A. Objectifs principaux du projet
1) Introduction
Le rocher est une structure anatomique très complexe et difficile à apprendre. Pour les étudiants intéressés par l’oreille (médecins et paramédicaux, futurs ingénieurs biomédicaux et biophysiciens) , la possibilité de naviguer en 3D dans la structure est un atout irremplaçable et possible avec les technologies de réalité virtuelle actuelles.
Le principe général est le développement d’un modèle 3D de haute qualité de l’oreille moyenne, interne et en partie externe pour atteindre les objectifs suivants :
• Développer une interface permettant d’utiliser simplement ce modèle par un enseignant ou un étudiant
• Créer une application Smartphone permettant une immersion virtuelle interactive au sein des structures pétreuses (oreille externe, moyenne et interne). L’étudiant pourra identifier les structures et ouvrir un onglet lui apportant un enseignement spécifique sur la structure identifiée.
• Créer une impression 3D du rocher virtuel et de ses différentes composantes qui pourront être manipulées en cours par les étudiants.
• Créer des modèles de l’os pétreux utilisables pour l’entrainement à la chirurgie otologique et à l’évaluation des acquis techniques des internes en formation en utilisant un matériau adapté pour l’impression. Ce type d’enseignement diminuera le cout de la formation, qui repose actuellement sur l’utilisation de sujets anatomiques (à l’école de chirurgie du Fer à Moulin – structure APHP) et permettra d’augmenter les possibilités d’entrainement et donc probablement les compétences des enseignés. L’évaluation des acquis techniques fera l’objet d’études au cours de mémoires du diplôme universitaire de pédagogie.
2) Modélisation
Le point de départ du projet repose sur la création du modèle numérique virtuel de l’os temporal et de son contenu en 3 dimensions à partir d’images tomodensitométriques (Scanner X) et d’Imagerie par Résonnance Magnétique. La résolution du scanner atteindra 100µm. L’acquisition des images radiologiques se fera par les Drs Stéphanie TRUNET et Nadya Pyatigorskaya. La segmentation isolera les composants individuellement (osselets, structures de l’oreille interne etc.) et en fournira un maillage (mesh) précis. Ces objets seront manipulables dans l’espace et interactifs pour obtenir des informations complémentaires. Les objets segmentés seront « mappés/texturés » par un graphiste spécialisé en 3D et ayant déjà travaillé sur le rocher : Mickaël Masure.
3) Utilisation directe par les enseignants et étudiants
Le modèle sera directement utilisable dans un environnement indépendant du système d’exploitation et du type d’appareil (du smartphone au Desktop) pour être utilisé lors de cours magistraux en amphithéâtre afin d’améliorer la conceptualisation de cette anatomie complexe. L’étudiant pourra naviguer et identifier les structures observées.
4) Réalité virtuelle
Une application Smartphone permettant une immersion virtuelle à l’aide d’un casque de réalité virtuelle qui intègre un smartphone (systèmes abordables pour tous les étudiants). L’application permettra une exploration interactive au sein des structures pétreuses (oreille externe et moyenne, cochlée, labyrinthe postérieur…). La navigation virtuelle dans le modèle et l’interactivité sera développée sous Unity avec Sébastien Levron pour la programmation.
La gestion des textures et le mapping des modèles seront réalisés par Mickael Masure, graphiste spécialisé en 3D et qui a déjà travaillé sur le rocher 3D
Figure 1 : Casque de réalité virtuelle Samsung Galaxy Gear VR
5) Impression 3D
Les modèles numériques obtenus seront utilisés pour produire des pièces anatomiques factices grâce à l’utilisation d’une imprimante 3-D. En fonction du matériau utilisé, les pièces serviront à faciliter l’enseignement lors de cours magistraux et surtout pour les groupes de travaux dirigés pour les étudiants en médecine, en orthophonie, etc. La manipulation dans l’espace de structures anatomiques complexes et fortement agrandies est fondamentale et d’une grande efficacité pédagogique pour des structures aussi fines et complexes que le rocher. Une imprimante type desktop est déjà disponible dans le service TICEMED : MakerBot Replicator que nous utilisons pour le fablab neuroanatomie initié par D Hasboun dans le service d’anatomie.
6) Entrainement chirurgical
Les sessions de dissection sont limitées pour des raisons de coût et de disponibilité des pièces cadavériques. L’impression 3D permettra de fournir une grande variété de pièces anatomiques avec des plans de coupes parfaitement contrôlés pour des sessions de dissection et entraînement chirurgical organisées par le Pr TANKERE et le Dr BARBUT (service d’ORL et chirurgie cervico-faciale). Les matériaux utilisés dans cet objectif sont différents et doivent avoir des propriétés mécaniques proches de l’os permettant le fraisage et donc la simulation de l’abord chirurgical : dans ce cas, il s’agit de résine polymérisée. Il faut alors utiliser le procédé d’impression 3D Polyjet qui utilise la lumière UV pour solidifier une résine polymère. Cependant, plutôt que d’utiliser un laser pour polymériser les couches d’un bac de résine, des têtes d’impression envoient de fines gouttelettes de résine photopolymère (comme le ferait une imprimante à jet d’encre) pour former une première couche. La lampe UV, attachée aux têtes d’impression, solidifie ensuite la résine, figeant ainsi la forme de la couche. Ensuite, le plateau d’impression descend légèrement (de la hauteur d’une couche d’impression) et une nouvelle couche est ajoutée de la même façon jusqu’à ce que l’objet soit complètement imprimé. Les imprimantes 3D Polyjet, telles que les imprimantes Objet de Stratasys, sont capables de réaliser des pièces complexes avec une haute résolution.
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