Simulation biomécanique de la descente foetale sans trajectoire théorique imposée

A l'heure actuelle, le geste médical de l'accouchement est appris par les obstétriciens en réalisant de réels accouchements sous l'oeil attentif d'un expert. Ce geste devient plus compliqué lors des accouchements instrumentés, c'est-à-dire nécessitant l'utilisation de forceps ou de ventouses. L'utilisation d'un simulateur d'accouchement polyvalent prenant en compte différents cas anatomiques et pathologiques permettrait ainsi de compléter la formation des obstétriciens en améliorant la prise en charge de la parturiente. La réalisation d'un tel outil d'apprentissage peut reposer sur une partie logicielle, permettant la visualisation du comportement du foetus en interaction avec les organes de la parturiente (utérus, abdomen, bassin mou et osseux), et le calcul des efforts produits. Notons qu'en dehors des simulateurs basés sur un mannequin robotisé, qui sont disponibles dans le commerce, très peu d'outils de formation basés sur le calcul numérique des efforts produits ont été élaborés. Et malheureusement, tous ces simulateurs évaluent les forces d'expulsion de l'accouchement en imposant une trajectoire foetale pré-calculée. Ils ont ainsi des possibilités assez limitées et ne répondent pas aux exigences de polyvalence décrites ci-dessus. Par ailleurs, de nombreux travaux de recherches visent à simuler avec précision les effets de l'accouchement sur le dysfonctionnement du plancher pelvien et sur le prolapsus des organes, en se concentrant notamment sur les dommages causés aux muscles releveurs de l'anus. Mais ces modèles basés sur la méthode des éléments finis, ne prennent pas en considération l'ensemble des organes pelviens impliqués dans le processus de l'accouchement. Pour concilier l'exactitude des résultats et des temps de calcul interactifs, nous proposons une approche qui se situe entre les deux classes de travaux décrits ci-dessus afin d'effectuer une simulation réaliste de la descente du foetus au cours de l'accouchement. Dans cet article nous présentons la première étape de ce travail en mettant l'accent sur la modélisation géométrique et biomécanique des principaux organes impliqués. A ce stade, afin de vérifier l'exactitude de notre hypothèse, nous utilisons la méthode des éléments finis, en raison de sa fiabilité, sa précision et sa stabilité. La prochaine étape de notre travail portera sur l'optimisation de la simulation numérique pour obtenir du temps interactif afin de permettre son couplage avec un dispositif haptique

A Preliminary Study For A Biomechanical Model Of The Respiratory System

Engineering and Computational Sciences for Medical Imaging in Oncology - ECSMIO is the special session 1 of International Conference on Computer Vision Theory and Applications - VISAPP 2010International audienceTumour motion is an essential source of error for treatment planning in radiation therapy. This motion is mostly due to patient respiration. To account for tumour motion, we propose a solution that is based on the biomechanical modelling of the respiratory system. To compute deformations and displacements, we use continuous mechanics laws solved with the finite element method. In this paper, we propose a preliminary study of a complete model of the respiratory system including lungs, chest wall and a simple model of the diaphragm. This feasibility study is achieved by using the data of a "virtual patient". Results are in accordance with the anatomic reality, showing the feasibility of a complete model of the respiratory system

Modélisation biomécanique du système reproductif féminin et du foetus humain pour la réalisation d'un simulateur virtuel d'accouchement

Le but de cette thèse est de réaliser, au moyen d'un simulateur virtuel, un outil pour la formation à l'accouchement des jeunes obstétriciens. Ce simulateur est destiné essentiellement à la formation des accouchements avec instruments (notamment en utilisant des forceps) : cette pratique augmentant considérablement les risques de blessures chez l'enfant au moment de l'extraction. La réalisation de ce simulateur nécessite le développement d’un modèle biomécanique complet du système génitale féminin ainsi que du foetus. Cette thèse est réalisée en collaboration avec le laboratoire Ampère (INSA) qui travaille deja depuis quelques années sur un simulateur haptique d'accouchement « BirthSIM ». A l'heure actuelle, les efforts de poussée présents dans BirthSIM sont d'ordre qualitatif. Cette thèse a, en plus de son objectif sociétal de formation, un intérêt scientifique, par la modélisation 3D du pelvis féminin ainsi que du foetus au moment de l'accouchement. La visualisation de cette simulation 3D permettra notamment de mieux comprendre les efforts engendrés lors de l'accouchement, et ainsi d'améliorer sa compréhension auprès des apprentis obstétriciens. Le but de cette thèse réside également dans l'obtention de valeurs fiables de l’effort total de poussée du foetus en fin d’accouchement afin de les répercuter dans le simulateur physique et ainsi de réaliser un couplage entre le simulateur virtuel et le simulateur physique

Modélisation biomécanique du système reproductif féminin et du foetus humain pour la réalisation d'un simulateur virtuel d'accouchement

Le but de cette thèse est de réaliser, au moyen d'un simulateur virtuel, un outil pour la formation à l'accouchement des jeunes obstétriciens. Ce simulateur est destiné essentiellement à la formation des accouchements avec instruments (notamment en utilisant des forceps) : cette pratique augmentant considérablement les risques de blessures chez l'enfant au moment de l'extraction. La réalisation de ce simulateur nécessite le développement d’un modèle biomécanique complet du système génitale féminin ainsi que du foetus. Cette thèse est réalisée en collaboration avec le laboratoire Ampère (INSA) qui travaille deja depuis quelques années sur un simulateur haptique d'accouchement « BirthSIM ». A l'heure actuelle, les efforts de poussée présents dans BirthSIM sont d'ordre qualitatif. Cette thèse a, en plus de son objectif sociétal de formation, un intérêt scientifique, par la modélisation 3D du pelvis féminin ainsi que du foetus au moment de l'accouchement. La visualisation de cette simulation 3D permettra notamment de mieux comprendre les efforts engendrés lors de l'accouchement, et ainsi d'améliorer sa compréhension auprès des apprentis obstétriciens. Le but de cette thèse réside également dans l'obtention de valeurs fiables de l’effort total de poussée du foetus en fin d’accouchement afin de les répercuter dans le simulateur physique et ainsi de réaliser un couplage entre le simulateur virtuel et le simulateur physique

Modélisation biomécanique du système reproductif féminin et du foetus humain pour la réalisation d'un simulateur virtuel d'accouchement

Le but de cette thèse est de réaliser, au moyen d'un simulateur virtuel, un outil pour la formation à l'accouchement des jeunes obstétriciens. Ce simulateur est destiné essentiellement à la formation des accouchements avec instruments (notamment en utilisant des forceps) : cette pratique augmentant considérablement les risques de blessures chez l'enfant au moment de l'extraction. La réalisation de ce simulateur nécessite le développement d’un modèle biomécanique complet du système génitale féminin ainsi que du foetus. Cette thèse est réalisée en collaboration avec le laboratoire Ampère (INSA) qui travaille deja depuis quelques années sur un simulateur haptique d'accouchement « BirthSIM ». A l'heure actuelle, les efforts de poussée présents dans BirthSIM sont d'ordre qualitatif. Cette thèse a, en plus de son objectif sociétal de formation, un intérêt scientifique, par la modélisation 3D du pelvis féminin ainsi que du foetus au moment de l'accouchement. La visualisation de cette simulation 3D permettra notamment de mieux comprendre les efforts engendrés lors de l'accouchement, et ainsi d'améliorer sa compréhension auprès des apprentis obstétriciens. Le but de cette thèse réside également dans l'obtention de valeurs fiables de l’effort total de poussée du foetus en fin d’accouchement afin de les répercuter dans le simulateur physique et ainsi de réaliser un couplage entre le simulateur virtuel et le simulateur physique

A biomechanical model of the female reproductive system and the fetus for the realization of a childbirth virtual simulator

International audienceOur main work consists in modeling of the female pelvis and uterus, as well as the human fetus. The goal of this work is to recover the different forces generated during the delivery. These forces will be input to the haptic obstetric training tool BirthSim which has already been developed by the Ampe're Laboratory at the INSA of Lyon. This modeling process will permit us to develop a new training device to take into account different anatomies and different types of delivery. In this paper, we will firstly show the different existing haptic and virtual simulators in the obstetric world with their advantages and drawbacks. After, we will present our approach based on a biomechanical modeling of concerned organs. To obtain interactive time performance, we proceed by the simplification of the organs anatomy. Then, we present some results showing that FEM analysis can be used to model forces during childbirth. In the future, we plan to use this work to more accurately control a childbirth simulator

A biomechanical model of the female reproductive system and the fetus for the realization of a childbirth virtual simulator

International audienceOur main work consists in modeling of the female pelvis and uterus, as well as the human fetus. The goal of this work is to recover the different forces generated during the delivery. These forces will be input to the haptic obstetric training tool BirthSim which has already been developed by the Ampe're Laboratory at the INSA of Lyon. This modeling process will permit us to develop a new training device to take into account different anatomies and different types of delivery. In this paper, we will firstly show the different existing haptic and virtual simulators in the obstetric world with their advantages and drawbacks. After, we will present our approach based on a biomechanical modeling of concerned organs. To obtain interactive time performance, we proceed by the simplification of the organs anatomy. Then, we present some results showing that FEM analysis can be used to model forces during childbirth. In the future, we plan to use this work to more accurately control a childbirth simulator

Biomechanical simulation of the fetal descent without imposed theoretical trajectory

International audienceThe medical training concerning childbirth for young obstetricians involves performing real deliveries, under supervision. This medical procedure becomes more complicated when instrumented deliveries requiring the use of forceps or suction cups become necessary. For this reason, the use of a versatile, configurable childbirth simulator, taking into account different anatomical and pathological cases, would provide an important benefit in the training of obstetricians, and improve medical procedures. The production of this type of simulator should be generally based on a computerized birth simulation, enabling the computation of the reproductive organs deformation of the parturient woman and fetal interactions as well as the calculation of efforts produced during the second stage of labor. In this paper, we present a geometrical and biomechanical modeling of the main parturient's organs involved in the birth process, interacting with the fetus. Instead of searching for absolute precision, we search to find a good compromise between accuracy and model complexity. At this stage, to verify the correctness of our hypothesis, we use finite element analysis because of its reliability, precision and stability. Moreover, our study improves the previous work carried out on childbirth simulators because: (a) our childbirth model takes into account all the major organs involved in birth process, thus potentially enabling different childbirth scenarios; (b) fetal head is not treated as a rigid body and its motion is computed by taking into account realistic boundary conditions, i.e. we do not impose a pre-computed fetal trajectory; (c) we take into account the cyclic uterine contractions as well as voluntary efforts produced by the muscles of the abdomen; (d) a slight pressure is added inside the abdomen, representing the residual muscle tone. The next stage of our work will concern the optimization of our numerical resolution approach to obtain interactive time simulation, enabling it to be coupled to our haptic device

Simulation biomécanique de la descente foetale sans trajectoire théorique imposée

A l'heure actuelle, le geste médical de l'accouchement est appris par les obstétriciens en réalisant de réels accouchements sous l'oeil attentif d'un expert. Ce geste devient plus compliqué lors des accouchements instrumentés, c'est-à-dire nécessitant l'utilisation de forceps ou de ventouses. L'utilisation d'un simulateur d'accouchement polyvalent prenant en compte différents cas anatomiques et pathologiques permettrait ainsi de compléter la formation des obstétriciens en améliorant la prise en charge de la parturiente. La réalisation d'un tel outil d'apprentissage peut reposer sur une partie logicielle, permettant la visualisation du comportement du foetus en interaction avec les organes de la parturiente (utérus, abdomen, bassin mou et osseux), et le calcul des efforts produits. Notons qu'en dehors des simulateurs basés sur un mannequin robotisé, qui sont disponibles dans le commerce, très peu d'outils de formation basés sur le calcul numérique des efforts produits ont été élaborés. Et malheureusement, tous ces simulateurs évaluent les forces d'expulsion de l'accouchement en imposant une trajectoire foetale pré-calculée. Ils ont ainsi des possibilités assez limitées et ne répondent pas aux exigences de polyvalence décrites ci-dessus. Par ailleurs, de nombreux travaux de recherches visent à simuler avec précision les effets de l'accouchement sur le dysfonctionnement du plancher pelvien et sur le prolapsus des organes, en se concentrant notamment sur les dommages causés aux muscles releveurs de l'anus. Mais ces modèles basés sur la méthode des éléments finis, ne prennent pas en considération l'ensemble des organes pelviens impliqués dans le processus de l'accouchement. Pour concilier l'exactitude des résultats et des temps de calcul interactifs, nous proposons une approche qui se situe entre les deux classes de travaux décrits ci-dessus afin d'effectuer une simulation réaliste de la descente du foetus au cours de l'accouchement. Dans cet article nous présentons la première étape de ce travail en mettant l'accent sur la modélisation géométrique et biomécanique des principaux organes impliqués. A ce stade, afin de vérifier l'exactitude de notre hypothèse, nous utilisons la méthode des éléments finis, en raison de sa fiabilité, sa précision et sa stabilité. La prochaine étape de notre travail portera sur l'optimisation de la simulation numérique pour obtenir du temps interactif afin de permettre son couplage avec un dispositif haptique

A dispatcher simulator for a photolithography workshop

International audienc