Université de Strasbourg

Simulation chirurgicale

Méthodes hybrides avec treillis dans la simulation interactive de la coupe de tissus mous

Fellow USIAS : Stéphane Bordas

La chirurgie est une pratique complexe dont les résultats  s'appuient fortement sur l'expérience des chirurgiens, et qui implique donc un certain nombre de risques. La simulation informatique est une pratique essentielle pour la formation, l’assistance ainsi que la robotique chirurgicale.

Coupure, déchirure, suture, insertion d’aiguille, aspiration, ablation thermique nécessitent la prise en compte de changements topologiques. Par exemple, l’initiation et la propagation d’une coupe ou d’une déchirure sont significativement affectées par la microstructure du matériau dans lequel elles sont opérées (discontinuités, porosité, interfaces). Les opérations chirurgicales nécessitant le traitement de ces changements topologiques restent les plus difficiles à simuler. Ce sont aussi les plus communes, et celles qui bénéficieraient le plus d’une assistance robotique.

L'une des difficultés émane de l'obligation de traiter la propagation des discontinuités ainsi que la structure  micro ou méso du matériau dans lesquels ces changements topologiques se produisent. Nous nous intéressons donc au développement d'un outil numérique hybride capable de simuler de manière interactive la découpe chirurgicale.

Dans la région où la coupe est réalisée, nous utilisons une approche mésoscopique discrète avec treillis, adaptée à l'initiation de coupures et au traitement des déchirures qui en découlent.  Les autres régions sont modélisées par une approche en continuum ou par réduction de modèle algébrique reposant sur des pré-calculs. La zone de coupe est mise à jour en temps réel.

Les algorithmes sont mis en œuvre dans le cadre du logiciel SOFA, qui cible les calculs d’objets déformables en temps réel. Le travail est effectué en collaboration avec le groupe du Dr. Hadrien Courtecuisse au sein d’ICube et l’équipe Inria de Stéphane Cotin.

 

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