Modélisation des tissus mous dans leur environnement pour l'aide aux gestes médico-chirurgicaux - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2006

Soft tissue modeling for computer assisted medical interventions

Modélisation des tissus mous dans leur environnement pour l'aide aux gestes médico-chirurgicaux

Abstract

This thesis concerns soft tissue modeling for computer-assisted medical interventions.
The main objective is to take into account complex anatomical configurations combined with the influence of surgical instruments for a given medical intervention. Two particular medical procedures are studied: biopsy for prostate cancer diagnosis and brachytherapy for treatment. The aim is to give displacement and deformation information to the physician.

In this thesis, a fully-discrete model is presented to simulate both anatomical and medical environnements. The elasticity function is based on a shape memory principle, allowing to simulate both rigid and elastic transformations.
Needle insertion modeling is also included in the model. Experiments are proposed to assess the behaviour and accuracy of the modeling method. Comparisons of the modeling method with other soft tissue modeling methods such as the Finite Element Method and with real data are developed in order to validate the simulations. Simulations of the two targeted surgical gestures are finally detailled.
Dans le cadre de procédures médicales ou chirurgicales minimalement invasives, l'assistance aux cliniciens pour la planification et la réalisation de leurs gestes joue un rôle important dans la réussite des interventions. Cette thèse s'inscrit dans ce contexte des gestes médico-chirurgicaux assistés par ordinateur et s'intéresse plus particulièrement à la modélisation et à la simulation de structures anatomiques de manière précise et réaliste. Une méthode de modélisation est proposée afin d'obtenir des simulations qui prennent en compte à la fois l'environnement naturel d'un organe donné et l'influence des instruments chirugicaux. Le travail de modélisation est appliqué à la simulation de procédures médicales pour le diagnostic et le traitement du cancer de la prostate (biopsies et curiethérapies).

Le modèle développé est un modèle physique discret qui permet notamment de simuler le comportement de tissus mous en interaction avec d'autres structures anatomiques. Une formulation basée sur un principe de mémoire de forme locale est proposée et permet de modéliser l'élasticité d'un matériau grâce à une mesure géométrique de la déformation locale.
Une modélisation de l'insertion d'aiguilles dans des tissus mous complète le modèle de l'environnement anatomique.

Afin de valider le comportement de la méthode de modélisation développée, une démarche expérimentale est proposée pour comparer les simulations obtenues avec d'une part différentes méthodes de modélisation des tissus mous telles que la méthode des éléments finis ou la méthode des masses-ressorts et d'autre part des données réelles provenant de fantômes et d'images médicales. La méthode a ensuite été appliquée à la simulation des deux procédures médicales étudiées afin de modéliser dynamiquement le comportement de la prostate dans son environnement anatomique et médical.
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Dates and versions

tel-00129430 , version 1 (19-02-2007)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00129430 , version 1

Cite

Maud Marchal. Modélisation des tissus mous dans leur environnement pour l'aide aux gestes médico-chirurgicaux. Autre [cs.OH]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00129430⟩
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