Modélisation dynamique de l’oreille moyenne et des interactions outils organes pour la conception d’un simulateur appliqué à la chirurgie otologique

par Guillaume Kazmitcheff

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Christian Duriez et de Alexis Bozorg-Grayeli.

Soutenue le 23-05-2014

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) , en partenariat avec Laboratoire d'informatique fondamentale de Lille (LIFL) (laboratoire) .


  • Résumé

    La microchirurgie de l’oreille moyenne requiert une forte dextérité en raison de la finesse et de l’extrême sensibilité des structures impliquées. L’apprentissage de cette chirurgie est délicat et est effectué en fin d’internat. Ce travail porte sur le développement d’un modèle mécanique en éléments finis des différentes structures qui composent l’oreille moyenne dans le but de concevoir un simulateur chirurgical. Les objectifs sont de fournir un outil polyvalent pour l’apprentissage et l’entraînement de la chirurgie par la chirurgie, ainsi que d’offrir la possibilité d’explorer et d’évaluer de nouvelles procédures chirurgicales liées à l’apport de nouvelles technologies telles que la robotique. Le comportement mécanique du modèle développé a été confronté avec succès aux observations réalisées sur des pièces anatomiques. Afin d’obtenir un outil de simulation qui tienne compte des différences anatomiques de chaque patient, une méthode de déformation de l’atlas mécanique basée sur l’imagerie clinique a été implémentée. Les simulations du fraisage de la platine de l’étrier ainsi que le placement d’une prothèse ossiculaire ont été réalisées à l’aide d’une interface haptique et d’une nouvelle approche du rendu. Ce travail constitue ainsi le premier simulateur virtuel de chirurgie de l’oreille moyenne. Enfin le robot télé-opéré, RobOtol, a été intégré au simulateur afin d’étudier de nouvelles procédures chirurgicales robotisées. Le travail effectué porte essentiellement sur la simulation interactive réaliste de procédures chirurgicales complexes ainsi que la formation et la robotisation de la microchirurgie otologique.

  • Titre traduit

    Dynamical modeling of the middle ear and tools organs interactions to develop a simulator applied to otological surgery


  • Résumé

    Microsurgery of the middle ear requires high dexterity due to the finesse and the extreme sensitivity of the structures involved. Learning this surgery is delicate and is performed at the end of the residency. This work focuses on the development of a mechanical finite element model of the anatomical structures that compose the middle ear in order to design a surgical simulator. The objectives are to provide a versatile tool for learning and training of the surgery by surgical practice, as well as the opportunity to explore and evaluate new surgical procedures related to new technologies such as robotics. The mechanical behavior of the developed model was successfully confronted with observations on human specimens. In order to obtain a simulation tool that takes into account the anatomical differences of each patient, a deformation approach of our mechanical atlas, based on clinical imaging, was implemented. Simulations of the stapes footplate drilling and the placement of an ossicular prosthesis were performed using a haptic interface and a novel rendering approach. This work is thus the first virtual simulator of the middle ear surgery. Finally the tele-operated robot, called RobOtol was incorporate in the simulator to explore new robot-based surgical procedures. In addition, the simulation allows to train the otologists to the use of the robot. This work concerns mainly on the interactive simulation of complex surgical procedures, as well as on the learning and the robotization of the otologic microsurgery.


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