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Simulation virtuelle de la palpation de la chaîne des osselets : développement d’un retour de forces réaliste - 17/09/14

Doi : 10.1016/j.aforl.2014.07.417 
G. Kazmitcheff 1, 2, 3, , Y. Nguyen 2, 3, 4, M. Miroir 2, 3, E. Ferrary 2, 3, 4, C. Duriez 1, O. Sterkers 2, 3, 4
1 Shacra, INRIA, Université Lille 1, 59650 Villeneuve d’Ascq, France 
2 Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, UMR S 1159, 75005 Paris, France 
3 Inserm, UMR S 1159, 75005 Paris, France 
4 AP–HP, Hôpital Pitié-Salpétrière, service ORL, 75013 Paris, France 

Auteur correspondant.

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Résumé

But de la présentation

La palpation de la chaîne ossiculaire est une étape délicate et indispensable de la chirurgie reconstructive de la chaîne tympano-ossiculaire. Afin de fournir un outil performant pour la formation et l’entrainement à cette microchirurgie, il est indispensable de transmettre un retour de forces crédible et stable. Or si les déformations peuvent être calculées à basse fréquence pour être réaliste (typiquement 30Hz), le rendu haptique nécessite un rafraichissement de 1000Hz. Cette différence complexifie le développement d’une simulation réaliste temps-réel. Ce travail est centré sur le développement d’un rendu haptique de qualité et sur son évaluation, pour la conception d’un simulateur de microchirurgie otologique.

Matériel et méthodes

Un modèle mécanique de la chaine ossiculaire est développé dans le logiciel de simulation médical SOFA (Inria). Nous proposons une nouvelle méthode de rendu haptique, qui repose sur une méthode de préconditionnement et une approche désynchronisée du calcul des déformations et du retour haptique. Une interaction programmée entre un instrument chirurgical et la chaîne des osselets est réalisée afin d’évaluer la qualité du rendu haptique comparée au moteur physique. Enfin, une simulation temps-réel est réalisée permettant aux chirurgiens d’interagir avec la chaîne des osselets, tout en ressentant les forces appliquées sur les structures anatomiques.

Résultats

Lors de l’interaction programmée, les forces calculées par le moteur physique sont de 0,274±0,021N (n=4) et de 0,270±0,013N (n=4) par notre méthode de rendu haptique. Cette différence n’est pas significative (Student pairé) traduisant une correspondance entre les forces calculées à 48Hz par la simulation et 1000Hz par le rendu haptique. De plus, ces forces sont en accord avec les mesures expérimentales sur des rochers, lors de la palpation des osselets, variant de 0,098 à 0,655N [Bergin et al., 2014, Otol Neurotol]. Lors de la simulation de la palpation, le taux de rafraichissement observé est de 48Hz pour la simulation et de 1000Hz pour l’haptique.

Conclusion

Les chirurgiens sont capables d’interagir de manière réaliste et stable avec notre modèle mécanique de la chaîne des osselets. Un retour de forces est retransmis, à haute fréquence. Ces forces sont similaires à celles calculées par la simulation à basse fréquence, traduisant la bonne conservation du réalisme de la modélisation lors du rendu haptique. Il s’agit du premier simulateur virtuel permettant d’interagir de manière réaliste avec une chaîne ossiculaire et disposant d’un retour tactile. Soutien financier : Société Collin, Bagneux, France.

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Vol 131 - N° 4S

P. A77 - octobre 2014 Retour au numéro
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