Amélioration du réalisme des dispositifs médicaux d'apprentissage par la simulation : développement d'une méthodologie et d'un dispositif pour l'entraînement à la pose de voie veineuse périphérique

Improvement of the realism of medical simulation-based training devices : development of a methodology and device for peripheral venous catheter insertion training

• Auteur / Autrice : Kévin Torossian
• Direction : Stéphane Benayoun, Anne-Catherine Brulez, Mélanie Otténio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des Matériaux
• Date : Soutenance le 21/10/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Président / Présidente : Cyril Pailler-Mattei
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Benayoun, Anne-Catherine Brulez, Mélanie Otténio, Nguyen Tran, Emmanuelle Jacquet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Ange Bueno, Benoît Plaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Médecine -- Étude et enseignement -- Simulation, Méthodes de

Veines

Mots clés libres

Simulation médicale

Peau

Veine

Indentation

Perforation

Perception tactile

Propriétés mécaniques

Medical simulation

Skin

Vein

Indentation

Perforation

Tactile perception

Mechanical properties

Résumé

La Haute Autorité de Santé recommande depuis 2012, le développement de simulateurs afin de ne jamais effectuer la première procédure médicale d’un primo-apprenant sur un patient lors de leur formation. Or, le réalisme haptique des simulateurs anthropomorphes reste encore trop éloigné de la réalité. Le travail présenté dans ce manuscrit concerne l’amélioration du réalisme tactile des simulateurs de pose de voie veineuse périphérique.Suite à une revue de la littérature identifiant les données mécaniques manquantes à la validation du simulateur par rapport à un avant-bras humain, une étude clinique a été mise en place pour analyser la biomécanique du geste de pose de cathéter sur la zone antébrachiale. La cinématique du geste du praticien et les efforts de perforation de la peau et de la veine (efforts de rupture et de frottements) ont été obtenus à l’aide d’un dispositif couplant capteurs de force et stéréo-corrélation. Ces résultats permettent de reproduire le geste médical de manière contrôlé mais aussi de valider le comportement des substituts en perforation par rapport aux tissus humains.Parallèlement, une étude sensorielle a été réalisée pour comparer sensoriellement, des prototypes à base de silicone et des simulateurs du commerce, à l’avant-bras d’un panel composé d’étudiants en santé. Pour ce faire, une matériauthèque du toucher, composée de descripteurs tactiles relatifs au geste médical et définis par un panel de praticiens expérimentés, a été développée pour borner et quantifier les sensations du panel. Cette analyse sensorielle nous a permis d’observer que la proéminence de la veine était le descripteur prédominant dans le réalisme des substituts d’avant-bras. Des préférences selon le sexe des participants ont également émergés marquant un besoin d’adapter les propriétés des simulateurs aux différentes catégories de population. Une analyse en composantes principales a ensuite permis d’observer les points forts et faibles des prototypes présentés amenant à une version améliorée du simulateur.Enfin, une étude comparative a été réalisée pour valider mécaniquement le prototype amélioré en regard d’avant-bras humains. Des essais de perforation, d’indentation et de frottements ont montré que le simulateur développé possédait des propriétés mécaniques et tribologiques plus proches des tissus mous superficiels de l’avant-bras humain que les simulateurs utilisés actuellement par les étudiants en santé.

The French National Authority for Health recommended since 2012, the use of medical simulators in order to never conduct students’ first medical procedure on a patient during their training. Yet, the haptic realism of anthropomorphic simulators drift too far from reality. The presented work concerns the enhancement of the haptic realism of peripheral venous catheter insertion (PVCI) simulators.Following a literature review made to find the available mechanical data on human skin and vein useful to validate the design of PVCI simulators, a clinical trial was set up to analyze the biomechanics of PVCI gesture when performed by a nurse on the antebrachial area. The kinematic of the practitioner’s gesture and the puncture loads of skin and veins (rupture and friction loads) were obtained thanks to an experimental setup coupling force sensors and digital image correlation.Simultaneously, a sensory study was realized to sensiorally compare silicone-based prototypes and commercially available simulators with the forearms of a panel composed of healthcare students. To this end, a tactile material library composed of tactile descriptors related to PVCI was designed to confine and objectively quantify the sensation of the panel. The descriptors were obtained via an online survey sent to experimented practitioners who performed PVCI on a regular basis. We observed that vein prominence was the predominant descriptor in the realism of forearm substitutes. Preferences according to participants’ gender arose highlighting the need to adapt the mechanical and tribological properties of PVCI simulators to different categories of population. Principal component analysis was subsequently used to analyze the strengths and weaknesses of the presented prototypes resulting in the design of an enhanced prototype.Finally, a comparative study was carried out to mechanically assess the enhanced prototype in regard to human forearms. Results regarding puncture, indentation and friction tests showed that the developed simulator possessed mechanical and tribological properties closer to human skin and vein than venipuncture simulators currently used by healthcare students.