Université de Strasbourg

Simulation de coupures dans des matériaux

Méthodes hybrides lattice-continu pour la simulation interactive de la coupe des tissus mous

USIAS Fellow : Stéphane Bordas

La chirurgie est une pratique complexe dont les résultats  s'appuient fortement sur l'expérience des chirurgiens et donc implique un certain nombre de risques. La simulation informatique est un candidat solide 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 déchirure sont significativement affectés 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. Ces opérations 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 de propagation ainsi que la structure  micro ou méso du matériau dans lesquels ces changements topologiques ont lieu. Nous nous intéressons au développement d'un outil numérique hybride (lattice/continu) capable de la simulation interactive de la découpe chirurgicale.

Dans la région où la coupe a lieu, nous utilisons une approche de réseau discret méso-scopique (treillis/lattice) appropriée au traitement de l'initiation de coupures et aux déchirures ultérieures.  Le reste du domaine est modélisé par une approche continue ou par réduction de modèle algébrique reposant sur des pré-calculs. La zone de coupe est mise à jour en temps réel. Plus onéreuse en temps de calcul, une fois la coupe terminée, il est nécessaire d’être capable de remplacer la zone lattice par un milieu continu coupé par une discontinuité forte à la traversée de la coupure.

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 dans ICube et l’équipe Inria de Stéphane Cotin.

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