Simulation interactive d'objets déformables pour la conception de simulateurs d'apprentissage aux gestes médicaux-chirurgicaux

Currently the medical training mainly based on observation rather than practice because learningdone directly from the patient poses ethical problems or medical-legal. Or dexterity required in the use of surgical tools requires practice. The use of training systems based on the simulationcan then be an answer to this training problem. The idea is then to provide through a numerical simulation information (such as the position of the organs in which they interact, or the forces exerted upon them) to physical devices on which the apprentice found sensations and situationsperceived in reality and a visual rendering of the physiological mechanisms generated during the gesture to improve their understanding by the trainees.The challenge is to provide realistic simulations of organs in interactive time. That is to say, we do not seek absolute accuracy of the biomechanical behavior of soft tissue, but from a theoretical knowledge we try to simplify the simulations to reduce their computation time while maintaining a relevant global behavior integration into a learning simulator of medical procedures.To reduce the computation time of simulations, we tackled over the years the problem from different aspects. We have worked on the proposal of new physical models to manage mixed objects, that is to say broken down into elements geometries and different behavior laws ; the contribution of a complex topological model to optimize the topological changes undergone by the subject during his simulation ; on defining interactions held within the object that model the physical behavior including the setting up of a surface model to gain complexity over a solid model ; and the parallelization of processing performed during the simulation to still gain a little more time calculations. The underlying idea is then to play on these aspects during the simulation by using criteria established according to the intended application.La formation médicale repose majoritairement sur l'observation plutôt que sur de la pratique car l'apprentissage réalisé directement auprès du patient pose des problèmes éthiques voire médicaux-légaux. Or la dextérité nécessaire au maniement des outils chirurgicaux nécessite de la pratique. L'emploi de systèmes d’entraînement basés sur de la simulation peut alors constituer une réponse à ce problème de formation. L'idée est alors d'apporter, par le biais d'une simulation numérique, des informations (comme par exemple la position des organes sur lesquels ils interagissent ou encore les forces exercées sur eux) à des dispositifs physiques sur lesquels l’apprenti retrouve les sensations et situations perçues dans la réalité, ainsi qu'un rendu visuel des mécanismes physiologiques engendrés lors du geste permettant d'améliorer leur compréhension par l’apprenti. Le challenge que nous essayons ainsi de relever consiste à proposer des simulations restituant un comportement réaliste des organes et cela en temps interactif. C'est-à-dire que nous ne recherchons pas une précision absolue du comportement biomécanique des tissus mous, mais à partir d'une connaissance théorique nous essayons de simplifier les simulations pour diminuer leur temps de calcul tout en conservant un comportement global pertinent pour une intégration dans un simulateur d'apprentissage de gestes médicaux. Pour diminuer le temps de calcul des simulations, nous avons abordé au fil des années le problème sous différents aspects. Nous avons ainsi travaillé sur la proposition de modèles physiques permettant de gérer des objets mixtes, c'est-à-dire décomposés en éléments de géométries et de lois de comportement différents ; sur l'apport d'un modèle topologique complexe permettant d'optimiser les changements topologiques subis par l'objet durant sa simulation ; sur la définition des interactions exercées au sein de l'objet qui modélisent son comportement physique avec notamment la mise en place d'un modèle surfacique permettant de gagner en complexité par rapport à un modèle volumique ; et sur la parallélisation des traitements effectués durant la simulation pour gagner encore un peu plus en temps de calculs. L'idée sous-jacente est de jouer sur ces différents aspects au cours de la simulation par l'emploi de critères mis en place en fonction de l'application