RÉPUBLIQUE DU BÉNIN

MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEURET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITÉ D’ABOMEY-CALAVI

INSTITUT DE FORMATION ET DERECHERCHE EN INFORMATIQUE

BP 526 Cotonou Tel : +229 21 14 19 88http://www.ifri-uac.net Courriel : contact@ifri.uac.bj

MÉMOIREpour l’obtention du

Diplôme de Licence en Informatique

Option : Génie Logiciel

Présenté par :Afis Mahoutin Malick KOUSSE

Application de simulation médicale enréalité virtuelle: cas de l’appendicectomie

Sous la supervision :Dr Ing. Vinasétan Ratheil HOUNDJI

Année Académique : 2018-2019

Dédicace

A

Ma famille.

Remerciements

Nous tenons à remercier :

• DIEU le père tout puissant, pour nous avoir donner la santé, la force, l’inspiration et lapersévérance tout au long de ce travail ;

• L’administration d’IFRI, son directeur Prof. Eugène EZIN, le directeur adjoint Prof.Gaston EDAH et tous les enseignants qui ont contribué à ma formation ;

• Monsieur Ratheil HOUNDJI, mon maître de mémoire pour sa disponibilité, son ac-compagnement et son soutient dans la réalisation de ce mémoire ;

• Monsieur Parisius Dorian HOUESSOU, qui m’a fait découvrir la technologie de la réa-lité virtuelle utilisée dans ce projet ;

• Le staff de MIFY qui m’a chaque fois permis de m’améliorer en ce qui concerne lesconcepts de la réalité virtuelle et augmentée ;

• Monsieur Fréjuste AGBOTON, pour son aide et assistance ;

• Monsieur Crésus ABAÏ pour sa disponibilité ;

• Monsieur Lionnel AGBANRIN;

• Tous mes camarades et amis.

ii

Table des matières

Dédicace i

Remerciements ii

Sigles et Abréviations vi

Glossaire vii

Résumé/Abstract ix

Introduction 1

1 Revue de littérature 41.1 L’appendicectomie laparoscopique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1.1 L’appendicite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.1.2 La laparoscopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.1.3 Principes de l’appendicectomie par laparoscopie . . . . . . . . . . . . . 6

1.2 Le concept de la réalité virtuelle (RV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.2.1 Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.2.2 Application de la Réalité Virtuelle [Virtual Reality (VR)] . . . . . . . . . 101.2.3 Outil de la VR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.3 État de l’art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.3.1 Présentation des solutions existantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.3.2 Intérêt de la solution par rapport aux existantes . . . . . . . . . . . . . 16

2 Conception et Choix techniques 182.1 Analyse et conception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.1.1 Analyse des besoins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.1.2 Conception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.2 Choix techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.2.1 Choix des logiciels de modélisation et d’animation 3D . . . . . . . . . . 232.2.2 Choix du moteur de Jeu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2.3 Choix du langage de programmation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2.4 IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2.5 Choix du SDK pour la VR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

iii

TABLE DES MATIÈRES TABLE DES MATIÈRES

3 Présentation de l’application et Discussion 273.1 Présentation des interfaces de l’application de simulation médicale en réalité

virtuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.1.1 Choix de l’expérience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.1.2 Choix du rôle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.1.3 Interface assistant pendant la simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.1.4 Interface pour sélection et choix d’un instrument . . . . . . . . . . . . . 293.1.5 Interaction entre l’utilisateur et l’espace virtuel . . . . . . . . . . . . . . 30

3.2 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Conclusion 32

Bibliographie 33

iv

Table des figures

1.1 Colonne Laparoscopique [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.2 Installation du patient [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3 Position des trocart [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.4 Patient utilisant la VR pendant le traitement de brûlures [5] . . . . . . . . . . 111.5 Personne utilisant un LAP Mentor [11] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.6 Représentation de l’immersion d’un utilisateur dans Vtopia Surgical [8] . . . 151.7 Exemple d’expérience VR réalisée avec ACADICUS [3] . . . . . . . . . . . . . 16

2.1 Croquis salle d’opération : disposition du personnel et des équipements . . . 192.2 Diagramme de cas d’utilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.3 Diagramme de séquence : choisir une expérience . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.4 Modélisation de l’environnement pour la simulation avec Maya . . . . . . . . 232.5 Utilisation du moteur Unity3D pour la création de l’experience VR . . . . . . 25

3.1 Choix d’une expérience à simuler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.2 Choix d’un rôle à jouer pendant la simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.3 Assistant pour guider l’utilisateur pendant la simulation . . . . . . . . . . . . 293.4 Assistant sélection et choix d’un instrument . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.5 utilisateur voulant effectuer une incision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.6 utilisateur voulant placer un trocart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

v

Sigles et Abréviations

IDE : Environnement de Développement Intégré.

SDK : Software Development Kit.

TP : Travaux Pratiques.

UML : Unified Modeling Language.

VR : Virtual Reality.

vi

Glossaire

appendicectomie :

opération chirurgicale consistant à l’ablation de l’appendice.

appendicite :

maladie provoquant l’inflammation de l’appendice qui se remplit de pus, provoquantainsi des douleurs.

cavite :

espace vide dans un corps solide.

echographie :

technique d’imagerie employant des ultrasons.

endoscope :

l’endoscope est l’instrument optique médical ou industriel permettant la réalisationd’une endoscopie, soit la visualisation d’opérations chirurgicales intrusives, voire demicro chirurgie ou simplement l’observation d’endroits difficilement accessibles dansdifférents domaines.

gants Manus :

ces gants permettent d’avoir un contrôle très fin des mains, de l’ensemble des doigtsainsi que des bras en réalité virtuelle grâce à un système de tracking évolué.

meso :

en anatomie, un méso est un accolement de deux feuillets de séreuse reliant la partiepariétale avec la partie viscérale.

mono :

mono est une plateforme de développement complète basée sur une mise en œuvrede l’environnement d’exécution de code .NET et des API de base définis à l’ECMA(également normes ISO). Mono supporte pour l’instant la version 4.0 du framework.NET de Microsoft.

vii

Glossaire Glossaire

moteur de jeu :

ensemble de composants logiciels effectuant des calculs de géométrie et de physiqueutilisés dans les jeux vidéo.

multiplateforme :

un logiciel multiplateforme est un logiciel conçu pour fonctionner sur plusieurs plate-formes, c’est-à-dire le couple liant ordinateur et système d’exploitation.

obstruction :

gêne à la circulation des matières dans un conduit de l’organisme.

peritoine :

le péritoine est une membrane séreuse continue, d’une surface estimée à un mètre-carré, formée par une couche simple de cellules épithéliales, qui tapisse l’abdomen, lepelvis et les viscères, délimitant l’espace virtuel de la cavité péritonéale.

pixol :

tout comme un pixel, chaque pixol contient une information sur sa position en abs-cisse (X), en ordonnée (Y), et sur la valeur de sa couleur. Les pixol contiennent aussides informations sur la profondeur (Z), sur l’orientation et le matériau. Les fichiers desauvegardes propres à ZBrush contiennent ces informations, mais quand ils sont ex-portés (en JPEG ou en PNG par exemple) les caractéristiques du pixol sont perdues.Cette technologie est similaire à celle des voxel, un autre type de pixel 3D.

tomodensitometrie :

technique d’imagerie médicale qui consiste à mesurer l’absorption des rayons X par lestissus puis, par traitement informatique, à numériser et enfin reconstruire des images2D ou 3D des structures anatomiques.

tumeur :

En médecine, augmentation de volume d’un tissu, sans précision de cause.

viii

RésuméDans le secteur de la santé, la pratique se révèle être très importante pour les chirurgiensqui doivent maîtriser les gestes, les techniques ainsi que les outils utilisés pour la réussitede chaque opération. Dans ce travail, nous avons réalisé un outil accessible et capable de lesaider à effectuer des séances de travaux pratiques dans un environnement virtuel idéal, enmettant à leur disposition une application de simulation médicale en réalité virtuelle. Nousproposons dans le présent travail l’implémentation du module : la simulation en réalité vir-tuelle de l’appendicectomie par laparoscopie. Le module a été réalisé grâce à l’utilisation dulangage de programmation C#, le moteur de jeu unity 3D et le SDK de réalité virtuelle googleVR. A la fin de la phase de développement, différents tests ont été effectués et montrent quele module mis en place est fonctionnel.

Mots clés : appendicectomie, simulation médicale, réalité virtuelle.

ix

AbstractIn the health sector, practice is very important for surgeons who must master the surgicalprocedures as well as the techniques and tools used for the success of each surgical opera-tion. In this work, we realized an accessible tool that can help them to carry out sessions ofpractical work in an ideal virtual environment, by putting at their disposal a medical simu-lation application in virtual reality. We propose in this work an implementation of a virtualreality simulation module of laparoscopic appendectomy. The module was realized withthe use of programming language c#, the unity 3D game engine and the virtual reality SDKgoogle VR. At the end of the development phase, various tests have been carried out andshow that the module set up is functional.

Key words: appendectomy, medical simulation, Virtual Reality.

Introduction

Les travaux pratiques constituent un type d’enseignement fondé sur la pratique avec enparticulier la réalisation d’expériences permettant de vérifier et de compléter les connais-sances dispensées dans les cours théoriques. Dans le secteur médical les travaux pratiquesse révèlent être primordiales aussi bien pour les aspirants médecins que pour les médecinseux-mêmes. Pour cela, certains hôpitaux, cliniques ou blocs opératoires mettent à la dis-position des étudiants des outils adéquats pour aider ces derniers à s’exercer afin de ren-forcer et compléter les connaissances acquises grâces au cours théoriques. Malheureuse-ment plusieurs étudiants ne sont pas en mesure de bénéficier des avantages que pourraitapporter la manipulation de ces outils d’une part à cause de l’indisponibilité de ceux-ci etd’autre part à cause de la durée d’accès à ces instruments qui pourrait s’avérer être insuff-isante pour certains étudiants. Grâce à l’essor de l’informatique, de nouvelles technologiestelles que la réalité virtuelle tentent de résoudre ce problème. C’est dans ce contexte ques’inscrit le présent travail. L’idée est de mettre à la disposition des étudiants et médecinsun environnement virtuel pour les travaux pratiques grâce à la réalité virtuelle et permettreainsi à ces derniers d’améliorer leurs connaissances dans le domaine médical.

Le thème de notre mémoire "Développement d’une application de simulation médicaleen réalité virtuelle : cas de l’appendicectomie" a pour but de proposer une solution pourrésoudre le problème de manque de TP. Il s’agit de mettre à la disposition de l’utilisateur unbloc opératoire virtuel équipé d’outils nécessaires pour la pratique d’une appendicectomie.

1

Problématique

L’enseignement dans le secteur médical nécessite parfois des outils particuliers pour lestravaux pratiques. Ces outils sont parfois indisponibles ou inaccessibles à certains hôpi-taux ou blocs opératoires. Cette situation peut avoir un impact sur la formation des futursmédecins. En effet la pratique offre à l’étudiant l’occasion de mettre en application ce quilui a été enseigné de façon théorique. Elle est très appréciée par certains apprenants et fa-cilite la compréhension à celui qui pratique. La pratique étant un élément indispensablepour faciliter la compréhension des notions théoriques, son accessibilité à plein temps seraitalors très bénéfique pour l’étudiant. Nous proposons pour cela une application de simula-tion médicale en réalité virtuelle aux étudiants de la médecine afin qu’ils puissent, avec unsmartphone et un casque de réalité virtuelle, s’exercer à la pratique quand ils le souhaitent.

Objectif

Ce travail vise la facilité d’accès à un environnement virtuel de pratique idéal dans le do-maine médical. Cela permettra à tout étudiant en médecine désirant effectuer des travauxpratiques d’accéder à un environnement virtuel disposant du minimum requis pour un es-pace de pratique médicale. Nous nous intéressons ici à l’appendicectomie laparoscopique.Le produit final comprend une application mobile en réalité virtuelle sous Android quirépondra aux besoins suivants :

• immerger l’utilisateur dans un environnement virtuel représentant un bloc opératoire;

• permettre de pratiquer les exercices implémentés;

• faire connaître à l’utilisateur les outils et équipements disponibles dans l’espace depratique.

Contribution

Dans le présent travail nous avons mis en place un environnement virtuel adéquat pourtoute opération par la technique de laparoscopie. L’environnement a été ensuite utilisé pourimplémenter la simulation d’un processus d’appendicectomie par laparoscopie. Il pourrapar la suite être élargi pour implémenter d’autres simulations.

2

Organisation du document

Ce présent mémoire est constitué de trois principaux chapitres. Le premier présente unerevue de littérature sur les principales notions utilisées à propos de l’appendicectomie la-paroscopique et de la technologie de la réalité virtuelle. Le second chapitre fait l’analyse etprésente le matériel utilisé pour la réalisation du projet. Enfin le troisième chapitre présentequelques interfaces de l’application.

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Chapitre 1Revue de littérature

Introduction

Pour réaliser le présent travail, il est important d’effectuer une collecte d’information, afinde prendre connaissance des travaux effectués et des solutions existantes s’intégrant dans lemême sens. Ainsi ce chapitre fait une analyse de l’existant en ce qui concerne la simulationmédicale en réalité virtuelle. Dans ce chapitre, il s’agira de présenter les concepts d’appendi-cectomie laparoscopique, de réalité virtuelle ; puis faire une synthèse sur l’existant en termede simulation médicale en réalité virtuelle.

1.1 L’appendicectomie laparoscopique

1.1.1 L’appendicite

1.1.1.1 Définition

L’appendicite est une inflammation aiguë de l’appendice. Elle peut survenir à tout âge maissurtout avant 30 ans. Non traitée, elle peut être mortelle. Elle requiert donc une appendicec-tomie en urgence. L’appendicite est l’urgence chirurgicale abdominale la plus fréquente. Lediagnostic de l’appendicite est confirmé par un scanner abdominal ou une simple echogra-phie. [url14].

1.1.1.2 Symptômes

L’appendicite est caractérisée par une douleur vive et brutale en bas à droite du nombril.La douleur est soudaine et s’accentue progressivement sur une période de 6 à 12 heures.La douleur est souvent accompagnée de nausées, perte d’appétit, diarrhée, ballonnements,faible fièvre, constipation, etc. En cas de suspicion d’appendicite, il est important de consul-ter un médecin le plus rapidement possible, en particulier si la douleur est vive. En cas de

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Chapitre 1. Revue de littérature 1.1. L’appendicectomie laparoscopique

rupture de l’appendice, si l’abdomen devient vite ballonné et rigide, il s’agit d’une urgencemédicale.

1.1.1.3 Causes

L’appendicite est généralement le résultat d’une obstruction, provoquant une infection. L’unedes extrémités de l’appendice est ouverte à l’endroit où elle rejoint le gros intestin. L’appen-dicite peut survenir lorsque l’appendice est obstrué par une masse dure de fèces ou par uncorps étranger se trouvant dans l’intestin. Cette obstruction peut directement provoquer l’in-flammation de l’appendice et peut favoriser une infection bactérienne. Une obstruction peutaussi survenir si les ganglions de l’appendice gonflent. Des causes moins courantes d’obs-truction sont les pépins et les graines de fruits et légumes, les vers intestinaux et l’épaissis-sement du baryum causé par une exposition antérieure à des rayons X. En ce qui concerneles personnes aînés, l’appendicite est parfois provoquée par une tumeur (cancer) au colon.

1.1.1.4 Diagnostic

L’appendicite est généralement diagnostiquée lors d’un examen clinique, par un médecin.Le médecin effectuera des tests qui pourront également donner des informations sur l’éten-due et la localisation de l’inflammation. Après un examen physique, une analyse de sangpeut être effectuée pour rechercher une infection. Le médecin peut aussi prélever un échan-tillon d’urine pour éliminer l’hypothèse d’une infection de l’appareil urinaire, les symp-tômes d’une telle infection pouvant être similaires à ceux de l’appendicite. Parfois, on arecours à une échographie pour aider à déterminer le diagnostic. De temps en temps, unetomodensitometrie de l’abdomen est nécessaire pour les personnes lorsque les autres exa-mens ne donnent pas des résultats définitifs.

1.1.1.5 Traitement

L’appendicite nécessite une intervention chirurgicale immédiate sans quoi l’appendice pour-rait se rompre. Si l’appendice venait à se rompre, cela pourrait engendrer une péritonite,c’est-à-dire une infection du peritoine, la fine paroi entourant la cavite abdominale conte-nant les intestins. L’opération chirurgicale consiste à retirer l’appendice grâce à une incisionde quelques millimètres près de la fosse iliaque droite. Le chirurgien peut aussi procéder parlaparoscopie en pratiquant trois petites incisions dans l’abdomen et en insérant une caméradans l’une d’elles. L’opération peut nécessiter de 24 heures à quelques jours de rémission etn’est pas sans risque, bien que les complications soient rares.

1.1.2 La laparoscopie

1.1.2.1 Généralité sur la laparoscopie

Encore appelé coelioscopie, la laparoscopie est une technique chirurgicale consistant à opé-rer dans la cavité de l’abdomen sans réaliser d’ouverture pariétale (paroi de la cavité) large.

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Chapitre 1. Revue de littérature 1.1. L’appendicectomie laparoscopique

La vision du champ opératoire s’effectue sur un écran grâce à un endoscope qui est composéd’un tube optique muni d’un système d’éclairage d’une caméra vidéo [url11].

1.1.3 Principes de l’appendicectomie par laparoscopie

1.1.3.1 Matériel et équipement pour la laparoscopie

La technique de l’appendicectomie par laparoscopie ou coelioscopie nécessite l’utilisationet la maîtrise de plusieurs appareils et équipements pour sa réalisation. Le matériel utilisécomprend :

• la table d’opération : La table d’opération assure la position stable et sûre du patient,le patient est en décubitus dorsal, les deux bras le long du corps pour l’opération del’appendicectomie ;

• la colonne laparoscopique : elle est constituée d’appareils permettant de créer un es-pace de vision pour l’opération, il s’agit de l’insufflateur, de la pompe d’irrigation ; elleest également constituée d’appareils permettant d’avoir une vue du champ opératoire,il s’agit dans ce cas du moniteur, de la caméra et de la source lumineuse. La figure 1.1présente l’exemple d’une colonne de coelioscopie ;

FIGURE 1.1 – Colonne Laparoscopique [6]

• L’instrumentation standard : l’instrumentation standard comprend tous les instruments

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Chapitre 1. Revue de littérature 1.1. L’appendicectomie laparoscopique

communs à la technique de la laparoscopie il s’agit : des laparoscopes, des ciseaux dedissection, des pinces, sac d’extraction.

1.1.3.2 Installation du patient

Le patient est couché sur le dos, les jambes étendues, le bras droit en biais le bras gaucheétendu le long du corps.

FIGURE 1.2 – Installation du patient [1]

1.1.3.3 Technique chirurgicale

Plusieurs techniques chirurgicales existent pour le traitement de l’appendicite. Il s’agit dela chirurgie ouverte et de la chirurgie laparoscopique. Pour notre prototype, nous noussommes intéressés à la technique de l’appendicectomie par laparoscopie. Les différents élé-ments liés à cette technique sont décrits ci-dessous [1] :

• équipe : l’équipe pour effectuer l’opération est constituée d’un chirurgien, de son assis-tant et d’un instrumentiste. Le chirurgien doit se positionner de façon à ce que son axede vision et le moniteur (de la colonne laparoscopique 1.1) soient sur la même ligne

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Chapitre 1. Revue de littérature 1.1. L’appendicectomie laparoscopique

• placement des trocarts : Les trocarts sont utilisés pour faire passer l’endoscope et cer-tains instruments afin d’effectuer l’opération. A cet effet trois trocarts sont placés enformation triangulaire comme le montre la figure 1.3 ; il s’agit d’un trocart optique etde deux trocarts opérateurs . Le trocart optique de 10/11mm est souvent placé à la po-sition sus-ombilicale, les deux trocarts opérateurs sont espacés de 8 à 10 cm minimum,l’un des trocart est placé en position sus-pubienne médiane et l’autre en position fosseiliaque gauche.

FIGURE 1.3 – Position des trocart [1]

• création du pneumopéritoine et mise en place du premier trocart (trocart optique) :La création du pneumopéritoine et la mise en place du premier trocart sont considé-rées comme les étapes les plus importantes de la chirurgie laparoscopique, la créationdu pneumopéritoine consiste à insuffler du gaz carbonique dans la cavité péritonéalepour créer une distension (environ 15cm entre la paroi abdominale et les viscères).Plusieurs techniques existent pour la création du pneumopéritoine, elle peut se faireaprès une ponction abdominale avec une aiguille de VERES ou également par la miseen place d’un trocart par open laparoscopie. La technique utilisée dans le présent pro-

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Chapitre 1. Revue de littérature 1.1. L’appendicectomie laparoscopique

jet est celle de l’open laparoscopie. Ainsi pour la création du pneumopéritoine, unepetite incision est faite sur le bord supérieur de l’ombilic, le tissu sous-cutané est alorsincisé pour atteindre l’aponévrose, une dernière incision de 10mm est ensuite effectuéesur l’aponévrose, pour confirmer l’entrée réussie on introduit un ciseau Metzembaumdans la cavité abdominale. Après confirmation, le premier trocart (optique) peut êtreintroduit. Muni d’un obturateur mousse, le trocart est passé au centre de la bourse.Un contrôle visuel est systématiquement fait avant l’insufflation. Une fois le trocart enplace l’insufflation peut être effectuée à haut débit ;

• mise en place de la caméra et exploration : après insufflation, un appareil (mini-caméra+ lampe de forte intensité) de quelques millimètres est introduit dans l’abdomen à tra-vers le trocart de l’optique. Les images de l’intérieur de la cavité abdominale sont alorstransmises sur un écran et visible par le chirurgien et les assistants. L’exploration com-mence par la recherche de l’appendice et l’évaluation de son état inflammatoire son butest de confirmer ou infirmer le diagnostic de l’appendicite. Un deuxième trocart est misen place sous contrôle visuel, un palpateur atraumatique introduit par ce trocart per-met le déplacement du tube digestif pour la recherche d’un appendice pathologique.Après confirmation du diagnostic, l’exploration abdominale complémentaire se limiteà la recherche de collections purulentes ;

• l’appendicectomie proprement dite : la présentation de l’appendice et de son meso estle premier temps de l’appendicectomie, à l’aide d’une pince atraumatique l’appendiceest saisi, ensuite une surélévation de la partie distale de l’appendice à l’aide d’unepince atraumatique permet l’exposition du méso-appendice ;

Le contrôle du méso-appendice constitue le second temps de l’appendicectomie ; untroisième trocart est mis en place dans la région sus pubienne droite réalisant une tri-angulation avec les deux autres trocarts. La pince introduite dans le second trocart estutilisée pour saisir l’extrémité de l’appendice tandis que par le troisième trocart unepince ou un ciseau coagulateur est introduit pour sectionner le méso le long de l’ap-pendice. Une ligature de l’appendice est effectuée par un nœud extra extra-corporelà l’aide d’une pousse nœud. Une deuxième ligature est placée à 10 mm au-dessus dela précédente et la section de l’appendice réalisée entre les deux à l’aide de ciseauxintroduits dans le troisième trocart ;

• extraction : l’objectif ici est d’éviter tout contact entre l’appendice affecté et la paroiabdominale, l’appendice est retiré par l’intérieur du trocart 10/11mm ou d’un tuberéducteur passant par ce même trocart. L’appendice est ensuite placé dans un doigtde gant chirurgical ou un sac d’extraction le tout étant extrait après l’enlèvement dutrocart de 10/11mm;

• fermeture : les trocarts sont retirés un à un sous contrôle visuel, le plan musculo-aponévrotique n’est refermé qu’au niveau des orifices de 10/11mm. Le plan cutanéest classiquement refermé par agrafes ou fil. L’ouverture créée par le trocart de 10 mmest fermée par suture avec un fil à résorption lente au niveau de l’aponévrose dans

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Chapitre 1. Revue de littérature 1.2. Le concept de la réalité virtuelle (RV)

un premier temps et sur le plan cutané fermé également par suture ou applicationd’agrafes ; tandis que les ouvertures créées par les trocarts de 5mm (les trocarts opéra-teurs) subissent juste une fermeture cutanée par suture ou application d’agrafes.

1.2 Le concept de la réalité virtuelle (RV)

1.2.1 Généralités

La réalité virtuelle encore appelée réalité simulée par ordinateur est une technologie quipermet de plonger une personne dans un monde virtuel créé par des logiciels, elle créé unenvironnement avec lequel l’utilisateur peut interagir. La réalité virtuelle peut ainsi per-mettre des expériences dans un milieu totalement virtuel tout en reproduisant certains sensde l’homme à savoir la vue, le toucher, l’ouïe et bientôt l’odorat. Ces dernières années cettetechnologie a connu une grande démocratisation grâce à la multiplication des concepteursde casque VR et aussi les smartphones disposant d’un certains nombres de capteurs permet-tant l’accès au minimum proposé par certains casques autonomes.Cette technologie n’est pas très nouvelle car le concept de réalité virtuelle a été attribué lapremière fois en 1957 à la «sensorama» qui était une machine conçue pour immerger d’avan-tage les spectateurs de cinéma et révolutionner ainsi l’expérience cinématographique. Au-jourd’hui plusieurs applications sont disponibles pour des expériences en réalité virtuelledans divers secteurs tels que le divertissement, l’éducation, la médecine.La réalité virtuelle n’est pas à confondre avec la réalité augmentée qui est une technologiepermettant l’ajout de contenu virtuel au monde réel ; ou encore avec la réalité mixte qui trèsproche de la réalité augmentée et qui permet non seulement l’ajout de contenu virtuel à unenvironnement existant mais aussi l’interaction avec les éléments virtuels.

1.2.2 Application de la Réalité Virtuelle [Virtual Reality (VR)]

La VR[9] est aujourd’hui utilisée dans plusieurs domaines de la vie. Les principaux do-maines d’application de cette technologie sont :

• l’architecture : Dans le domaine de l’architecture la réalité virtuelle modifie progres-sivement la manière dont les architectes conçoivent leur travail. Elle permet de voirà quoi ressemblera une maison sur un espace donné, pour le propriétaire de maisonou les clients désirant construire des maisons elle permet de visiter la maison nonconstruite dans le but de gagner en temps en argent tout en augmentant la satisfactiondu client à la fin de la construction. Dans ce domaine nous pouvons citer des applica-tions existantes telles que Revit Live de Autodesk [url20] ;

• le divertissement : le divertissement est le domaine utilisant le plus la VR. Les jeux enVR sont les applications VR les plus développées aujourd’hui. Elle offre une nouvelledimension au gaming et propose un monde immersif à 360 degrés et en 3D que ne

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Chapitre 1. Revue de littérature 1.2. Le concept de la réalité virtuelle (RV)

permettent pas les jeux-vidéo classiques. Comme jeux en VR existants nous pouvonsciter blood and truth [url8] développé par SIE London Studio, Arizona Sunshine [url4]développé par Vertigo Games, Proton Pulse et "End Space VR" qui sont tous deuxdisponibles sur Android ;

• l’éducation : la réalité virtuelle pourrait révolutionner l’éducation[2] en permettant auxétudiants d’apprendre de manière immersive et expérientielle, de plus cette capacitéde la VR à représenter n’importe quelle expérience peut bien aider à créer une écolevirtuelle, dans laquelle les apprenants peuvent se retrouver peu importe la distanceles séparant. Elle remplacerait les manuels scolaires par des expériences éducativesinteractives, dans les domaines tels que l’histoire, la géographie, la science physique etaussi la SVT. Nombreuses sont les applications en VR déjà disponibles dans ce secteur,il s’agit de "Titans of Space"[url21] (disponible sur mobile), "In mind VR"[url13] ;

• la médecine : dans le secteur médical la réalité virtuelle[10, url3] a fait ses apports aussibien pour les médecins que pour les patients. Plusieurs types d’applications VR sontpopulaires dans le secteur de la médecine. Il s’agit :

– des jeux conçus pour aider les patients à soulager une douleur ou servant à uneréadaptation rapide. Les applications en RV ont remplacé avec succès des médi-caments lourds pour soulager la douleur dans certains cas médicaux comme lessoins des plaies ; [url3] la figure 1.4 montre un patient utilisant la technologie dela VR pendant qu’il reçoit son traitement,

FIGURE 1.4 – Patient utilisant la VR pendant le traitement de brûlures [5]

"Snow World"[url24] est l’une de ces applications. Développée à l’université deWastington snow world aide les victimes de brûlure à surmonter des douleursextrêmes de ce fait que l’application réduit la concentration du cerveau sur ladouleur en immergeant le patient dans un monde enneigé dans lequel ce derniermarque des points en lançant des boules de neige ; la technologie est actuellementutilisée par le Harborview Burn Center[url19], le Shriners Children’s Burn Center,ainsi que par plusieurs autres centres de traitement des brûlés et laboratoires derecherche spécialisés dans les brûlés. De nombreuses études ont montré que ceproduit atténuait considérablement les niveaux de douleur [5] ;

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Chapitre 1. Revue de littérature 1.2. Le concept de la réalité virtuelle (RV)

– de l’utilisation de la capacité d’immersion de la VR pour le traitement des troublespsychologiques. Dans le cas d’un stress post-traumatique, la thérapie d’exposi-tion est une technique souvent utilisée par les thérapeutes pour désensibiliserle patient. Le traitement consiste à revivre graduellement et de manière répétéel’évènement dans l’imaginaire sous les soins d’un clinicien. L’un des défis liés àce traitement est l’efficacité du patient à pouvoir imaginer son expérience trau-matique. La VR de par l’immersion vient résoudre ce grand problème, commeapplications inscrit dans ce contexte on peut citer BraveMind un outil de théra-pie d’exposition visant à traiter le stress post-traumatique, le patient face à sonthérapeute doit faire face à son expérience traumatisante avec l’aide du casqueVR;

– des simulateurs de chirurgie pour la formation et l’enseignement en médecine :L’apprentissage des gestes chirurgicaux est difficile et requiert un entraînementafin de mémoriser la procédure et assurer les gestes. Le praticien doit être assezentraîné et sûr avant de passer sur le patient. La réalité virtuelle est un outil for-midable pour la maîtrise de ces gestes. Les applications et outils de simulationsde chirurgie en VR les plus utilisées sont : Lap Mentor, Vtopia Surgical qui estun simulateur en réalité virtuelle pour les chirurgiens et permet de réaliser desopérations chirurgicales en réalité virtuelle grâce à un casque HTC et des gantsManus.

La réalité virtuelle est également utilisée dans plusieurs autres secteurs comme le tourisme,la communication.

1.2.3 Outil de la VR

Pour concevoir une application en réalité virtuelle il faut disposer d’un casque de réalité vir-tuelle. Le casque est l’un des éléments clés qui joue énormément sur l’expérience de l’utilisa-teur. Il est utilisé pour immerger l’utilisateur dans le monde virtuel préalablement modéliséet intégré dans l’application VR. Plus le casque est performant plus l’expérience utilisateurest meilleure. Il y a cependant plusieurs types de casques. On peut citer :

• les casques connectés avec une console de jeux vidéos (Playstation 4, xbox one) ou PCce sont les plus performants et aussi les plus chers ;

• les casques autonomes disposant de leur propre système d’exploitation ;

• les casques utilisant un smartphone qui sont les moins chers et qui ne proposent pastoujours une meilleure expérience niveau graphisme et interaction avec le monde vir-tuel aussi. Le smartphone utilisé doit disposer d’un minimum de capteurs et respectercertains critères pour pouvoir faire tourner l’application VR. Toutefois il existe des ap-plications sur Google Play Store pour vérifier si votre smartphone est compatible ounon avec la VR.

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Chapitre 1. Revue de littérature 1.2. Le concept de la réalité virtuelle (RV)

Le choix du casque dépend donc de la plate-forme pour laquelle l’on veut concevoir l’appli-cation. L’application en elle-même est essentiellement constitué de modèles 3D représentantle monde virtuel dans lequel l’utilisateur sera immergé ; plusieurs outils de modélisation3D sont disponibles pour la création de l’environnement virtuel. Il s’agit des logiciels opensource comme :

• Blender[url7] : Blender programmé en c++ et python est un logiciel libre et gratuitde modélisation, d’animation par ordinateur et de rendu en 3D, créé en 1995. Il estactuellement développé par la fondation Blender. Il propose des fonctions avancéesde modélisation, d’animation 3D, et de rendu. Il est disponible sur plusieurs systèmesd’exploitation dont Microsoft Windows, Mac OS, Solaris, etc.

et des outils propriétaires comme :

• Maya[url6] : est un logiciel commercial réputé pour les images de synthèse, développépar la société Alias Systems Corporation. Il est fortement utilisé par l’industrie ducinéma[7]. Il a été utilisé en partie pour la production de célèbres films comme Avatar(2009) de James Cameron, Transformers franchise de la société de production Dream-works picture, Frozen (la reine des neige) de Disney ;

• 3d max[url5] : est également un logiciel de modélisation et d’animation 3D, développépar la société Autodesk. Avec Maya et Blender, il est l’un des logiciels de référence dansle domaine de l’infographie 3D. Plusieurs studios ou sociétés de production utilisentle logiciel pour la création d’environnement de jeu ou pour des films. Le logiciel à étéutilisé pour la production des films comme x-men, the mommy, matrix reloaded etbien d’autres ;

• Cinema4D[url10] : CINEMA 4D est un logiciel de modélisation et d’animation 3D dé-veloppé par la société allemande Maxon ; une entreprise du groupe allemand Nemet-schek [url12]. C’est un outil permettant la modélisation, le texturage, l’animation et lerendu d’objets 3D. Jusqu’en 1991, le logiciel s’appelait FastRay, pour ensuite devenirCINEMA 4D. Il a été également utilisé pour la production d’un nombre important defilm populaire comme Spideman 3, Doom, Tron legacy, Fast and Furious 7 ;

un moteur de jeu est ensuite utilisé pour implémenter les interactions entre l’utilisateuret le monde virtuel et également pour implémenter les algorithmes de détection des mou-vements de l’utilisateur, cependant certains outils, librairies, API et SDK sont spécialementconçus pour faciliter l’intégration de certaines fonctionnalités de la VR comme l’immersionde l’utilisateur et la détection des mouvements. Il s’agit des outils comme :

• Google VR (SDK)[url22] : développé par Google, c’est un ensemble d’outils destinésaux développeurs d’applications en VR principalement sur Android. L’outil est dispo-nible et téléchargeable sur le site de Google et peut être utiliser avec Android Studio,Unity 3D et Unreal Engine.

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Chapitre 1. Revue de littérature 1.3. État de l’art

• OpenVR (SDK)[url16] : développé par Valve est un ensemble d’outil pour la prise encharge de steamVR . La plate-forme SteamVR l’utilise comme interface de programma-tion d’application (API) par défaut et à l’exécution. Il sert d’interface entre le matérielet le logiciel VR et est mis en œuvre par SteamVR.

• Oculus SDK[url15] : Développé par Oculus VR qui appartient à Facebook, est égale-ment un ensemble d’outils pour le développement d’application VR.

1.3 État de l’art

1.3.1 Présentation des solutions existantes

Il existe plusieurs solutions pour la formation médicale par simulation en réalité virtuelle. Ils’agit de :

• Lap mentor[11] : le simulateur LAP Mentor, à la pointe de la technologie, proposela plus vaste gamme de formations pratiques en laparoscopie disponibles dans plu-sieurs disciplines. Le stagiaire pratiquant utilisant le simulateur LAP Mentor porte uncasque VR et est complètement immergé dans un environnement de salle d’opérationcomprenant une équipe de salle d’opération virtuelle, un patient, du matériel et desdistractions sonores réelles, comme le montre la figure 1.5 .

FIGURE 1.5 – Personne utilisant un LAP Mentor [11]

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Chapitre 1. Revue de littérature 1.3. État de l’art

LapMentor est un simulateur assisté par ordinateur haute fidélité offrant un programmede formation en laparoscopie comprenant des compétences de base, des tâches de pro-cédure et des procédures complètes (comme la cholécystectomie laparoscopique). À lafin d’une tâche ou d’une procédure, le simulateur fournit au stagiaire un retour immé-diat avec des mesures du temps, du taux de précision, de l’efficacité du mouvement etdes paramètres de sécurité affichés à l’écran. Bien que toutes ces fonctionnalités soienttrès attrayantes, LapMentor coûte plus de 100 000 dollars et n’est donc pas accessibleà tous[url2].

• Vtopia Surgical[url26] : développé par 3Prime Vtopia Surgical est un simulateur enréalité virtuelle pour la formation des chirurgiens. Cette solution d’apprentissage per-met de réaliser des opérations chirurgicales en toute sécurité grâce à la VR. Vtopiasurgical est un simulateur très réaliste. Il a également un mode coopératif pour repro-duire un travail d’équipe en salle de bloc opératoire. Le simulateur en réalité virtuelleVtopia Surgical place le praticien dans un environnement similaire à celui d’un blocopératoire après que celui-ci ait chaussé un casque de réalité virtuelle(1.6) HTC Vive.

FIGURE 1.6 – Représentation de l’immersion d’un utilisateur dans Vtopia Surgical [8]

• ACADICUS[url1] : développé par Arch Virtual ACADICUS est plus qu’une simpleapplication de simulation en VR, c’est une plateforme VR qui permet non seulementd’accéder aux expériences médicale déjà disponibles mais également de pouvoir créerfacilement ses propres expériences en VR.

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Chapitre 1. Revue de littérature 1.3. État de l’art

FIGURE 1.7 – Exemple d’expérience VR réalisée avec ACADICUS [3]

La figure 1.7 est la capture d’une expérience réalisée avec ACADICUS

1.3.2 Intérêt de la solution par rapport aux existantes

Les solutions étudiées sont d’une grande utilité dans le domaine médicale plus précisémenten chirurgie. Elles ont toutes pour but d’aider les apprenants à s’exercer, à améliorer leursconnaissances à travers des séances d’activités pratiques dans un environnement virtuel.Cependant la première solution étudiée c’est à dire le Lapmentor n’est pas conçu pour êtrefacilement transportable ; ce qui ne permet plus à l’utilisateur de jouir de ses expériencesou de s’exercer en plein temps, le caractère non portable du Lapmentor est loin d’être sonplus grand défaut, son prix est estimé à plus de 100000 dollars soit l’équivalent de 59 826 000de Francs CFA et n’est donc pas accessible à tout le monde ou à toutes les institutions. Lesdeux autres solutions étudiées satisfont au critère portable mais la première, uniquementprévu sur HTC vive n’est pas encore disponible sur le marché et nécessitera donc un PC as-sez performant (respectant le minimum pour supporter la technologie de Réalité Virtuelle).Il faut noter que les casques HTC vives malgré leurs performances remarquables se dis-tinguent aussi par leur prix qui varient de 400 dollars à 900 dollars. En plus l’utilisateurdoit également disposer d’un PC assez compatible avec la VR qui coûterait au minimum 2000 euros pour une expérience optimale. Profiter des expériences avec vtopia surgical re-vient donc à prévoir au minimum près de 3000 euros et cela sans tenir compte du fait quela solution(vtopia surgical) est payante ou non. La dernière solution étudiée (ACADICUS)n’est pas seulement destinée à l’apprentissage mais également à la création des expériencesen VR. Elle permet de personnaliser les expériences et aussi d’accéder aux expériences déjà

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Chapitre 1. Revue de littérature 1.3. État de l’art

disponibles. Elle est disponible uniquement sur les casques Oculus Rift. Même si la plate-forme propose une version d’essai gratuite, aucun pays Africains (à ce jour) ne figure dans leformulaire à remplir pour en bénéficier. La plateforme propose également une licence Aca-dicus Pro Space avec un abonnement de 10000 dollars par an, et une licence All InclusivePackage pour abonnement de 67 000 dollar par an.

Avec le système que nous proposons dans ce travail, l’étudiant n’aura besoin que d’unsmartphone compatible avec la VR et d’un casque pour smartphone pour profiter des ex-périences qui seront proposées. Ceci assure donc l’accessibilité de la solution à un très largepublic.

Conclusion

Plusieurs travaux ont été effectués concernant la simulation médicale en VR. Ces travauxont permis par la suite à la création de diverses solutions dans le secteur médicale pour lestravaux pratiques. Cependant, à notre connaissance, il n’existe pas de solution disponiblesur smartphone et qui soit accessible à la majorité des étudiants en médecine. Pour le présenttravail, nous souhaitons rendre disponible une solution sur smartphone afin qu’elle puisseêtre plus accessible qu’aux solutions existantes. Le chapitre suivant présentera notre solutionà travers sa conception et les différents outils utilisés pour sa réalisation.

17

Chapitre 2Conception et Choix techniques

Introduction

Pour réaliser une application ; il est nécessaire de formaliser les étapes préliminaires de sondéveloppement afin de rendre celle-ci plus fidèle aux besoins du client. Le présent chapitreprésente les différentes phases de modélisation de la solution proposée ainsi que les diffé-rents outils et technologies utilisés pour sa réalisation.

2.1 Analyse et conception

2.1.1 Analyse des besoins

Besoins fonctionnels

Les besoins fonctionnels sont les fonctionnalités du système, ils représentent le besoin pri-maire de l’utilisateur. Ainsi, à travers la solution l’utilisateur aura la possibilité :

• de pouvoir vivre et pratiquer des expériences médicales en réalité virtuelle ;

• de prendre connaissance des outils, matériels ou équipements utilisés dans le secteurmédicale ;

• d’être assisté par un assistant vocal et visuel lors de chaque expérience ;

• de pouvoir interagir avec l’environnement : c’est à dire avoir la possibilité de sélection-ner les outils disponibles, voir leur description, aussi pouvoir donner des instructionsaux personnages présents dans les expériences (par exemple l’instrumentiste).

18

Chapitre 2. Conception et Choix techniques 2.1. Analyse et conception

Besoins non fonctionnels

Les besoins non fonctionnels sont les besoins qui caractérisent le système. Ce sont des be-soins en matière de performance, de type de matériel. Les besoins non fonctionnels de lasolution peuvent être énumérés comme suit :

• une bonne qualité audio ;

• des expériences faciles et intuitives ;

• un code extensible et maintenable ;

• des interfaces attirantes et sympathiques.

2.1.2 Conception

2.1.2.1 Conception graphique

La solution reposant essentiellement sur la simulation des expériences médicales, il est alorsprimordial de mettre en place un environnement idéal qui répond aux exigences des envi-ronnements existant dans le domaine de la médecine. Cette phase présente donc l’environ-nement modélisé et la disposition des outils et personnages qui le constituent. En effet, pourla modélisation de l’environnement, nous nous sommes basés sur l’architecture des envi-ronnements déjà existants dans le secteur médical, plus précisément les salles d’opérationidéales pour la pratique d’une opération chirurgicale en laparoscopie.

La figure 2.1 présente le croquis utilisé pour modéliser l’environnement à utiliser pour lasimulation de l’opération de l’appendicectomie par laparoscopie.

FIGURE 2.1 – Croquis salle d’opération : disposition du personnel et des équipements

19

Chapitre 2. Conception et Choix techniques 2.1. Analyse et conception

2.1.2.2 Conception technique

La conception technique encore appelée modélisation permet d’anticiper les résultats ducodage en apportant plus de détails sur le fonctionnement du système afin de faciliter lecodage. Pour cette phase nous avons opté pour le langage de modélisation UML [4] ; quiest un langage visuel constitué d’un ensemble de schémas, appelés des diagrammes, quidonnent chacun une vision différente du projet à traiter. Pour le présent travail nous avonsopté pour deux (02) diagrammes : le diagramme de cas d’utilisation et un diagramme deséquence présentant un cas d’utilisation.

Diagramme de cas d’utilisation Le diagramme de cas d’utilisation 2.2 décrit le fonction-nement du système. Il décrit alors ce que les utilisateurs peuvent faire grâce à l’application.

FIGURE 2.2 – Diagramme de cas d’utilisation

Les utilisateurs ont la possibilité de choisir une expérience (pour l’instant, l’expériencedisponible est l’appendicectomie par laparoscopie). Ensuite ils peuvent choisir un rôle àjouer pendant la simulation (Instrumentiste, Assistant ou Chirurgien). Enfin, l’utilisateur

20

Chapitre 2. Conception et Choix techniques 2.1. Analyse et conception

peut simuler l’expérience choisie. Pendant la simulation, l’utilisateur dispose de plusieursfonctionnalités pour interagir avec le système. Il s’agit d’effectuer une rotation, de voir ladescription des outils présents sur la scène, de donner des instructions (demander un ins-trument par exemple).

Diagramme de séquence Le diagramme de séquence a pour rôle de montrer les interac-tions entre le système et les acteurs en suivant un ordre chronologique. La figure 2.3 repré-sente le diagramme de séquence du cas d’utilisation "Choisir une expérience".

21

Chapitre 2. Conception et Choix techniques 2.1. Analyse et conception

FIGURE 2.3 – Diagramme de séquence : choisir une expérience22

Chapitre 2. Conception et Choix techniques 2.2. Choix techniques

2.2 Choix techniques

La réalisation de l’application de simulation en VR a nécessité l’utilisation de plusieurs ou-tils ; on peut les classer en deux catégories , les outils ayant servi à la création de l’environ-nement 3D dont nous pouvons citer les logiciels de modélisation 3D, les logiciels de textureet aussi les outils utilisés pour la simulation proprement dite, il s’agit d’un moteur de jeu,d’un langage de programmation d’un SDK pour la création d’application en VR.

2.2.1 Choix des logiciels de modélisation et d’animation 3D

Autodesk Maya 2018

Maya [url6] est un logiciel de modélisation, d’animation et de rendu 3D développé par lasociété Alias System Corporation. Il est fortement utilisé par l’industrie du cinéma, il estdisponible sous Linux, Mac OS X et également Microsoft Windows. En 2005 la société AliasSystem Corporation a été racheté par Autodesk d’où le nom Autodesk Maya. Maya figureparmi les meilleures logiciels d’animation de modélisation et de rendu du disponible sur lemarché. Il est cependant commercial, mais autorise une version d’essai pour trois (03) moisd’utilisation et également une version pour les étudiants qui s’étend à trois (03) ans d’utilisa-tion. Le logiciel a été utilisé pour créer l’univers de divers films produit par le studios Disneyet d’autres sociétés de production comme Dreamwork pictures. Il est également utilisé pourla création des environnements de jeu vidéo d’où son choix.

FIGURE 2.4 – Modélisation de l’environnement pour la simulation avec Maya

23

Chapitre 2. Conception et Choix techniques 2.2. Choix techniques

Zbrush

Zbrush [url18] est également un logiciel de modélisation 3D utilisant une technologie exclu-sive de «pixels 3D», les pixols. Chaque pixol est défini par sa couleur et par sa profondeur(l’axe Z). Si Maya est un logiciel presque complet de modélisation d’animation et de rendu3D, la spécificité de Zbrush c’est la sculpture 3D; ce qui permet à l’utilisateur de l’utilisercomme complément dans la modélisation polygonale pour affiner et finaliser un modèle 3Den lui ajoutant des détails. Développé par Pixologic sa première version est sortie en 1999, ladernière version au jour de la rédaction du présent document est la version 2019 ; disponiblesous Mac OS et sous Microsoft Windows. Dans ce projet il a été utilisé dans sa version 2018.

Adobe PhotoShop 2018

Photoshop [url17] est un logiciel de retouche de traitement et de dessin assisté par ordina-teur, lancé au départ (1990) par Thomas Knoll sous Mac OS , il est aujourd’hui disponiblesous Microsoft Windows et est à la version 2019. Le logiciel a été utilisé pour la création destextures.

2.2.2 Choix du moteur de Jeu

Unity3D

Unity 3D [url23] est un moteur de jeu multiplateforme développé par Unity Tecnologies. Ilest utilisé pour développer des jeux et des simulations 2D et 3D sur plus d’une vingtaine deplateformes différentes dont nous pouvons citer : Windows, Mac OS, iOS, Android, Playsta-tion 3, Playstation 4 etc. Le logiciel a la particularité d’utiliser un éditeur de script compatiblemono. La première version étant sortie en 2005, le moteur de jeu n’avait pas été conçu poursupporter de la modélisation 3D mais à partir de la version 2018, un outil a été intégré àUnity Probuilder et permet la modélisation en 3D , mais juste de la modélisation basique.Le moteur est proposé sous quatre licences, trois payantes il s’agit de la licence Pro, Entre-prise , Plus, puis une licence totalement gratuite qui est celle utilisée pour la réalisation duprojet : la licence personal. Lors de la rédaction de ce document Unity est à la version 2019.1et la version utilisée pour ce projet est la version 2018. Etant l’un des plus répandus dans ledéveloppement des jeux vidéo au côté de Unreal Engine (son premier concurrent), Frosbite,il supporte le développement des jeux et simulation en Réalité augmentéé, Réalité virtuelleet Réalité Mixte. Depuis sa version 2017 le moteur de jeu ne propose qu’un seul langage deprogrammation : le C Sharp C#.

24

Chapitre 2. Conception et Choix techniques 2.2. Choix techniques

FIGURE 2.5 – Utilisation du moteur Unity3D pour la création de l’experience VR

2.2.3 Choix du langage de programmation

C-Sharp (C#)

Nous avons choisi C# [url9] car depuis sa version 2017, Unity ne propose qu’un seul langagede programmation qui est le C#. Le c# est un langage de programmation orientée objet com-mercialisé par Microsoft depuis 2002. Aussi Unity présente t-il une documentation Offlineet Online de comment créer un jeu avec Unity et C#. La version utilisée dans ce projet est laversion 7 avec l’IDE Visual Studio 2017 de Microsoft.

2.2.4 IDE

Visual Studio Community 2017

Microsoft Visual studio [url25] est un ensemble complet d’outils de développement per-mettant de générer des applications web ASP.NET , des applications bureautiques et desapplications mobiles. Visual studio Community est une version gratuite de l’IDE et sup-porte plus de 5 langages de programmation dont le c# d’où son choix. Si Unity se charge ducôté graphique et des aspects physiques dans la réalisation des jeux vidéo, la mise en placedes différentes méthodes et processus intervenant dans ces jeux est réalisée grâce à cet IDE.La dernière version au jour de la rédaction du présent document est la version 2019 ; celleutilisée pour le projet est la version 2017.

25

Chapitre 2. Conception et Choix techniques 2.2. Choix techniques

2.2.5 Choix du SDK pour la VR

Google-Cardboard SDK

Développé par Google, Google-Cardboard SDK[url22] un ensemble d’outils destinés auxdéveloppeurs d’applications en VR principalement sur Smartphone. Initialement conçu uni-quement pour Android, Google fournit aujourd’hui trois (03) SDK pour développer des ap-plications VR sur Smartphone : un pour le système d’exploitation Android utilisant Java,un pour le moteur de jeu Unity utilisant le c# et un pour le système d’exploitation iOS. LeGoogle Cardboard SDK pour Unity permet donc au développeur de créer des expériencesen réalité virtuelle à partir de rien, adapter une application 3D Unity existante ou de créerune application pouvant basculer entre les modes VR et non-VR.

Conclusion

Dans ce chapitre il a été présenté la solution proposée à travers sa conception et les outilsutilisés pour sa réalisation. Dans le prochain chapitre il sera présenté quelques interfaces del’application.

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Chapitre 3Présentation de l’application et Discussion

Introduction

Après la réalisation de notre solution plusieurs tests ont été effectués afin de vérifier si ellerépond aux besoins du client et si elle respecte les besoins non-fonctionnels prévus. Ce cha-pitre présente quelques interfaces capturées lors des tests effectués sur la solution, et unediscussion autour des insuffisances du présent travail.

3.1 Présentation des interfaces de l’application de simulationmédicale en réalité virtuelle

3.1.1 Choix de l’expérience

L’interface du choix de l’expérience permet à l’utilisateur de choisir une expérience à simu-ler. L’expérience disponible pour le moment est celle de l’appendicectomie comme le montrela figure 3.1.

27

Chapitre 3. Présentation de l’application et Discussion 3.1. Présentation des interfaces de l’application de simulation médicale en réalité virtuelle

FIGURE 3.1 – Choix d’une expérience à simuler

3.1.2 Choix du rôle

Pour effectuer une expérience, l’utilisateur doit choisir un rôle précis. Deux rôles sont dis-ponibles actuellement pour la simulation de l’expérience de l’appendicectomie : il s’agitd’incarner le chirurgien qui se chargera d’effectuer et diriger l’opération ou d’incarner uninstrumentiste qui se chargera de fournir au chirurgien les instruments que ce dernier luidemandera pendant l’opération. Pour cette étape un menu en VR est présenté à l’utilisateurpour lui permettre de choisir un rôle et l’habituer au même moment au principe de la VR.

FIGURE 3.2 – Choix d’un rôle à jouer pendant la simulation

28

Chapitre 3. Présentation de l’application et Discussion 3.1. Présentation des interfaces de l’application de simulation médicale en réalité virtuelle

3.1.3 Interface assistant pendant la simulation

Pendant la simulation, l’utilisateur est guidé par un assistant qui lui indique les étapes et lesraisons de ces étapes lors de l’opération.

FIGURE 3.3 – Assistant pour guider l’utilisateur pendant la simulation

3.1.4 Interface pour sélection et choix d’un instrument

Pour demander (quand le choix du rôle est d’incarner un chirurgien) ou sélectionner (quandon incarne l’instrumentiste) un menu est affiché à l’utilisateur ; puis à l’aide d’une com-mande il sélectionne ou défile les instruments disponibles.

FIGURE 3.4 – Assistant sélection et choix d’un instrument

29

Chapitre 3. Présentation de l’application et Discussion 3.1. Présentation des interfaces de l’application de simulation médicale en réalité virtuelle

3.1.5 Interaction entre l’utilisateur et l’espace virtuel

Pour effectuer une incision, placer un trocart l’utilisateur est assisté par des indications luimontrant la position idéale pour l’action à faire. La figure 3.5 montre un utilisateur voulanteffectuer une incision.

FIGURE 3.5 – utilisateur voulant effectuer une incision

La figure 3.6 est une capture montrant l’utilisateur voulant placer un trocart, la flèchebleue pointant vers le bas représente la position idéale pour placer le trocart.

FIGURE 3.6 – utilisateur voulant placer un trocart

30

Chapitre 3. Présentation de l’application et Discussion 3.2. Discussion

3.2 Discussion

Le prototype de l’application réalisé propose une expérience en appendicectomie par la tech-nique de laparoscopie. Avec cette solution, l’utilisateur à accès à un environnement virtuelqui représente un bloc opératoire disposant d’un ensemble d’outils nécessaires pour uneopération chirurgicale en laparoscopie. Ainsi au cours de la simulation l’utilisateur est ca-pable de maîtriser les différentes techniques utilisées pour effectuer une appendicectomie,ainsi que les outils utilisés et leur rôle.

Cependant la solution développée connaît certaines insuffisances. Nous pouvons citer :

• le niveau de graphisme qui est peu réaliste comparé aux solutions existantes ;

• la non détection des mouvements de la main pendant la simulation, ce qui ne favorisepas toujours la très bonne maîtrise des mouvements et gestes chirurgicaux.

La solution proposée est viable et est beaucoup plus accessible que les solutions exis-tantes à notre connaissance.

3.3 Conclusion

Ce chapitre présente les résultats obtenus à travers quelques interfaces de la solution. Desinsuffisances ont été soulevées et seront utilisées par la suite pour formuler les perspectives.

31

Conclusion

Dans ce travail, nous avons réalisé une application de simulation médicale en réalité vir-tuelle. Le prototype réalisé est un outil d’aide à la pratique de l’appendicectomie par la tech-nique de la laparoscopie. Il a pour but de permettre aux étudiants en médecine de s’exerceret de prendre connaissance des outils, méthodes et techniques utilisées pour effectuer uneopération chirurgicale par la laparoscopie. L’expérience implémentée dispose d’un assistantqui guide l’utilisateur pour la réussite de l’opération.

Des perspectives intéressantes sont envisagées. Le système peut être rendu plus coopé-ratif avec l’intégration d’un mode multi-joueurs. Une autre perspective serait de rendre lasolution personnalisable afin de permettre aux professionnels de la santé et aux enseignantsdans le secteur médicale de pouvoir également mettre en place leur propre expérience.

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