le maintien du plan ultrasonore à l’approche de la singularité. Cette loi de commande est basée sur une combinaison linéaire de l’inverse et de la pseudo-inverse de la matrice jacobienne de base du robot. Les réseaux haut débit sont nécessaires pour l’utilisation de la plateforme télé-opérée afin d’assurer une très bonne qualité des images échographiques reçues par l’expert. Cependant, ils sont soumis à de forts délais de transmission perturbant la stabilité du système robotique et le ressenti des interactions robot/patient. L’architecture de commande bilatérale passive proposée est basée sur le formalisme des variables d’ondes, et inclut les structures mécatroniques des postes maître et esclave, et les caractéristiques des liens de communication. Cette approche garantit, quels que soient les délais de transmission, la stabilité et la transparence de la plateforme télé-opérée. La prise en compte de l’ensemble des caractéristiques mécatroniques de la chaîne télé-opérée a permis de proposer une méthodologie pour l’adaptation d’impédance afin d’améliorer le rendu haptique au niveau du poste maître. Des expérimentations par satellite ont validé l’approche de la structure bilatérale et confirmé la stabilité et la transparence de la chaîne télé-opérée quels que soient les délais de communication. / The scientific objectives of this PhD thesis work are based on the development of a robotic platform used to perform tele-echography act via satellite link. The constraints of the remote tele-echography procedure led to the development of a 5-DOF serial robot. The presence of a central singularity has conditioned the proposal of a weighted kinematic control law to ensure a better monitoring of medical procedure and ultrasonic plan when approaching the singularity. This control law is based on a linear combination of the inverse and pseudo-inverse of the Jacobian matrix. Broadband networks are required to provide high quality ultrasound images to the medical expert. However, they are subject to high transmission delays disrupting the stability of the robotic system and rendering of robot/patient interactions. The passive bilateral control architecture proposed is based on the wave variables approach ; it includes the mechatronic master and slave characteristics, and the communication links characteristics. This approach ensures stability and transparency of the tele-operated platform whatever the transmission time delay. A methodology for impedance matching taking into account the characteristics of mechatronic tele-operated chain has improved haptic rendering at the station master. Satellite experiments have validated the proposed wave variables bilateral structure and confirmed the stability and transparency of the tele-operated chain for any communication delays.