Modélisation mécanique des interactions avec les tissus mous

Opération 12: Modélisation mécanique des interactions avec les tissus mous (LSIIT, IRCAD, IMFS)

Pilote : R Willinger

Pour le développement de simulation réaliste d’interactions avec retour d’effort sur des tissus biologiques, il est important de travailler sur la modélisation biomécanique appliquée à la chirurgie. Nous nous intéressons à la caractérisation expérimentale des tissus biologiques et à l’identification de leur loi de comportement. Pour ce faire, il est important d’élaborer des géométries et des maillages simplifiés pour procéder à la modélisation mécanique des organes déformables ou en mouvement et de leur conditions aux limites. Un effort de recherche doit être également porté sur l’étude de l’influence de l’association de différents tissus biologiques et l’étude de l’interaction entre les structures biologiques et les instruments chirurgicaux pour modéliser les opérations de type perforation, découpe, lacération et cautérisation (en interaction avec l’opération 18. Une première application prévue est le développement d’un simulateur d’échographie pour la formation des radiologues et des chirurgiens. Ce simulateur reproduira de manière réaliste une image échographique à partir d’images scanner X, en prenant en compte des modèles des déformation des organes dus à la respiration et à l’interaction avec la sonde échographique virtuelle. Des modèles simplifiés compatibles avec le temps-réels rapide (~1 kHz), seront également développés pour les applications robotiques télé-opérées avec retour d’effort. L’idée est d’inclure ces modèles dans la boucle d’asservissement avec retour d’effort dans des approches de commande de type « modèle interne » ou prédictive. Le contact outil-organe peut s'avérer destabilisant pour la loi de commande d'un dispositif robotisé. En vue de garantir la robustesse de ces lois de commande, nous développerons des modèles ad-hoc. Ils seront pertinents dans une plage de fréquences donnée et incluront une quantification des incertitudes.

Mesure des propriétés mécaniques du foie in vivo par méthode ultrasonore impulsionnelle.

Au cours de la prochaine période un effort important sera fait en direction de la caractérisation expérimentale et de la modélisation mécanique du foie et du cerveau. Des tests rhéologiques, ultra sons et MRE seront effectués et une analyse sur modèle animal (porc et rat) devra nous renseigner sur la différences vivo – vitro des propriétés mécaniques de ces tissues. Après identification des lois de comportement des modèles éléments finis de ces organes seront réalisés à la fois pour la mise au point de nouvelles méthodes de palpation in vivo, pour la modélisation de l’interaction des organes avec les outils chirurgicaux et pour l’étude de la réponse de ces organes en situation de choc.

Au cours de la prochaine période un effort important sera fait en direction de la caractérisation expérimentale et de la modélisation mécanique du foie et du cerveau. Des tests rhéologiques, ultra sons et MRE seront effectués et une analyse sur modèle animal (porc et rat) devra nous renseigner sur la différence vivo – vitro des propriétés mécaniques de ces tissues. Après identification des lois de comportement des modèles éléments finis de ces organes seront réalisés à la fois pour la mise au point de nouvelles méthodes de palpation in vivo, pour la modélisation de l’interaction des organes avec les outils chirurgicaux et pour l’étude de la réponse de ces organes en situation de choc comme décrit dans l’opération 11. Ces travaux sont actuellement réalisés dans le cadre du projet européen « Passeport for liver reaserch » et de contrats privés en liaison avec l’industrie automobile

Participants : Baumgartner, Bourdet, Deck, Meyer, Raul, Soler, Willinger. Les thèses soutenues ces dernières années ou en cours dans le domaine de la biomécanique des tissus et des organes sont listées ci-dessous.

S. NICOLLE : Identification et modélisation du comportement viscoélastique linéaire et non linéaire de la matière cérébrale. Soutenue le 19 décembre 2003.

J. VAPPOU : Caractérisation de tissus biologiques in vivo. Soutenue le 26 novembre 2007.

J OUDRY : L’élasticité, Nouveau biomarqueur du foie. Analyse biomécanique et validation par élastographie impulsionnelle. Soutenue le 27 novembre 2008.

S UMALE : Soft biological tissue behavior under impact loading. 1ère année de thèse.