Recherche appliquée

 

 

Des simulations pilotées par des données pour une chirurgie assistée par ordinateur

avec Stéphane Bordas

À l’origine ingénieur civil, Stéphane Bordas, responsable de la priorité de recherche Computational Sciences à l’Université du Luxembourg, a exploité le domaine de la mécanique numérique à travers des applications pour l’ingénierie aérospatiale et la bio-ingénierie.

L’un des objectifs centraux du groupe de recherche de Stéphane Bordas est d’enrichir des modèles informatiques (antérieurs) avec des données « real time » acquises pendant l’opération du système (postérieures). Être en mesure de tirer parti de ces données (postérieures) est fondamental pour la simulation d’opérations chirurgicales où il est éthiquement impossible d’effectuer des expériences in vivo sur les patients et, par conséquent, le comportement réel des tissus humains ne peut être déduit lors de l’opération qu’une fois ceux-ci extraits. Depuis 2008, le Français se concentre sur le développement de méthodes pour la simulation d’interventions chirurgicales, en particulier celles impliquant la coupure, la déchirure et l’insertion d’aiguille.

Stéphane Bordas est professeur à l’unité de recherche en ingénierie à l’Université du Luxembourg. Il dirige l’équipe Legato, qui « construit des plates-formes intuitives et interactives pour les problèmes de la mécanique numérique qui permettent aux utilisateurs d’interagir avec leurs modèles et donc acquérir une meilleure compréhension des phénomènes, non conventionnelle et contre-intuitive. » Lui et son équipe travaillent de concert avec l’Université de Cardiff, l'Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (INRIA) à Lille et Strasbourg ainsi qu’avec l’University of Western Australia et le Prof. Karol Miller. Le but ultime est de donner aux chirurgiens la possibilité de planifier des interventions complexes et de leur fournir une meilleure qualité d’informations pour les guider pendant la chirurgie.

Plus précis et plus réaliste que les méthodes conventionnelles

Stéphane Bordas est tombé accidentellement dans la simulation chirurgicale après sa rencontre avec un neurochirurgien en 2006. Il a ensuite réalisé que la mécanique numérique pourrait être fortement complémentaire à la recherche informatique qui avait été faite dans ce domaine. En effet, comme pendant sa formation, « un chirurgien apprend classiquement par des collègues qu’il regarde faire ou par des exercices pratiques sur du tissu artificiel ou sur des cadavres. Contrairement à ces approches, les simulations chirurgicales sur ordinateur que nous avons développées ont le potentiel de fournir une mesure claire de précision et d’incertitude et donc de maximiser le niveau de précision pour une donnée calculée informatiquement. »

Soutien de plusieurs subventions de recherche

Outre les fonds de la « Royal Academy of Engineering » (Britannique) et le « Leverhulme Trust », Stéphane Bordas a également reçu, en 2012, 1,35 million d'euros du ERC Starting Grant pour développer des simulateurs « real time » de la coupure de tissu « soft » relatif à la formation chirurgicale. Le Consolidator Project du Conseil Européen de la Recherche (ERC) est actuellement en cours d’évaluation. Le défi avec inCERT est de rapprocher la simulation et l’assistance chirurgicale aux spécificités du patient. Si cela était possible, selon Stéphane Bordas, la simulation pourrait être, non seulement utilisée pour la formation, mais aussi pendant la chirurgie. « Alors que l’utilisation de données génériques et les organes sont suffisants pour les besoins de formation, les interventions réelles exigent des données spécifiques au patient. » Voilà pourquoi le nouveau projet vise à l’apprendre à intégrer un maximum des données recueillies lors de l’opération afin d’enrichir les données, la connaissances et les hypothèses disponibles a priori – avant que l’opération commence. Les chirurgiens pourraient alors être aidés par des mécanismes d’alerte pour éviter les erreurs et ces systèmes de modélisation pourraient être utilisés pour conduire et diriger la chirurgie assistée par robot.

 

La technologie laser, la robotique et le Lean Management

avec Peter Plapper

Peter Plapper a planifié la production d’usines d’automobiles dans le monde entier. Aujourd’hui, il transmet ses connaissances dans le laboratoire de l’Université du Luxembourg aux futurs ingénieurs. Ses questions fondamentales portent sur les robots d’assemblage, le lean management et la technologie de laser – et pour une bonne raison. « Les trois domaines sont étroitement liés au quotidien. Dans l’industrie automobile, une grande partie des processus est réalisée avec des lasers, comme par exemple le soudage de ces matériaux. Nos chaînes de montage sont équipées de robots, et le lean management permet une production plus efficace. En travaillant sur ces thématiques, nous aidons également les entreprises luxembourgeoises à fabriquer de meilleurs produits. »

Frontières fluides entre entreprises et recherche

C’est avec cette approche que Peter Plapper enseigne la « pratique », l’une des pierres angulaires de l’Université du Luxembourg. Cela est particulièrement vrai pour les ingénieurs qui ont aussi l’avantage de trouver des partenaires appropriés pratiquement en face de la porte du laboratoire. « Le Luxembourg a un certain nombre de grandes entreprises dans l’industrie automobile. Ainsi, l’un des deux centres mondiaux d’innovation de Goodyear est situé dans le pays, mais aussi Delphi ou IEE sont chacun leaders dans leur domaine. Toutes ces entreprises travaillent en étroite collaboration avec l’Université, en raison des courtes distances, de manière simple et rapide.»

Les frontières fluides entre les entreprises et la recherche sont ce qui rend le Luxembourg « intéressant » selon Peter Plapper. L’absence de peur du contact des deux côtés a été une force motrice de l’innovation, et en outre logique. « Dans l’ingénierie, la recherche et l’industrie ne peuvent pas être séparées. Les ingénieurs travaillent toujours pour l’industrie. Inversement, les entreprises ne peuvent pas se passer d’innovation. Et celle-ci naît dans les laboratoires. » Selon Peter Plapper, c’est ainsi que le Grand-Duché rend possible l’objectif primordial de la profession d’ingénieur : « améliorer l’existant et provoquer le changement ».

Modifier et améliorer à grande ainsi que petite échelle

Modifier et améliorer. Pour Peter Plapper, ce crédo s’applique à la fois aux grands et petits projets : « La routine avec des processus simples peut avoir de graves conséquences. Et des améliorations peuvent être décisives sur un marché de haute compétition. » Cela est une raison suffisante pour enseigner un cours de Lean Management pendant un semestre sur la façon d’améliorer la production d’une perforatrice – mais ceci est seulement l’un des nombreux aspects des études d’ingénieur à l’Université du Luxembourg. « Dans notre centre de compétence de la technologie laser, nous développons de nouvelles applications pour les lasers en tant qu’outil. Et en plus, nous offrons des cours de Master d’une semaine en robotique. »