Amélioration du réalisme d'un simulateur de chirurgie du bassin

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Cadre

Sujet de Projets de spécialité - 2A

  • Encadrant : Matthieu Chabanas
  • Nombre d'étudiants : 3 à 5
  • Compétences / domaines abordés :
    • programmation Java/Python
    • rendu graphique. Au moins un des membres du groupe devra posséder une expérience préalable en programmation graphique OpenGL (le cours Graphique 3D (MMIS, ISI) sera intéressant pour les autres!)
    • modélisation géométrique, morphing de maillages
    • intérêt pour les applications médicales, projet en équipe, autonomie, enthousiasme!

Ce travail sera réalisé en interaction avec le Dr. Mehdi Boudissa, chirurgien orthopédique actuellement en thèse de science sur ce projet.

Contexte

L'articulation de la hanche est formée de la tête du fémur, extrémité quasi-sphérique, venant s'insérer dans une cavité latérale du bassin nommée acetabulum. Les fractures de l'actetabulum représentent un problème délicat de part leur complexité, la définition de la stratégie clinique et la réalisation du geste thérapeutique.

Un simulateur de la réduction chirurgicale des fractures de l'acetabulum est actuellement en cours de développement, en partenariat entre le laboratoire TIMC et le CHU de Grenoble. L'objectif est de simuler différents gestes cliniques et leurs conséquences afin de planifier l'intervention de manière optimale.

Ce simulateur repose sur un modèle biomécanique de l'articulation de la hanche, intégrant les structures osseuses fracturées et des éléments anatomiques comme les ligaments ou certains muscles. Il permet également de simuler les outils et actions du chirurgien sur le modèle du patient.

Sujet

Le premier objectif de ce projet est d'améliorer le rendu visuel du simulateur, actuellement extrêmement basique. Par exemple:

  • en appliquant des textures réalistes aux modèles osseux ;
  • en représentant les ligaments par des maillages texturés (et non un simple

segment) ;

  • en représentant des modèles 3D d'outils chirurgicaux (par exemple des pinces).

Le second objecif est de simuler la voie d'abord chirurgicale, c'est-à-dire de masquer (ou afficher en transparence) les parties du modèle qui ne sont en fait pas visibles/accessibles pendant la chirurgie. Ceci nécessite:

  • une spécification précise de ce qui est attendu
  • savoir déterminer les limites de la voie d'abord.
    • une première version peut être interactive : l'utilisateur définit les limites via une interface dédiée.
    • une seconde consisterait à définir ces voies sur un modèle générique de hanche

et les adapter au patient via du recalage géométrique (morphing)

  • le rendu pourra éventuellement intégrer d'autres structures anatomiques

environnantes (muscles, vaisseaux, etc.)

Ligaments de la hanche
Réprésentation des ligaments de la hanche
Modèle biomécanique de la hanche
Rendu actuel du modèle (#toutmoche)
Rendu osseux
Rendu osseux réaliste (image radiologique)
Voie abord acetabulum
Voie d'abord chirurgicale (image F. de Peretti, 2013)

Environnement de travail

La partie biomécanique est réalisée sur la plateforme de simulation physique Artisynth développée par University of British Columbia, Vancouver, Canada. Elle est écrite en Java mais peut interfacer des scripts Python. A terme, l'interface du simulateur devra donc être intégrée dans une application Java liée à ce framework.

Selon les compétences et envies des étudiant(e)s :

  • les éléments développés seront directement intégrés dans cette plateforme,

quitte à y ajouter un viewer spécifique à notre projet. Si nécessaire, il sera possible d'interagir avec les développeurs d'Artisynth (notamment John Lloyd et Antonio Sanchez) ;

  • une autre solution serait de créer un viewer très simple pour ce projet,

en Java ou Python. Il faudra alors veiller à ce que la migration future des développements dans artisynth soit facilement réalisable.