AISIM Compte Rendu de la première réunion plénière de l'action incitative (12-13 Nov. 1997)

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La première réunion de l'action incitatitive "Simulation de chirurgie" a eté organisée par Hervé Delingette, les 12 et 13 Novembre à Sophia Antipolis.
Nicholas Ayache a tout d'abord rappelé que la simulation d'organes est un problème complexe, nécessitant des compétences multiples. Hervé Delingette a ensuite présenté l'action incitative ainsi que les objectifs de cette réunion.
L'action incitative a pour objectif de développer à l'INRIA une expertise dans le domaine de la simulation de chirurgie. Des avancées significatives sont attendues d'ici deux ans. Pour cela, il nous faut tout d'abord isoler les problèmes avant d'y apporter des solutions, d'où l'intérêt de dresser l'état de l'art du domaine.

Interactions au sein de l'action inctitative

Outre le coordinateur, les outils pour faciliter les interactions entre les équipres participant à l'action incitative sont :

• Les réunions de travail (3 sont prévues)
• La mailing-list : aisim@sophia.inria.fr (composition - archives)
• Le serveur www http://www.inria.fr/epidaure/AISIM/
• Le partage des données via le réseau
  Un serveur ftp anonyme protégé a été mis en place depuis (voir le serveur www à accés restreint).

Liste des participants

Coordinateur de l'action : Jean-Christophe Lombardo

Ont également assité à la réunion:

Jean-Pierre Merlet (projet PRISME)
Mariette Yvinec (projet PRISME)
Eve Coste-Maniere (projet ICARE)

Présentation des différentes équipes

• SINUS : Le projet est spécialisé dans l'étude numérique de la mécanique des fluides et notamment des problèmes d'écoulement. Ses principales applications sont dans les domaines de l'automobile et de l'aéronautique.
  Ceci a amené les chercheurs du projet Sinus a développer des compétences concernant :
  • les méthodes d'approximation (éléments finis et volumes finis)
  • les méthodes de résolution (multigrille, résolution par sous-domaines)
  • la parallélisation
  Nous pourrions, dans le cadre de l'action incitative, disposer d'une plateforme paralléle composée de 13 noeuds Pentium Pro 200MHz connectés par une liaison Fast Ethernet 100Mbits. Il est également possible d'envisager un accés à d'autres machine parallèles de type Power Challenge Array ou Origin 2000 (située a Nancy).
• EPIDAURE : Le projet est notamment actif dans les domaines suivants
  • reconstruction de modèles 3D à partir d'images volumique (IRM, scanner).
    voir la page www personnelle de Hervé Delingette
  • simulation de chirurgie (cf page www de Stéphane Cotin ou Luc Soler pour la simulation de laparoscopie du foie avec retour d'efforts)
  (+ de détails)
• IRCAD: l'Institut de Recherche contre le Cancer de l'Appareil Digestif (Strasbourg) est impliqué dans les projets Européens Thésus pour la téléchirurgie et Master pour la chirurgie assistée par ordinateur. C'est l'expert médical de l'action incitative.
  Les principales interventions susceptibles d'être simulées sont les interventions sur le foie, la rate et la vésicule biliaire (70% des ablations de la vésicule biliaire se font par laparoscopie).
  L'intérêt d'un simulateur pour l'apprentissage des techniques d'intervention laparoscopiques devient évident lorsque l'on sait qu'un chirurgien n'atteint sa performance optimale qu'après 50 interventions:
  
• M3N/MOSTRA : le projet M3N traite des problèmes de couplage et de décomposition de domaines alors que le projet MOSTRA est plus spécialisé dans la mécanique de structures. Le savoir faire de ces projets est de modéliser précisement le comportement d'un objet donné.
• iMAGIS : spécialisé dans le rendu et l'animation de synthèse, l'équipe iMAGIS à présenté un modèle d'objet déformable, multirésolution capable de changement de topologie reposant sur l'utilisation de systèmes de particules adaptatives et de surfaces implicites (+ de détails).
• Sharp : Le projet Sharp a mis au point un modèle d'objet déformable utilisant un réseau masses/ressorts. Grâce à un algorithme génétique, il est possible de régler les paramêtres du modèle pour lui faire mimer le comportement d'un objet réél.

Répartition des tâches

IRCAD	M3N/Mostra
Description et modèles géometriques des outils Séquence type d'intervention (vidéo et commentaires) Importance et comportement des organes voisins	Modèle biomécanique de référence Validations biomécaniques Déformations de référence
Glossaire des termes médicaux Anatomie du foie : structure position dans l'abdomen points d'ancrages

Sinus	Epidaure	iMAGIS	Sharp
Modèle des organes voisins (géometrie) Optimisation et parallélisation des modèles		Modèle des organes voisins (comportement, interactions avec le foie) Rendu (spécularité => perception 3D) Textures : surface des organes (perception 3D) intérieur des organes (saignement) changement d'aspect lié à l'action des instruments changement d'aspect lié aux pathologies
Modèle temps réel Découpes et sutures Prendre en compte la respiration Modèle non homogène (vaisseaux, pathologies) contact instrument (retour d'effort, possibilité de faire glisser l'instrument sur le foie) grands déplacements (replier un lobe) Suite à notre visite à l'IRCAD, il semble que ceci ne semble plus aussi indispensable, compte tenu des différences notable de géomêtrie entre le foie du porc et celui de l'homme Modèle des vaisseaux pédicule hépatique canal cystique Contact instrument/instrument (retour d'efforts)

Conclusions

Dans un premier temps, les membres de l'action incitative se concentreront sur la chirurgie hépatique (en incluant éventuellement la vésicule biliaire). Le cas de la chirurgie du cerveau pourra être envisagé ensuite.

Pour la partie commune à Epidaure/Sinus, iMAGIS et Sharp, le fonctionnement prévu est le suivant :

Parallélement, les différents projets concernés vont développer un modèle d'objet déformable pouvant être utilisé pour la simulation du foie. Ces modèles seront ensuite comparés entre eux et au modèle de référence mis au point par les projets M3N et MOSTRA. Cette évaluation portera sur :
• la qualité des déformations (aussi proche que possible de celle du modèle de référence)
• la vitesse d'exécution (temps réél)
• la possibilité de procéder à des découpes et des sutures (en temps réél)
Il ne faut pas non plus perdre de vue les problèmes liés au rendu (facilité de plaquer les textures adéquate sur le modèle).

Les différentes équipes sont encouragées à developper entre elles des relations bilatérales.
Il est demandé à chaque équipe de faire parvenir le plus tôt possible les intitulés et les descriptifs des stages de DEA proposés, ainsi qu'un calendrier prévisionnel de leurs recherches.

Certaines questions restent ouverte, essentiellement à propos de la simulation haptique de l'intervention :

• A-t'on vraiment besoin d'une mise à jour à 300Hz des forces exercées sur les instruments ou peut-on se contenter d'une simulation à 25Hz (interpolation) ?
• Quelle est l'influence de la vitesse de déplacement des instruments sur ce problème ?
• Compte tenu de l'importance des frottements intrinsèques au système de chirurgie endoscopique (frottement des outils dans les trocards), quels sont les phénomènes à modéliser ? Quels sont ceux qui ne sont de toute façon pas perçus par le chirurgien ?