Modèles biomécaniques pour la simulation interactive de l'accouchement

Biomechanical models for interactive simulation of childbirth

• Auteur / Autrice : Mathieu Bailet
• Direction : Emmanuel Promayon, Florence Zara
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques et informatique
• Date : Soutenance le 15/12/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Techniques de l’ingénierie médicale et de la complexité - Informatique, mathématiques et applications (Grenoble) - LIRIS - Laboratoire d'Informatique en Image et Systèmes d'information (Rhône ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Mathias Brieu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Faure
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Loïc Barthe, Hervé Delingette

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Mots clés libres

Simulateur médical

Accouchement

Apprentissage

Modèle déformable

Simulation interactive

Medical simulator

Childbirth

Learning

Deformable model

Interactive simulation

Résumé

La formation aux gestes en obstétrique réalisée directement auprès du patient pose des problèmes éthiques et médico-légaux. C'est pourquoi une grande partie de cette formation repose sur l'observation in-situ. Cette approche ne permet pas de prendre en charge l'ensemble des dimensions nécessaires à la formation telles que l'extraction instrumentale, l'acquisition d'un niveau de dextérité suffisant ou encore la capacité de prise de décision face à une situation à risque.Les systèmes d'entrainement par simulation consituent une réponse à ce problème de formation. Toutefois, les simulateurs haptiques actuels ne permettent qu'une évaluation qualitative du geste obstétrique et ne fournissent pas d'informations quantitatives sur les efforts subis par les différents organes pelviens. Ces informations quantitatives ne sont accessibles que par des simulation biomécaniques de la descente fœtale. Par contre, pour pouvoir être utilisées conjointement avec un simulateur haptique dans un but d'apprentissage, ces simulations doivent être interactives.Dans ce manuscrit, nous proposons tout d'abord un état de l'art des différents modèles biomécaniques existants permettant de modéliser les organes pelviens et la descente fœtale. Après avoir identifié la tête foetale comme la structure la plus susceptible de subir des dommages importants lors de l'accouchement, nous présentons un modèle de la tête foetale basé sur des éléments finis de coque CST-DKT que nous étendons avec un formulation co-rotationelle et une contrainte de volume permettant de prendre en compte la matière intra-crânienne. Une implémentation GPU de ce modèle est proposée pour permettre des simulations interactives. Ce modèle est validé sur une simulation de la pression intra-utérine subie par la tête fœtale lors de la deuxième phase de l'accouchement. Enfin, nous proposons une ébauche de modèle complet pour la simulation interactive de la descente fœtale.

The training to obstetrical gestures performed directly on the patient raise ethical and medico-legal problems. That is why most of the formation is based on in-situ observations. This approach can not handle all the necessary dimensions to the formation such as instrumental extraction, a good level of dexterity or the capacity to take decision in high risk situations.Simulation based training systems can address this formation problems. Neverteless, today's haptic simulators don't provide quantitative informations about the efforts undergone by pelvic organs. This informations are available only through biomechanical simulations of the foetal descent. To be used in conjunction with an haptic simulator, such simulations must be interactive.In this manuscript, first we propose a state of the art of the existing biomechanical models allowing to model the pelvic organs. After having identified the foetal head as the structure that can potentially undergo important damages during childbirth, we present a model of the foetal head based on shell finite elements CST-DKT that we extend to a co-rotationnal formulation and a volume constraint allowing to take in count the intra-cranial matter. A GPU implementation of this model is also porposed to allow interactive simulations. This model is validated on a simulation of intra-uterine pressure undergone by the foetal head during the second phase of childbirth. Finally, we propose a draft of a complete model intended to simulate interactively the feotal descent.