Adaptation des poitrines au Livermore

2.4.1 Modélisation de la plaque P0 du Livermore

Afin d’adapter les poitrines modélisées au fantôme de Livermore, les contours issus d’un scanner du fantôme ont été utilisés. La plaque P0 a donc été reconstruite en format Nurbs en utilisant les contours de la segmentation, comme illustré sur la Figure 4.6.

146 La reconstruction a été réalisée en lissant légèrement la plaque afin de limiter l’effet « gondolé » induit par la reconstruction.

Figure 4.6. (a) Fantôme de Livermore équipé de la plaque P0, (b) contours issus du scanner de la plaque P0 et (c) plaque P0 reconstruite en format Nurbs.

2.4.2 Fantômes de poitrine adaptés à la plaque P0

Les poitrines ont ensuite été adaptées sur la plaque P0 du Livermore. Tout d’abord, le sein droit a été considéré pour l’adaptation, le sein gauche de la poitrine étant modélisé par symétrie dans un second temps. De plus, il est important de noter que le volume et la forme (galbée ou étalée) doivent être respectés lors du processus d’adaptation. L’écart maximal toléré pour le volume est de 5% par rapport au volume de référence.

Après un processus d’essai-erreur, un protocole de modélisation progressif a été établi. Comme illustré sur la Figure 4.7, plusieurs étapes ont été nécessaires pour adapter le sein au Livermore. Les six grandes étapes sont les suivantes :

- (1) le placement du sein sur le fantôme Livermore : le fantôme possédant une cage thoracique, les côtes ont été extraites sur le scanner du Livermore, afin de permettre de placer correctement le sein sur la plaque P0. Le sein se situe entre la côte n°1 et la côte n°5. Le point de symétrie pour la reconstruction du sein gauche par rapport au sein droit est situé au centre du sternum.

- (2) l’empreinte du sein sur P0 : le volume du sein est grossi de 20% dans les trois dimensions afin d’obtenir le volume nécessaire à la création de l’empreinte. En effet, en délimitant la plaque P0 avec le volume grossi, une empreinte de la plaque P0 proportionnelle au volume du sein est créée. Cette méthode permet d’extraire uniquement la surface nécessaire et d’assurer un ajustement parfait du fantôme sur le Livermore.

- (3) la réalisation du volume « haut » du sein : le volume « haut » du sein est modélisé en coupant le volume de référence. Pour ce faire, le sein et l’empreinte sont déplacés suivant la normale à la surface passant par le centre de gravité du volume de référence. Le volume « haut » du sein est obtenu en utilisant les outils de délimitation de surface. Cette étape est cruciale pour garantir le volume du fantôme.

147 - (4) l’ajustement des deux parties : des sections transversales, reliant le volume « haut » et l’empreinte, ont été placées tout autour des fantômes afin de permettre d’ajuster au mieux la courbure naturelle du modèle initial. Ces courbes sont construites en utilisant les points de contrôle tout en s’assurant que l’ajustement entre le volume haut et l’empreinte soit le plus lisse possible afin d’éviter l’effet escalier de la reconstruction.

- (5) la reconstruction : la reconstruction de la surface entre le volume « haut » et l’empreinte est réalisée en utilisant le mode balayage sur deux rails. Les sections transversales construites précédemment permettent d’affiner la reconstruction du modèle.

- (6) l’union : les trois surfaces (volume « haut », surface latérale et empreinte) sont unies pour obtenir la polysurface finale correspondant au sein droit du modèle reconstruit. Le volume doit correspondre au cahier des charges, avec une tolérance de 5%. Si celui-ci n’est pas respecté, les étapes 2 à 6 sont reconduites autant de fois que nécessaire.

148 Les trois fantômes de poitrines galbées ont été modélisés en suivant ce protocole. Le Tableau 4.7 donne les volumes finaux obtenus, ainsi que la différence observée par rapport au volume de référence. Les deux fantômes étalés n’ont pas pu être développés par manque de temps. Les fantômes développés ont été convertis en format Mesh pour l’impression 3D. Le jeu de fantômes de poitrines galbées a été imprimé en 3D. La Figure 4.8 illustre les fantômes physiques des poitrines 100B, 100C et 100D de forme galbée et leurs adaptatations sur le Livermore.

Tableau 4.7. Volumes des fantômes de poitrine adaptés et différences associées par rapport au volume de référence.

Modèle Volume (cm3) ∆V (%)

100B 399,8 2,0%

100C Galbé 585,8 4,7%

100D Galbé 787,5 0,2%

Figure 4.8. (a) Fantômes de poitrine, de bas en haut, représentant le 100B, 100C et 100D. Illustration de l’adaptation des fantômes de poitrine (b) 100D et (c) 100B sur le Livermore.

2.4.3 Moule industriel

Un matériau équivalant à la poitrine, reproduisant les propriétés d’atténuation et la masse volumique des tissus, devra prochainement être développé. Il sera très certainement incompatible avec le processus d’impression 3D. Afin d’anticiper son utilisation, il est nécessaire de développer un système permettant de l’utiliser pour la création des fantômes. C’est pourquoi, à partir des fantômes adaptés au Livermore, des moules de type industriel (négatif) renfermant le volume mammaire ont été modélisés puis imprimés en 3D.

Tout d’abord, l’équipe du SIMAD a demandé à ce que le conduit de remplissage soit conique et que le diamètre de la partie inférieure du cône soit de 2 cm. En effet, il est nécessaire d’utiliser un conduit suffisamment large afin de permettre l’évacuation de l’air lors du remplissage et ainsi éviter que des bulles se forment à la surface et dans la matière.

149 Ensuite, les dimensions du moule étant limitées par les dimensions de la planche d’impression (294x192x148 mm), les deux seins de la poitrine ne pourront pas être fabriqués dans le même moule. Pour cela, une base de moule carrée avec une hauteur variable selon les modèles a été développée. Par exemple, les dimensions du moule du sein droit de la poitrine 100B sont de 180x180x70 mm.

L’étanchéité a été assurée par quatre conduits de serrage pour des vis de type M10 et un système d’encoches mâles (h=30 mm, r=5 mm) et femelles (h=31 mm, r=5,25 mm), permettant également de garantir le positionnement pendant le moulage et le séchage.

Enfin, la coupure du moule a été réalisée de telle sorte que la plus grosse partie du volume mammaire se retrouve dans la partie haute (65% de la hauteur totale est sur la partie haute pour le 100B par exemple) afin d’assurer un démoulage parfait du fantôme. De nombreux essais ont montré qu’une coupe plus haute, avec une proportion 50%/50% ne permettait pas de démouler le fantôme sans le casser. Ces essais ont été réalisés sur des moules à échelle réduite et qui ont permis de tester à la fois l’étanchéité, le processus de remplissage et de démoulage. La Figure 4.9 illustre l’essai concluant du moule du 100B réduit de 70% par rapport à son volume d’origine.

Suivant cette procédure, les moules industriels ont été modélisés pour tous les fantômes galbés et sont illustrés sur la Figure 4.10.

Figure 4.9. Résultat du test de démoulage du prototype de moule du 100B en échelle réduite. Le test de démoulage a été réalisé avec un matériau à base de gélatine.

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