Simulation des Procédures pErCUtanées pour l’abLation des tumeurs du foie en réAlité viRtuelle – SPECULAR

Le projet SPECULAR repose sur le développement de méthodes numériques avancées permettant la simulation interactive d’organes déformables et des interactions avec des instruments médicaux.

Une part importante des travaux a porté sur la modélisation mécanique des tissus mous et des phénomènes intervenant lors de l’insertion d’une aiguille. Afin de satisfaire les contraintes du temps réel, différentes stratégies de réduction de modèles ont été étudiées et adaptées au contexte des interactions instrument-tissu.

Le projet a également développé des approches hybrides combinant modèles réduits et modèles complets afin de conserver une bonne précision dans les zones soumises à de fortes déformations ou à des contacts complexes. Des solveurs de contraintes spécifiques ont été proposés pour traiter efficacement les phénomènes de contact, de friction et de couplage mécanique.

Ces développements ont été intégrés dans une plateforme de simulation interactive associant rendu visuel, génération d’images médicales et retour haptique. Une attention particulière a été portée à la stabilité numérique et à la fréquence de calcul nécessaire pour garantir une expérience immersive et réaliste.

Cette approche pluridisciplinaire a permis d’aborder simultanément les problématiques de modélisation, de calcul haute performance, d’interaction homme-machine et de validation applicative.

Le projet a permis d’obtenir plusieurs avancées majeures dans le domaine de la simulation temps réel des interactions entre instruments médicaux et tissus mous.

Sur le plan scientifique, les travaux ont conduit au développement de nouvelles méthodes de réduction de modèles et de résolution hybride permettant d’accélérer significativement les calculs tout en conservant un niveau élevé de réalisme. Ces contributions ont été valorisées au travers de plusieurs publications dans des conférences internationales de premier plan telles que MICCAI, IROS, Eurographics et RoboSoft.

Le projet a également permis de proposer de nouvelles approches pour la simulation stable et rapide de l’insertion d’aiguille avec retour haptique, ainsi que des techniques de couplage mécanique adaptées aux environnements interactifs.

Sur le plan technologique, un simulateur complet d’insertion d’aiguille en réalité virtuelle a été développé. Ce démonstrateur intègre simulation physique, visualisation interactive et retour d’effort. Il a été présenté lors de plusieurs manifestations scientifiques et technologiques et a suscité l’intérêt de partenaires académiques et industriels.

Le projet a par ailleurs contribué à la formation de jeunes chercheurs à travers la réalisation d’une thèse de doctorat et le recrutement de plusieurs post-doctorants. Les compétences acquises ont favorisé leur insertion dans des postes académiques et industriels de haut niveau.

Enfin, les résultats obtenus ont permis de renforcer les collaborations entre partenaires et ont contribué à l’émergence de nouveaux projets de recherche, notamment le projet IDEAL.

Les travaux réalisés dans SPECULAR ouvrent de nombreuses perspectives scientifiques, technologiques et applicatives.

Les méthodes développées pour la simulation temps réel des interactions aiguille-tissu peuvent être étendues à d’autres procédures médicales interventionnelles impliquant des organes déformables. Elles constituent également une base solide pour la conception de nouveaux simulateurs de formation dans différents domaines de la médecine mini-invasive.

Les avancées obtenues en réduction de modèles et en simulation interactive présentent également un intérêt au-delà du domaine médical, notamment pour la robotique souple, la simulation industrielle et les jumeaux numériques interactifs.

À moyen terme, l’intégration de données spécifiques aux patients permettra de développer des environnements de simulation personnalisés offrant un niveau accru de réalisme et de pertinence clinique.

Les résultats du projet ont déjà contribué à l’émergence de nouvelles collaborations et de nouveaux projets de recherche. Ils constituent une étape importante vers des plateformes complètes associant simulation physique, imagerie médicale, réalité virtuelle et intelligence artificielle au service de la formation et de l’aide à la décision médicale.

L’ablation par radiofréquence des tumeurs hépatiques est devenue la procédure privilégiée pour de nombreux patients. Toutefois, malgré leur nombreux avantage, ces procédures percutanées nécessitent des compétences avancées de la part du praticien, en particulier pour les interventions impliquant des organes mous et mobiles comme le foie. L'objectif de ce projet est de développer un système d'entrainement complet de ces procédures en réalité virtuelle. Pour cela, il est d'une part nécessaire de simuler de manière rapide et réaliste les interactions entre l'aiguille et des organes virtuels et d'autre part de reproduire un environnement immersif de la salle d'opération. Cela inclut un rendu réaliste, la génération d'images médicales et un retour haptique des interactions. Les résultats de ce projet permettront d'accélérer la formation de ces approches alternatives et pourraient changer le standard de traitement pour des approches beaucoup moins lourdes et traumatisantes pour les patients.