Projet : EPIDAURE - epidaure

<body bgcolor="#FFFFFF" text="#000000" link="#9944EE" vlink= "#0000FF" alink="#00FF00">  <a name="CHILD_LINKS"><strong>Sous-sections</strong></a> <ul> <li><a name="tex2html576" href= "resul_simulationRslt_mn.html#SECTION00065100000000000000" target="main"><small>Réalité Augmentée en chirurgie hépatique</small></a></li> <li><a name="tex2html577" href= "resul_simulationRslt_mn.html#SECTION00065200000000000000" target="main"><small>Simulation des tissus mous</small></a></li> <li><a name="tex2html578" href= "resul_simulationRslt_mn.html#SECTION00065300000000000000" target="main"><small>Modélisation des vaisseaux et interaction</small></a></li> <li><a name="tex2html579" href= "resul_simulationRslt_mn.html#SECTION00065400000000000000" target="main"><small>Simulation de Neurochirurgie</small></a></li> </ul> <hr /> <h2><a name="SECTION00065000000000000000">Simulation</a></h2>  <a name="EPIDAURE_resultats_simulationRslt"></a> <p><strong>Mots clés :</strong> <i>réalité virtuelle, réalité augmentée, stéréovision, modèle déformable, temps réel, retour d'effort, élasticité, élément fini .</i></p> <h3><a name="SECTION00065100000000000000">Réalité Augmentée en chirurgie hépatique</a></h3> <blockquote> Cette étude est menée en collaboration avec l'IRCAD. </blockquote> <p><br /> <br /> <span class="textbf">Participants :</span> Gérald Bianchi, Grégoire Malandain, Nicholas Ayache, Frédéric Devernay [Chir], Luc Soler [IRCAD].<br /> <br /></p> <p>À la suite des travaux en réalité augmentée de J. Feldmar et F. Devernay, on cherche ici à construire un système opérationnel fonctionnant à l'IRCAD.</p> <p>Dans le cadre de la chirurgie hépatique, il s'agit de superposer un modèle scanner 3D du foie préopératoire présentant la segmentation de Couinaud et la structure vasculaire interne du foie sur une image vidéo 2D peropératoire (cf. figure <a href= "resul_simulationRslt_Toc.html#Superposition">16</a>).</p> <div align="center"> <a name="Superposition"></a><a name="1713"></a> <table> <caption align="bottom"> <strong>Figure 16:</strong> Image simulant la superposition finale du modèle du foie 3D segmenté sur une image vidéo du foie réelle acquise pendant l'intervention. </caption> <tr> <td> <div align="center">  <img width="260" height="213" align="bottom" border="0" src="img55.png" alt= "\includegraphics [height=7.5cm]{images/foieAR.ps}" /> </div> </td> </tr> </table> </div> <p>Le travail mené pendant le stage de G. Bianchi a consisté à [<a href="bibliographie_Toc.html#bianchi2000" target= "contents">69</a>] :</p> <ul> <li>identifier les composants matériels permettant de construire un système complet d'acquisition stéréoscopique (caméras et carte d'acquisition),</li> <li>regrouper les composants logiciels permettant de reconstruire une surface par stéréovision et de la recaler avec une surface extraite d'une image 3D,</li> <li>écrire les interfaces nécessaires à l'ergonomie du système,</li> <li>mener une campagne d'acquisition pour la validation,</li> <li>transférer et installer le tout à l'IRCAD.</li> </ul> <p>Ces travaux seront poursuivis dans le cadre de la thèse de S. Nicolau.</p> <h3><a name="SECTION00065200000000000000">Simulation des tissus mous</a></h3> <blockquote> Cette étude est menée en collaboration avec les équipes de l'action concertée incitative CAESARE (voir section <a href= "inter_regional_Toc.html#CAESARE">8.1.2</a>). </blockquote> <p><strong>Mots clés :</strong> <i>maillage, adaptatif, modèle deformable, temps réel, retour d'effort, élasticité, anisotropie, non-linéaire, méthode des éléments finis, vaisseaux sanguins .</i></p> <p><br /> <br /> <span class="textbf">Participants :</span> Guillaume Picinbono, Hervé Delingette, Nicholas Ayache.<br /> <br /></p> <p>Plusieurs directions de recherches ont été suivies pour améliorer le réalisme du prototype de simulateur de chirurgie laparoscopique sur le foie.</p> <p>Tout d'abord, nous avons enrichi le comportement biomécanique de notre modèle de foie. Suite à nos travaux sur la modélisation des matériaux transversalement isotropes [<a href="bibliographie_Toc.html#Picinbono00" target= "contents">49</a>], nous avons introduit la notion d'anisotropie de surface afin de modéliser le comportement de la capsule de Glisson, une peau relativement rigide entourant le foie. Pour cela, nous avons couplé à notre modèle masse-tenseur une membrane de type masse-ressort permettant de rigidifier la surface du modèle [<a href= "bibliographie_Toc.html#Picinbono00RR" target= "contents">65</a>].</p> <p>Ensuite, le modèle d'élasticité linéaire que nous utilisons depuis plusieurs années n'étant correct que pour des petits déplacements, nous avons développé un nouveau modèle déformable fondé sur une loi d'élasticité non-linéaire [<a href="bibliographie_Toc.html#Picinbono00b" target= "contents">48</a>] et anisotrope [<a href= "bibliographie_ct.html#Picinbono00RRb" target= "contents">64</a>]. Ce modèle reste valable pour les grands déplacements, ce qui signifie en particulier qu'il est invariant par rotation. Cette propriété améliore le réalisme de la déformation et résoud les problèmes liés aux limitations de l'élasticité linéaire (figure <a href= "resul_simulationRslt_Toc.html#fig:non-lineaire">17</a>). Nous avons également introduit des contraintes d'incompressibilité dans notre modèle.</p> <div align="center"> <a name="fig:non-lineaire"></a><a name="1758"></a> <table> <caption align="bottom"> <strong>Figure 17:</strong> Amélioration du réalisme de la déformation grâce au modèle d'élasticité non-linéaire : dans les deux cas, le modèle linéaire est représenté par une grille noire, le modèle non-linéaire avec une surface sombre et la position au repos par une grille claire. </caption> <tr> <td> <div align="center"> <table cols="2"> <col align="center" /> <col align="center" /> <tr> <td valign="baseline" align="center" nowrap= "nowrap"> <img width="133" height="144" align="bottom" border="0" src="img56.png" alt= "\includegraphics [width=5cm]{images/cylinder_linear_nl_miccai1.ps}" /></td> <td valign="baseline" align="center" nowrap= "nowrap"> <img width="249" height="125" align="bottom" border="0" src="img57.png" alt= "\includegraphics [width=9cm]{images/foie_linear_nl_miccai1.ps}" /></td> </tr> </table> </div> </td> </tr> </table> </div> <p>Enfin, le modèle non-linéaire étant plus coûteux, nous avons cherché à l'optimiser en imaginant un modèle adaptatif qui n'utilise l'élasticité non-linéaire que dans les zones qui subissent de grands déplacements. Le reste du modèle garde alors un comportement linéaire qui est réaliste lorsque les déplacements sont suffisamment faibles (figure <a href= "resul_simulationRslt_Toc.html#fig:adaptatif">18</a>). De cette faÇon, on bénéficie de l'amélioration apportée par le modèle non-linéaire en cas de grands déplacements, tout en gardant une bonne efficacité de calcul. [<a href= "bibliographie_Toc.html#Picinbono00RRb" target= "contents">64</a>].</p> <div align="center"> <a name="fig:adaptatif"></a><a name="1771"></a> <table> <caption align="bottom"> <strong>Figure 18:</strong> Modèle non-linéaire adaptatif: seuls les sommets identifiés par un point utilisent l'élasticité non-linéaire. Dans le cas de la simulation de découpe d'une partie du foie, seule la partie supprimée subira de grands déplacements (figure de droite). </caption> <tr> <td> <div align="center"> <table cols="2"> <col align="center" /> <col align="center" /> <tr> <td valign="baseline" align="center" nowrap= "nowrap"> <img width="221" height="111" align="bottom" border="0" src="img58.png" alt= "\includegraphics [width=8cm]{images/foie_nl_adaptatif.ps}" /></td> <td valign="baseline" align="center" nowrap= "nowrap"> <img width="165" height="109" align="bottom" border="0" src="img59.png" alt= "\includegraphics [width=6cm]{images/foie_adaptatif_simu2.ps}" /></td> </tr> </table> </div> </td> </tr> </table> </div> <h3><a name="SECTION00065300000000000000">Modélisation des vaisseaux et interaction</a></h3> <blockquote> Cette étude est menée en collaboration avec les équipes de l'action concertée incitative CAESARE (voir section <a href= "inter_regional_Toc.html#CAESARE">8.1.2</a>). </blockquote> <p><strong>Mots clés :</strong> <i>maillage, contour déformable, temps réel, retour d'effort, vaisseaux sanguins .</i></p> <p><br /> <br /> <span class="textbf">Participants :</span> Clément Forest, Hervé Delingette, Nicholas Ayache.<br /> <br /></p> <p>Nous avons aussi cherché à renforcer le réalisme physiologique du simulateur en ajoutant au modèle de foie, des modèles physiques de vaisseaux sanguins. En effet, la manipulation de ces derniers est l'une des principales difficultés de l'opération chirurgicale. Leur introduction permet donc de renforcer de manière significative l'intérêt d'un simulateur. Nous avons intégré les vaisseaux dans le maillage du foie en les considérant comme des entités indépendantes pouvant interagir avec le foie et avec les outils chirurgicaux. Le modèle choisi pour les vaisseaux est un modèle linéique. Ce choix permet de simplifier la modélisation mécanique des vaisseaux et de simplifier leur manipulation sans entraîner une trop grosse surcharge de calcul.</p> <div align="center"> <a name="fig:sim-vaisseaux"></a><a name="1802"></a> <table> <caption align="bottom"> <strong>Figure 19:</strong> Modélisation physique de l'arborescence de la veine porte : (gauche) simulation de la découpe de vaisseaux, (droite) insertion des vaisseaux dans le parenchyme hépatique. </caption> <tr> <td> <div align="center"> <table cols="2"> <col align="center" /> <col align="center" /> <tr> <td valign="baseline" align="center" nowrap= "nowrap"> <img width="170" height="130" align="bottom" border="0" src="img60.png" alt= "\includegraphics [width=6cm]{images/decoupe.ps}" /></td> <td valign="baseline" align="center" nowrap= "nowrap"> <img width="170" height="131" align="bottom" border="0" src="img61.png" alt= "\includegraphics [width=6cm]{images/karine_vaisseau_transparent.ps}" /></td> </tr> </table> </div> </td> </tr> </table> </div> <p>Le réseau vasculaire est donc constitué d'un ensemble de courbes possédant un comportement mécanique propre. Lorsqu'un vaisseau est pris dans le parenchyme, sa position est fixée relativement à celle du foie, mais l'existence de ce comportement mécanique propre lui permet d'exercer une influence sur celui-ci via une contrainte en force. Au contraire, lorsque ce vaisseau est extrait du parenchyme son comportement devient libre et il n'est plus en interaction qu'avec les outils chirurgicaux, ce qui permet sa manipulation.</p> <p>Enfin, nous avons récemment ajouté dans le simulateur la possibilité d'interagir avec le système Phantom de Sensable Technologies de la même manière qu'avec le Laparoscopic Impulse Engine de Immersion Corp. Cet extension permet d'augmenter notablement les possibilités d'interaction du simulateur de chirurgie.</p> <h3><a name="SECTION00065400000000000000">Simulation de Neurochirurgie</a></h3> <p><strong>Mots clés :</strong> <i>maillage, contour deformable, temps réel, retour d'effort, vaisseaux sanguins .</i></p> <p><br /> <br /> <span class="textbf">Participants :</span> Clément Forest, Oliver Tonet, Hervé Delingette, Nicholas Ayache, Frédéric Hor [HÔpital du Val de Grace].<br /> <br /></p> <p>Nous avons commencé un projet de simulation de neurochirurgie utilisant le système Phantom de Sensable Technologies et un modèle de tissus cérébraux. Les premiers résultats seront présentés dans les thèses d'Oliver Tonet et de Clément Forest.</p> </body>