Suture in virtual surgery : interactive simulation and heterogeneous models
Suture en chirurgie virtuelle : simulation interactive et modèles hétérogènes
Résumé
Medicine has been a great motivation in computer science, and we think the simulation of medical gestures will be an important part of the medicine of the 21st century. For these applications, the physical simulation has to be interactive and use realistic models for the behavior and the visualization of the simulated objects, all in a limited computation time. In this work, we have looked at the medical simulation of the complex gesture of the suture, where heterogeneous models interact (rigids, 1D and 3D deformable models). We propose a generic method based on complementarity constraints for the modelisation of these interactions, using a resolution independent of the types of constraints used in the simulation. This approach enabled us to create specific constraints for new interaction models. Using these constraints following the physical laws, a complete simulation of the insertion of needles has been proposed. The user has the control over this interactive simulation, and the interaction model has been validated using previous experimental measures. A realistic interactive simulation of the suture has been created for the training of surgeons during laparoscopic operations.
La médecine a été une grande motivation dans la recherche en informatique, et nous pensons que la simulation de procédures médicales sera un élément majeur de la médecine du 21e siècle. Pour ces applications, la simulation physique doit être interactive et proposer un comportement et un rendu visuel des objets simulés qui soient réalistes tout en faisant avec un temps de calcul limité. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la simulation du geste chirurgical de la suture, faisant interagir des modèles hétérogènes (rigides, déformables 1D et 3D) dans la reproduction d'un geste complexe. Nous proposons de modéliser ces interactions par des contraintes de complémentarité, avec une méthode générique et une résolution indépendante des types de contraintes utilisées. Cette approche a permis la mise au point de contraintes spécifiques pour créer des modèles d'interaction nouveaux. Ces contraintes ont permis une simulation complète de l'insertion d'aiguille, validée par les mesures expérimentales des travaux antérieurs, qui suit les lois physiques et s'adapte à la manipulation de l'utilisateur. Enfin, une simulation interactive très réaliste a été réalisée pour l'entraînement au geste de suture dans le cadre d'opérations laparoscopiques.
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