Le modèle d'aiguille médicale améliore les plateformes de formation virtuelles pour les chirurgiens débutants

Un modèle mathématique développé par des chercheurs du Université de Bristol peut améliorer la précision de l'utilisation d'aiguilles médicales dans les simulations chirurgicales. Le nouveau modèle, qui produit un effet dit « aussi similaire que possible » à l'administration d'aiguilles dans la vie réelle, a le potentiel d'améliorer la formation des chirurgiens débutants.

Les procédures chirurgicales mini-invasives administrées via des aiguilles placées à travers la peau sont utilisées pour un large éventail d'applications médicales, notamment la biopsie tissulaire, l'anesthésie péridurale, la curiethérapie, la neurochirurgie et la stimulation cérébrale profonde. Cependant, le succès de ces procédures dépend fortement du placement précis de l'aiguille. Une insertion imprécise peut entraîner de graves complications, telles que des faux négatifs dans une biopsie, par exemple, ou la destruction accidentelle de tissus sains lors de procédures d'ablation.

Pour aider à maîtriser ces opérations difficiles, les chirurgiens débutants peuvent être formés à l'aide de simulateurs chirurgicaux qui fournissent une rétroaction visuelle et haptique. "La simulation chirurgicale fait partie intégrante des pratiques médicales modernes", explique le premier auteur et ingénieur en mécanique Athanasios Martsopoulos des Laboratoire de robotique de Bristol. "Il offre un environnement sûr pour la formation des chirurgiens, mais également un cadre pour la planification, la recherche et une meilleure compréhension des interventions chirurgicales."

La clé de ces simulations, cependant, est la modélisation précise des tissus mous et des aiguilles médicales flexibles, ainsi que les forces d'interaction entre eux. Dans leur étude, Martsopoulos et ses collègues ont développé de nouveaux modèles d'aiguilles médicales flexibles en utilisant des techniques de la mécanique du continuum - l'étude de la déformation et de la transformation des forces à travers des matériaux qui ne sont pas modélisés comme une série de particules discrètes mais comme un ensemble continu. masse.

Les chercheurs rapportent que l'approche leur a permis de développer des aiguilles modèles pour la biopsie de la prostate et la curiethérapie qui sont à la fois très précises et plus efficaces sur le plan informatique que leurs homologues précédents. Cette dernière qualité a été atteinte, explique l'équipe, en réduisant l'introduction d'étapes inutiles dans la modélisation.

"L'efficacité de calcul des méthodes, combinée à leur précision, permet leur intégration dans des environnements de simulation chirurgicale destinés à la formation de chirurgiens débutants", explique Martsopoulos. "Les algorithmes proposés sont facilement disponibles pour l'intégration avec de telles solutions de simulation et ils visent à améliorer leur fidélité visuelle et haptique."

Une fois leur étude initiale terminée, les chercheurs cherchent maintenant à combiner leurs nouveaux modèles d'aiguilles médicales avec des modèles informatiques efficaces et précis de tissus humains. Cela, ont-ils expliqué, leur permettra de modéliser la dynamique des instruments chirurgicaux virtuels dans une simulation chirurgicale « complète ».

L'aiguille de biopsie rend la chirurgie du cerveau plus sûre

"Les futures extensions de nos travaux permettront également la mise en œuvre du modèle proposé à l'aide de l'unité de traitement graphique, visant à améliorer encore l'efficacité de calcul du modèle", ajoutent-ils.

En plus d'aider à former les chirurgiens du futur, note l'équipe, le modèle a également le potentiel d'améliorer la planification préopératoire des interventions chirurgicales et d'aider au développement de robots chirurgicaux.

L'étude est décrite dans Modélisation mathématique et informatique des systèmes dynamiques.

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