Recherche
Enquête sur le développement de l’embryon
Comme un chercheur post-doctoral, j’ai participé à un projet lié à l’analyse du processus qui décrit le développement de l’embryons. L’idée principale du travail est d’essayer de mieux comprendre comment un cellule fécondé se transforme en un organisme biologique complexe. Pour la recherche, des embryons acsidiens ont été utilisé parce que le processus de développement a une structure simple. La structure de l’embryon dans l’espace a été approximée avec un diagramme de Voronoï pondéré sphérique. Ce modèle décrit la forme de l’embryon avec une précision suffisante, mais il possède un peu de paramètres (cinq paramètres pour une cellule) pour la représenter. Par conséquent, la complexité du système est réduite. Pour illuster le processus de développement, les paramètres de Voronoï ont été combinées dans des trajectoires multidimensionnelles. Les trajectoires ont ensuite été analyser et visualisées en utilisant les méthodes de réduction dimensionnelle. Un réseau neuronal a également été entraîné pour donner une prédiction de la trajectoire d’embryon. Toutefois, les résultats ont montré qu’il est nécessaire de poursuivre l’investigation et l’amélioration du système.
Estimation des conditions aux limites pour améliorer la précision de la simulation
J’ai écrit et soutenu avec succès ma thèse de doctorat. La thèse est une partie de projet HiPerNav, l’idée de qui est créer un système de navigation pour la chirurgie du foie. L’objectif principal de mon travail est estimer des conditions aux limites du tissu hépatique pour améliorer la précision de la simulation. Les conditions aux limites prennent un rôle essentiel dans la capacité prédictive du modèle biomécanique. Cependant, en cas du foie, elles correspondent principalement aux ligaments, aux vaisseaux sanguins et aux organes environnants, dont les propriétés ont une description qui est spécifique au patient et ne peuvent être mesurées de manière fiable. On propose à modéliser les conditions aux limites comme un système masse-ressort non linéaire et à estimer les paramètres.
Tout d’abord, on définie une approximation initiale généralisée. Les positions des ligaments ont récupéré d’un atlas statistique. Pour construire l’atlas, une méthode de cartographie métrique difféomorphique à grande déformation, qui est disponible dans le logiciel Deformetrica, est appliqué à l’ensemble de modèles avec des ligaments segmentés. Les paramètres des ligaments sont calculés en utilisant la loi constitutive disponible dans la littérature et le plugiciel d’optimisation de logiciel FEBio.
La deuxième partie, c’est estimation de paramètres des ressorts basés sur résultats de la modélisation des ligaments. Et ensuite, on corrige l’approximation (le modèle du foie autant que des ligaments présentés comme des ressorts attachés) basée sur les données obtenues par une modalité pendant la chirurgie. L’estimation des paramètres et les corrections sont effectuées en utilisant un filtre Kalman non linéaire, qui est disponible dans le plugiciel Optimus, la partie de logiciel SOFA.
Pour évaluer l’approche proposée, on a réalisé quelques expériences sur des scénarios avec des données synthétiques et réelles. Les résultats montrent une certaine amélioration de la précision de la simulation pour les scénarios avec des conditions aux limites estimées.
Référence de la thèse
Nikolaev S. Identification et caractérisation des conditions aux limites pour des simulations biomécaniques patient-spécifiques, 2021 Mémoire Présentation de soutenance Plugiciel Optimus
Publications
Une liste complète des articles publiés:
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Nikolaev S., Cotin S. Estimation des conditions aux limites pour modélisation du foie patient spécifique pendant la chirurgie augmentée. Journal international de radiologie et de chirurgie assistées par ordinateur, Vol. 15, №. 7, pp. 1107-1115, 2020 Lien de journal Lien d’archive Lien de présentation
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Mendizabal A., Tagliabue E., Hoellinger T., Brunet J.-N., Nikolaev S., Cotin S. Simulation basée sur les données pour la chirurgie augmentée. In: Développement et approches nouvelles en biomécanique et métamatériaux, Chap. 5, pp. 71-96, 2020 Lien de journal Lien d’archive
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Teaniti A., Brunet J.-N., Nikolaev S., Wang C., Edwin B., Cotin S., Elle O.J. Utilisation de la reconstruction stéréo-laparosocpique de la surface du foie pour compenser la déformation du pneumopéritoine par la modélisation biomécanique. 2020 Conference d’humain physiologique virtuel (VPH), pp. 1-2, 2020 Lien d’archive
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Nikolaev S., Peterlik I., Cotin S. Correction stochastique des conditions aux limites pendant la chirurgie hépatique. 2018 Symposium sur la couleur et l’informatique visuelle (CVCS), IEEE, pp. 1-4, 2018 Lien de journal Lien d’archive
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Nikolaev S.N. Mise en oeuvre de l’interaction entre les tissus mous et les corps étrangers en utilisant le modèle modifié de voxel. Journal d’outils informatiques en éducation, №. 3, pp. 28-32, 2013 Lien de journal Lien d’archive(Version anglaise)
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Nikolaev S.N. Système masse-ressort non linéaire pour la modélisation de grandes déformations des tissus mous. Journal scientifique et technique des technologies de l’information, de la mécanique et de l’optique, №. 5 (87), pp. 88-94, 2013 Lien de journal Lien d’archive(Version anglaise)
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Nikolaev S.N. Module de modélisation tridimensionnelle de l’augmentation mammaire en chirurgie. Journal d’outils informatiques en éducation, №. 3, pp. 38-46, 2012 Lien de journal
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Adamskaia I.L, Vishnevskii A.A., Moroz V.Iu., Antipov I.G., Petrov A.G., Nikolaev S.N. Biomodelage avec ordinateur en chirurgie reconstructive du sein. Annales de chirurgie plastique, reconstructive et esthétique, №. 2, pp. 44-48, 2011
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