Modèles physiques discrets pour le vivant (Modéliser et simuler les phénomènes biologiques et les gestes médico-chirurgicaux)

The work presented in this manuscript is focused on the modeling and simulation of soft tissue. I proposed an original discrete biomechanical model which is able to simulate interactions between biological ormedical objects. I also developed a software environment, including two XML languages and a toolkit, in order to build a framework for comparing and validating physical models. This environment was used to compare my model with other approaches.The proposed model was applied in different clinical and biological domains. In Computer Assisted Medical Intervention, the model is used to help the surgeon or clinician in the diagnosis stage (respiratory movements simulation) and during the intervention (prostate biopsy and brachytherapy simulation). In cellular biology,the model is used to study phenomenons at the cellular level for simulating micro-manipulations experiments, where classical approaches could can only give a partial representation.This manuscript is developed in three parts : chapter 1 presents a general introduction on soft tissue modeing for Computer Assisted Medical Intervention and cellular biology ; chapters 2 to 5 present the model, its validation and its different applications ; and the last chapter, chapter 6, presents some prospect for this work.Appendix A is a synthesis of my activities (short CV). This work has leed to the supervision of Master andPhD students (see list in appendix B) ; and to scientific and clinical collaborations (see list in appendix C). Mypublication list is given in appendix D and the most significant/recent articles are given in appendix E.Ces travaux de recherche sont axés sur la modélisation et la simulation des tissus mous pour le vivant.Nous avons proposé un nouveau modèle mécanique discret qui permet de simuler des interactions entre objets biologiques ou médicaux, et développé un environnement et des outils logiciels afin de fournir un cadre pour la comparaison et la validation de modèles physiques.Cet environnement a ainsi permis de comparer mon modèle à d'autres approches.Le modèle développé a été utilisé dans différentes problématiques applicatives cliniques et de biologie.En GMCAO il s'agit d'aider le chirurgien ou le praticien dans son diagnostic (étude et simulation des mouvements respiratoires) ou dans son geste (modélisation de la prostate et des gestes de biopsie et de curiethérapie). En biologie cellulaire, il s'agit d'étudier des phénomènes au niveau cellulaire ou de reproduire des expériences de micro-manipulations dont les modèles classiquement utilisés dans ce contexte ne rendent pas bien compte.Ce mémoire peut se décomposer en trois parties : le chapitre 1 présente une introduction générale au sujet de la modélisation des tissus mous pour les GMCAO et la biologie cellulaire ; les chapitres 2 à 5 présentent mes travaux de modélisation et de validation et leurs applications ; enfin, le chapitre 6 présente mes perspectives de recherche.On trouvera en annexe A une synthèse de mes activités dans un CV court.Ces travaux ont donné lieu à des encadrements d'étudiants (annexe B) et à des collaborations scientifiques et cliniques (annexe C).Un résumé de mes contributions ainsi que les publications scientifiques et cliniques les plus significatives sont présentés en annexes D et E