Simulateurs pédagogiques chirurgicaux: objectifs, contraintes et perspectives.
Exemples en coelioscopie gynécologique et amniocentèse
Patrick DUBOIS
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Institut de Technologie Médicale
Pavillon Vancostenobel
CH&U
59037 LILLE Cédex
E-mail : pdubois@chru-lille.fr

Les impératifs de réalisme requis par les simulateurs d’opérations médico-chirurgicales imposent des contraintes fortes sur la restitution des sensations (déformations des organes, retour d’effort) qui accompagnent les gestes instrumentés. Ces difficultés sont encore accrues lorsqu’il s’agit de prendre en compte des gestes ” main libre “, c’est à dire sans point d’appui fixe.

Parmi les diverses réalisations du Groupement d’Intérêt Scientifique ” Simulateurs pédagogiques médicaux ” de Lille, nous présentons ici les résultats obtenus concernant l’amniocentèse et la coelioscopie à visée gynécologique.

L’amniocentèse est un geste échoguidé qui consiste en une ponction transcutanée du liquide amniotique. L’apprentissage de la maîtrise du geste fait appel à un contrôle conjoint des sensations haptiques liées à la perforation des plans sous-cutanés et de la trajectoire en visée échographique.

Un des principaux enjeux est de pouvoir restituer en temps réel l’image échographique des déformations de parois et la sensation haptique ressentie sur l’aiguille. Le simulateur réalisé fait appel à un modèle géométrique 3D des échostructures de la cavité (plans sous-cutanés et fœtus) et un modèle mécanique (maillage par éléments finis) qui calcule les déformations. Pour optimiser le temps de calcul des intersections, les déformations sont appliquées non pas au modèle géométrique, mais à la trajectoire de l’aiguille.

La plate-forme instrumentale actuelle permet de restituer les efforts selon 3 axes (enfoncement et débattements par rapport au plan cutané). Les perspectives de développement vont porter sur la réalisation d’un dispositif ” main libre “, qui autorise l’implantation de l’aiguille en un point quelconque de la paroi abdominale. Les travaux porteront également sur la prise en compte des mouvements du fœtus.

Le simulateur de coelioscopie gynécologique est destiné à l’apprentissage de la gestuelle élémentaire (contrôle mono- et ambidextre des instruments en visée fixe et en poursuite) et la validation de compétence. Le manipulateur réalisé comporte 1 caméra et 2 instruments dont un est équipé d’un retour d’effort 3 axes par moteurs déportés. Il est associé à un logiciel d’accompagnement pédagogique qui supervise une acquisition graduée des compétences.

Un moteur de simulation gère la détection de collisions instruments-organes et le calcul des déformations. Des études sur banc de mesure ont permis une première approche quantitative (statique) des relations force-déplacements lors des interactions. Nos perspectives de développement se situent dans une analyse dynamique de ces interactions et dans la définition d’une architecture informatique adaptée à concilier les contraintes antagonistes de complexité des calculs et de commande fine des actionneurs.