AISIM 3 Compte Rendu  (11 et 12 Mai 1999, Rocquencourt)

La 3^ème réunion plénière de l'AISIM s'est tenue à Rocquencourt les 11 et 12 mai 1999. L'organisation locale a été prise en charge par Marina Vidrascu. La première journée a été consacrée à la présentation des travaux réalisés dans le cadre de l'action, mais aussi de travaux extérieurs. Nous avons accueillis Diane DAN du LAB (Peugeot PSA Citröen - Renault) et Luc Soler de l'IRCAD.
La seconde journée a été consacrée à une réunion de travail qui a, entre autres, permis de mettre au point un protocole d'évaluation des modèles déformables temps réel.

Liste des Participants:

 

Epidaure	Nicholas Ayache	Hervé Delingette	Guillaume Picinbono
Epidaure/Sinus	Jean-Christophe Lombardo
iMAGIS	Pierre-Olivier Agliati	Gilles Debunne	Fabrice Neyret
M3N	Marc Thiriet
MOSTRA	Marina Vidrascu
Sharp	François Boux de Casson	Diego D'Aulignac
Sinus	Stéphane Lanteri
IRCAD	Luc Soler
LAB	Diane Dan

Présentations des travaux réalisés:

Session 1: Problèmes divers liés à la simulation de chirurgie
• Guillaume PICINBONO, Jean-Christophe LOMBARDO "Extrapolation: A solution for Force Feedback ?"

Article présenté au Laval International Virtual Reality Meeting - GTRV 7 (Laval)
(transparents, article html, pdf)
• Jean-Christophe LOMBARDO, Marie-Paule CANI, Fabrice NEYRET "Real-time Collision Detection for Virtual Surgery"

Article présenté à Computer Animation 99 (Genève)
(transparents commentés, article html, pdf)
• Luc SOLER (IRCAD) "Segmentation Anatomique du foie : vers une utilisation clinique" (transparents)

Session 2: Rendu (Résumé)

• Franck SENEGAS, Fabrice NEYRET "Aspect évolutif de la surface du foie : contusions, blanchiment et cautérisation à l'aide de textures animées."
• Fabrice NEYRET, Marie-Paule CANI. "Apparence du `grain' de la surface du foie : mapping de texture sans distorsion."

Faisant parti d'un article présenté à SIGGRAPH'99 (Los Angeles) (PostScript)

Session 3: Modèle de référence

• Diane DAN (LAB) "Essais de caractérisation rhéologique sur le foie humain" (résumé)
• Marina VIDRASCU "Nouveaux développements du modèle bio mécanique : résultats préliminaires"
• Marc THIRIET Tests comparatifs sur la biomécanique du foie (gel/foie humain)
• Marc THIRIET Maillage du foie avec etiquettage des faces frontieres (résumé)
• Marc THIRIET, Fioan CARTER Étude rhéologique du foie humain
  La différence importante de résultats des études menées respectivement par Diane Dan et par Fiona Carter a conduit à un échange entre Marc et Fiona dont voici une synthèse.

Session 4: Éléments finis

• Gilles DEBUNNE, Pierre-Olivier AGLIATI "Animation multirésolution interactive de matériaux déformables" (transparents)
• Guillaume PICINBONO "Modèle déformable élément fini temps réel" (transparents)
• 15h20-15h50 Jean-Christophe LOMBARDO "Améliorations du modèle Masse/Tenseur" (transparents, rapport de stage de Julien Pequignot) sur l'optimisation de maillages tétraèdriques - au format MSWord, désolé)

Session 5: Autres modèles déformables

• François BOUX DE CASSON "Un modèle dynamique hétérogène interactif du foie et la proposition d'un algorithme de déchirement" (transparents)
• Diego d'AULIGNAC "L'intégration implicite et l'identification des paramètres pour les modèles déformables"

Évaluation des modèles déformable temps réel:

Après discussion, un protocole d'évaluation des modèles déformables temps réel provenant des équipes EPIDAURE, SHARP et IMAGIS a été mis au point. L'évaluation de ces modèles s'effectuera d'une part par rapport à un modèle de référence fourni par M3N/MOSTRA où il s'agira de mesurer la qualité des déformations produites par ces modèles temps réel. D'autre part, il s'agira d'évaluer ces modèles  par rapport à des critères objectifs liés à leurs  caractéristiques et à leurs performances (possibilité de découpe ou non, fréquence de simulation, ...). 

Qualité de la déformation sur une géométrie simple

La première série de tests sera effectuée sur le cube de Rivlin où il existe une solution analytique à la déformation induite par une force. Le maillage du cube et les paramètres mécaniques modélisant le comportement du foie humain seront fournis par Marina Vidrascu, la solution analytique par Hervé Delingette.
Ce test permettra d'évaluer objectivement la précision des déformations calculées sur les différents  modèles temps réel dans le cas d'une géométrie simple.

Qualité de la déformation sur le foie

L'objectif est de comparer les déformations induite sur le foie par l'action d'un outil. Nous devons pouvoir évaluer au moins qualitativement la plage de déformation pour laquelle le modèle temps réel est une bonne approximation du modèle de référence. Pour ce faire, les quatre projets M3N/MOSTRA, EPIDAURE/SINUS, iMAGIS et SHARP utiliserons les mêmes maillages avec les mêmes conditions initiales.
• Maillage: Les tests seront effectués sur trois maillages plus ou moins grossiers du foie. Ces maillages comporterons approximativement 500, 1000 et 2000 faces externes. L'emplacement de la veine cave inférieure et du hile hépatique, points d'ancrage du foie, serons étiquetés par Marc Thiriet. Les maillages seront fournis par M3N/Mostra.
• Paramètres mécaniques: Les modèles reposant sur la loi de Hooke (iMAGIS et EPIDAURE/SINUS) utiliserons les constantes de Lamé fournies par M3N/MOSTRA. SHARP utilisera les jeux de données contraintes/déformations également fournies par M3N/MOSTRA pour déterminer les paramètres propres à son modèle déformable à l'aide d'une méthode d'optimisation globale (voir exposé de Diego d'AULIGNAC).
• Conditions aux limites: Sur chaque maillage, les sommets aux emplacements étiquetés de la veine cave inférieure et du hile hépatique seront considérés comme étant fixes.

Pour chaque maillage, quelques facettes reparties uniformément seront choisies. À chacune de ces facettes, divers déplacements seront imposés. ces déplacements devront être de diverses amplitudes. Afin d'évaluer l'impact de la présence ou de l'absence d'un modèle de la capsule de Glisson, il serait peut être intéressant d'effectuer a la fois des déplacements radiaux mais aussi tangentiels (les propriétés de la capsule de Glisson sont telles que son influence devrait être très importante sur des mouvements tangentiels à la surface de l'organe). Ceci permettrait de mesurer l'apport des modèles non homogènes et multi-couches. Pour chacune de ces contraintes, la position d'équilibre du modèle de référence sera calculée.
• Jeux de donnés: En plus des divers maillages au repos et des constantes de Lamé, M3N/MOSTRA fournira pour chaque expérience les indices et les déplacements de la facette contrainte en position, la force exercée sur ces sommets par la déformation du foie ainsi que la position de chaque sommet du maillage déformé. On peut également envisager de prendre en compte les forces exercées sur les autres sommets fixés (ceux correspondant à la veine cave inférieure et au hile hépatique).
• Mesure de qualité: Chaque expérience réalisée sur le modèle de référence sera reproduite avec les modèles temps réel. L'évaluation de ces derniers se fera en comparant :
• la force exercée sur la facette contrainte en déplacement,
• la position de la surface à l'équilibre (somme des carrés du déplacement de chaque sommet, déplacement maximal et moyen). Afin d'évaluer qualitativement la répartition de l'erreur sur la géométrie. on pourra fournir un modèle surfacique (type VRML) ou des images en fausse couleur codant la norme de la différence du déplacement des sommets entre les modèles de référence et temps réel.
• la fréquence de simulation,
• le temps nécessaire pour atteindre un état d'équilibre
Ce protocole devrait permettre de comparer facilement les différents modèles temps réel lors de notre dernière réunion plénière à l'automne 1999.

Et maintenant ?

Divers

• Fabrice Neyret (iMAGIS/rendu) demande des images sur le foie humain pour mieux comprendre quels sont les phénomènes á modéliser. Luc Soler (IRCAD) propose d'envoyer une vidéo.
• François Boux de Casson (Sharp) voudrait avoir les modèles géométriques de plusieurs outils utilisés en chirurgie laparoscopique. Luc Soler (IRCAD) propose d'envoyer les maillages des outils les plus utilisés.
• Afin de valider les modèles déformables, Hervé Delingette (EPIDAURE) propose d'utiliser les courbes stress/strain du foie produites par Diane DAN (LAB) pour régler les divers modèles déformables puis de simuler les expériences décrites par Fiona Carter (Cf. son exposé).
• Jean-Christophe Lombardo rappelle qu'il souhaite regrouper les publications issues des travaux menées au sein de l'AISIM.

AISIM 4

Pour marquer la fin de l'action incitative simulation de chirurgie, nous avons décidé d'organiser notre quatrième réunion plénière sur 3 jours :
Le premier jour sera réservé aux membres de l'action et à ces collaborateurs proches (IRCAD, LAB). Il sera utilisé pour faire le point sur les travaux réalisés depuis la 3^ème réunion plénière.
Les deux jours suivants seront consacrés à une présentation publique des travaux réalisés pendant les 2 années de vie de l'action. Après une introduction sur les problèmes posés par la chirurgie endoscopique mettant en avant l'intérêt d'un simulateur informatique, nous mettrons en avant les divers problèmes à résoudre pour être capable d'effectuer cette simulation. Ensuite, nous proposerons des démonstrations des maquettes réalisées par l'AISIM. Le second jour d'exposés publiques sera plus technique. Chaque équipe présentera ses solutions. Nous espérons également pouvoir proposer des interventions extérieures, notamment celles des autre équipes françaises, voire francophones, travaillant sur le sujet. Ceci pose des questions budgétaire, l'AISIM peut/doit elle assumer seule l'organisation de ces journées, ou peut/doit elle demander le soutien du service des relations extérieures ?
Le planning prévisionnel a été conçu pour permettre à des non informaticiens (typiquement des chirurgiens) d'avoir rapidement un aperçu de nos travaux en assistant uniquement a la première journée publique. Ce planning est le suivant:

Afin que ces journées soient un succès, il est important de fixer très rapidement une date et de commencer a faire de la publicité. À l'heure actuelle, les créneaux disponibles sont :
• du 1^er au 3 Septembre, ou trois jours consécutifs du 6 au 10 Septembre 1999
• un deuxième choix, serait du 4 au 6 Octobre 1999

Et après ?

Les travaux menés au sein de l'action et la dynamique créée par celle-ci sont, du point de vue de ses membres, tout à fait intéressants. Ceci à encore été montré par la qualité et l'ambiance de cette 3^ème réunion plénière. L'échéance approchant, se pose la question de l'après AISIM. Un certain nombre de problèmes relevant soit purement de la recherche soit plus proches de l'ingénierie restent en suspens. Parmi ceux-ci nous pouvons citer :
• continuer la validation du modèle de référence par rapport au données bio-mécaniques
• continuer la validation des modèles temps réel par rapport au modèle de référence
• enrichir les modèles de comportement temps réel
• le rendu réaliste du parenchyme lors des opérations de découpe
• l'implémentation des diverses textures animées
• la mise en place et le traitement des vaisseaux :

   - l'emplacement et la géométrie des gros vaisseaux devront être acquises sur les images scanner. Leur influence sur le comportement mécanique du foie devra aussi être simulée.
   - pour les petits vaisseaux, les problèmes sont différents. Leur emplacement devrait être aléatoire et leur influence sur le comportement du foie négligeable.
• replonger le foie dans son environnement, tant d'un point de vue visuel que pour fixer de façon plus vraisemblable les conditions aux limites du modèle déformable.
• afficher le tronc cave et la vésicule biliaire qui sont des repères importants permettant aux chirurgiens de localiser les segments du foie.

Le ligament rond est également un de ces repère, cependant il n'est pas visible au scanner. Il serait peut être intéressant de voir s'il est possible de déterminer sa position à partir de structures internes.
• un autre phénomène important à modéliser est le contact entre les outils, puisqu'il permet aux chirurgiens de se situer dans l'espace.
• simuler, au moins visuellement, les mouvements du diaphragme
Nous pouvons également envisager l'ouverture sur d'autres interventions endoscopiques sur des organes similaires (organes pleins comme le cerveau) ou sur des organes creux (vésicule biliaire). Le savoir faire acquis par l'AISIM nous permet également d'envisager la simulation d'autres actes, comme par exemple la palpation.