Recherche Avancée

Thèse soutenue

Modeles anatomiques deformables en temps-reel application a la simulation de chirurgie avec retour d'effort

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Auteur / Autrice : Stéphane Cotin
Direction : Nicholas Ayache
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Informatique
Date : Soutenance en 1997
Etablissement(s) : Nice

Résumé

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Dans cette these, nous presentons differentes approches pour le calcul, en temps-reel, de la deformation de modeles anatomiques volumiques. Une des applications principales de ce type de modeles concerne la simulation de chirurgie laparoscopique. Cette technique chirurgicale recente, et en permanente evolution, necessite une formation accrue. Dans ce cadre, l'utilisation d'un simulateur presente de multiples avantages : polyvalence, frequences d'entrainement elevees, outils d'evaluation, simulation de cas pathologiques rares, etc. La premiere partie de cette these concerne la modelisation du comportement deformable des tissus mous, en prenant en compte les aspects biomecaniques ainsi que les contraintes de temps de calcul. Le premier modele que nous proposons est base sur une modelisation par elements finis d'un solide elastique lineaire. Le calcul, en temps-reel, de la deformation repose sur des combinaisons lineaires de deformation elementaires obtenues lors d'une etape de pre-calcul. Afin de prendre en compte, dans la deformation, d'eventuelles modifications topologiques du maillage - pouvant representer, par exemple, l'incision de tissus mous - nous avons propose un second modele, appele masses/tenseurs. Enfin, nous proposons une formulation originale, appelee modele hybride, permettant de combiner, dans une meme representation, les deux modeles deformables precedents. Dans la seconde partie de cette these, nous nous interessons aux problemes lies a l'utilisation de systemes a retour d'effort pour les interactions avec un modele deformable. Nous proposons ainsi une architecture materielle integrant les differents modules assurant le calcul des deformations, des forces, le controle des systemes a retour d'effort, la detection de collision, l'affichage graphique, etc. Un premier prototype du simulateur, realise sur la base de cette architecture et incluant deux systemes a retour d'effort, a permis de valider l'ensemble des algorithmes.