Development of a haptic simulator for practicing the intraarticular needle injection under echography - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2020

Development of a haptic simulator for practicing the intraarticular needle injection under echography

Développement d'un simulateur haptique pour pratiquer l'injection intra-articulaire à l'aiguille sous échographie

Abstract

The articular puncture is a common technique used by rheumatologists to relieve pain. The use of anatomical landmarks helps to guide the needle inside the articulation. However, without the help of imaging guidance, practitioners have difficulty to place correctly the needle and most of the cases lead to an extra articular insertion. The intraarticular needle injection under echography is a solution to ease the procedure. It is however a challenging process since the pratitioner must develop motor-visual coordination to insert the needle and guided it using as a reference a 2D image generated by the ultrasound probe. To master this technique, practitioners can practice on corpses, manikins, and simulators. Simulators give some advantages over corpses and manikins, but most of them do not allow to modify the working environment (patient morphology and/or pathology, …) or to choose the insertion point, which limit the realism of the training. Under the impulsion of SAMSEI, SPARTE project aims to develop a fully functional intraarticular needle injection simulator. This project is supported by 4 laboratories and one health facility. In this PhD thesis, the main contributions are: a new low-computational cost method called “Tracking wall” coupled with virtual fixtures for position and orientation control to render forces during the needle insertion ; the study and validation of three different control laws applied on a pneumatic actuator to render the forces while using a ultrasound probe; and finally the design of a complete functional simulator where users can experiment the needle insertion with echographic guidance.
La ponction articulaire est une technique courante utilisée par les rhumatologues pour soulager la douleur. L'utilisation de repères anatomiques aide à guider l'aiguille à l'intérieur de l'articulation. Cependant, sans l'aide de l'imagerie, les praticiens ont du mal à placer correctement l'aiguille et la plupart du temps il est nécessaire de réaliser une deuxième insertion articulaire. L'injection intra-articulaire de l'aiguille sous échographie est une solution pour faciliter la procédure. Il s'agit cependant d'un processus difficile car le praticien doit développer une coordination motrice-visuelle pour insérer l'aiguille et la guider en utilisant comme référence une image 2D générée par la sonde ultrasonore. Pour maîtriser cette technique, les pratiquants peuvent s'exercer sur des cadavres, des mannequins et des simulateurs. Les simulateurs offrent certains avantages par rapport aux cadavres et aux mannequins, mais la plupart d'entre eux ne permettent pas de modifier l'environnement de travail (morphologie et / ou pathologie du patient,…) ou de choisir le point d'insertion, ce qui limite le réalisme de la formation. Sous l'impulsion de SAMSEI, le projet SPARTE vise à développer un simulateur d'injection intra-articulaire entièrement fonctionnel. Ce projet est soutenu par 4 laboratoires et un établissement de santé. Dans ce travail de doctorat, les principales contributions sont: une nouvelle méthode à faible coût de calcul appelée «mur de suivi» couplée à des dispositifs virtuels pour le contrôle de la position et de l'orientation de l’aiguille, afin de restituer les forces lors de l'insertion de l'aiguille; l'étude et la validation de trois lois de commande différentes appliquées à un actionneur pneumatique pour restituer les forces lors de l'utilisation d'une sonde à ultrasons; et enfin la conception d'un simulateur fonctionnel complet où les utilisateurs peuvent expérimenter l'insertion de l'aiguille avec un guidage échographique.
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03078578 , version 1 (16-12-2020)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03078578 , version 1

Cite

Ma de Los Angeles Alamilla-Daniel. Development of a haptic simulator for practicing the intraarticular needle injection under echography. Automatic. Université de Lyon, 2020. English. ⟨NNT : 2020LYSEI017⟩. ⟨tel-03078578⟩
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