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Emergences

Lettre d'information n° 34

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Une salle d'opération virtuelle pour former les équipes chirurgicales

La formation chirurgicale pourrait grandement bénéficier des systèmes de réalité virtuelle. Problème : pour concevoir des simulateurs dans ce domaine, il faut des méthodes innovantes permettant non seulement de modéliser les procédures mais aussi la connaissance médicale et les multiples composantes de l'expertise du médecin. Trois équipes de recherches rennaises et le CHU s'associent dans le projet S3PM pour lever ces verrous technologiques.

La formation chirurgicale pourrait grandement bénéficier des systèmes de réalité virtuelle. Problème : pour concevoir des simulateurs dans ce domaine, il faut des méthodes innovantes permettant non seulement de modéliser les procédures mais aussi la connaissance médicale et les multiples composantes de l'expertise du médecin. Trois équipes de recherches rennaises et le CHU s'associent dans le projet S3PM pour lever ces verrous technologiques.

Comme les pilotes d'avion, les chirurgiens devraient pouvoir s'entraîner sur simulateurs,” résume Pierre  Jannin, responsable de  MediCIS, une équipe scientifique du Laboratoire Traitement du Signal et de l'Image (LTSI ) affilié à l'Inserm (1). Toutefois, mettre au point une salle d'opération virtuelle pour former le personnel médical n'est pas chose facile. Beaucoup de problèmes surgissent. Nombre de questions demeurent. “Pour commencer, qu'est-ce qui fait un bon chirurgien ?  Ses doigts d'or, pourrait-on penser ? “Et bien, la dextérité ne représente que 25% de l'expertise, d'après la littérature internationale sur le sujet. Les 75% restants proviennent de la connaissance médicale et de la maîtrise des procédures chirurgicales ainsi que des aspects non techniques comme les compétences cognitives et interpersonnelles.” Autant d'éléments qu'il va falloir intégrer dans le système d'une façon ou d'une autre. C'est donc un long effort de modélisation conceptuelle qui s'annonce.

Le projet de recherche S3PM (2) vient poser un premier jalon dans cette direction. “Il concerne spécifiquement les procédures chirurgicales. L'objectif est de concevoir un environnement de formation qui permettra aux infirmières de bloc opératoire (IBODE) d'apprendre et de répéter les procédures.” Autrement dit : le scénario de l'opération. “Par quoi dois-je commencer ? Que dois-je faire après ? Et ainsi de suite.” Pour qu'un tel simulateur soit véritablement utile, il faut qu'il soit ancré dans le réel. “Nous collectons des cas réels. Nous décrivons point par point chaque étape de la procédure suivie durant l'opération. Et nous constituons ainsi un ensemble représentatif de procédures.” Mais comment décrire une opération avec des mots ? “C'est bien l'un des défis. Il nous faut des méthodes de description pertinentes. Mon collègue Bernard Gibaud développe une ontologie que nous mettrons à la disposition de la communauté. Nous avons pour ambition qu'elle devienne un standard.

Un graphe des chemins du possible

Une fois cette ontologie construite, un autre obstacle apparaît : “synthétiser ce corpus de procédures dans un graphe des possibles. Durant l'opération, les choses ne se passent pas toujours de la même façon. En fonction de différents paramètres, le chirurgien bifurque. Il choisit de faire telle chose ou telle autre. Dans tous les cas, il nous faut intégrer cette variabilité.” Et c'est là que Benoît Caillaud intervient. Responsable de l'équipe de recherche Hycomes (3), “Benoît possède une forte expertise des réseaux de Pétri qu'il a utilisés avec succès dans des domaines industriels. Sa méthode présente un gros avantage. Elle prend en compte non seulement les chemins qui ont été une fois observés, mais aussi des chemins non observés qui ne sont contredits ni par la logique ni par les observations. Pour l'entrainement en simulateur, cela pourrait s'avérer très intéressant. Certes, des experts devront venir confirmer que les nouveaux chemins font sens d'un point de vue médical. En soit, il s'agit encore d'un autre verrou à lever.

Étape suivante : la simulation. “Nous avons contacté Bruno Arnaldi et Valérie Gouranton.” Ces deux scientifiques appartiennent à Hybrid, la troisième équipe engagée dans ce partenariat (3). “Ils ont mis au point récemment un environnement collaboratif virtuel de premier ordre dans le domaine de la formation professionnelle. Leur système est très innovant car il offre un haut niveau d'interaction entre un humain et son collaborateur virtuel. Cela va permettre à des infirmières réelles de se former en compagnie de chirurgiens virtuels.” Mais cet aspect de la collaboration ne consiste pas seulement à nourrir le système avec un scénario médical. Le graphe des chemins possibles obtenu à l’étape précédente est alors enrichi par des informations concernant l’environnement  virtuel comme l’état du monde (par exemple informations et contraintes spatiales), l’évolution dynamique du rôle (par exemple capacités ou connaissances). “L'ontologie que nous apportons va probablement enrichir le formalisme sur lequel repose cet environnement. Notre contribution pourrait donc améliorer leur technologie et ainsi bénéficier à la formation professionnelle d'une façon générale.

 Un premier démonstrateur devrait voir le jour d'ici environ trois ans. “Nous travaillons en lien étroit avec les infirmières de bloc du service de neuro-chirurgie du CHU de Rennes. Notre objectif est de parvenir à un simulateur véritablement utile pour leur formation professionnelle. Elles sont très motivées à voir ce projet aboutir. Il existe une forte demande pour de tels outils dans le domaine médical. Et les entreprises capables de proposer des solutions innovantes y trouveront un marché.

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Notes :

(1) Spécialisée dans la modélisation des connaissances et procédures chirurgicales et interventionnelles, MediCIS  est une équipe de recherche de l'UMR Inserm U1099 LTSI de l'université de Rennes 1 affiliée à l'Inserm.

(2) S3PM signifie: Synthesis and Simulation of Surgical Process Models. Ce projet est financé dans le cadre de CominLabs, un laboratoire d'excellence (Labex) spécialisé en STIC. CominLabs se situe en Bretagne et Pays de la Loire. Partenaires : CNRS, Inserm, Université Européenne de Bretagne, Université de Rennes 1, Université de Rennes 2, Université de Bretagne Occidentale, Université de Bretagne Sud, Université de Nantes, Ecoles des Mines de Nantes, INSA Rennes, ENS Bretagne, Télécom Bretagne, Supelec et INRIA Rennes - Bretagne Atlantique.

(3) Hycomes est une équipe de recherche Inria. Elle est spécialisée dans la modélisation hybride et la conception par contrats pour les systèmes embarqués multi-physiques.

(4) Hybrid est une équipe projet Inria, Université Rennes 1 et Insa Rennes commune à l'Irisa (UMR 6074). Elle est spécialisée dans la réalité virtuelle et l'interaction 3D avec des environnements virtuels.