Note ABES Exploring new numerical methods for the simulation of soft tissue deformations in surgery assistance Nouvelles méthodes numériques pour la simulation temps-réel des déformations des tissus mous dans le cadre de l’assistance peropératoire Modèle biomécanique Méthodes sans maillage Méthodes aux frontières immergées Recalage non rigide Déformation foie Assistance peropératoire Réalité augmentée Biomechanical model Meshless methods Immersed-boundary methods Non-rigid registration Liver deformation Intra-operative guidance Augmented reality 004 571 Biomécanique Méthodes sans maillage (analyse numérique) Réalité augmentée Cette thèse aborde le problème de simulation des tissus mous pour les applications de réalité augmentée en assistance peropératoire du foie et, plus précisément, la mise en oeuvre d'une procédure automatique de recalage non rigide entre une reconstruction préopératoire du foie d'un patient et les données acquises en temps réel pendant la chirurgie. Un cadre formel basé sur la physique est d'abord défini et utilisé comme base pour la construction d'un modèle biomécanique capable de reproduire les déformations du foie. Quatre directives de recherche ont guidé le développement du modèle : la précision, la rapidité, la stabilité et la simplicité de mise en oeuvre. Les méthodes sans maillage et les méthodes aux frontières immergées sont deux considérées comme des alternatives à la méthode traditionnelle des éléments finis. Un algorithme complet de recalage non rigide est documenté et testé avec des scénarios réels. Finalement, une introduction des émergentes en apprentissage automatique et réseaux de neurones est également fournie. This thesis addresses the problem soft tissue simulation for augmented reality applications in liver surgery assistance and, more specifically, the implementation of a non-rigid registration pipeline to be used by the medical staff to generate interactive deformations of a patient specific liver three-dimensional virtual representation. A formal physics-based framework is first defined and used as the basis for the construction of a biomechanical model capable of producing realistic deformations. Four basic requirements guided the development of the model: accuracy, speed, stability and simplicity of implementation. Meshless and immersed-boundary methods are both considered as alternatives to the traditional finite element method. A formal non-rigid registration algorithm is finally documented and tested with real-life scenarios. A comparison with new and rising machine learning and neural network solutions is also provided. Electronic Thesis or Dissertation Text en PDF 74525591 Université de Strasbourg Strasbourg 2022-12-31 https://theses.hal.science/tel-03130643 application/pdf 21234823 https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2020/brunet_jean-nicolas_2020_ED269.pdf http://www.theses.fr/2020STRAD029/abes https://theses.hal.science/tel-03130643 https://theses.hal.science/tel-03130643 https://theses.hal.science/tel-03130643 Brunet Jean-Nicolas 1989-08-03 FR 263474739 https://theses.fr/2020STRAD029 2020STRAD029 https://doi.org/10.70675/021034d9z109cz404bz812fz06a359b367d4 2020-11-04 Informatique Strasbourg 131056549 Doctorat Docteur es non oui Cotin Stéphane MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 081392931 Privat Yannick MADS_PRESIDENT_DU_JURY 134932099 Elle Ole Jacob MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 263475123 Wittek Adam MADS_RAPPORTEUR_1 189026464 Jaillet Fabrice MADS_RAPPORTEUR_2 165102918 165102918 École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 156504863 Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 176969721 260728 ddc:004 ddc:570 Cotin Stéphane Privat Yannick Elle Ole Jacob Wittek Adam Jaillet Fabrice École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....) Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg) PDF 74525591