Transformer la salle d'opération en environnement de réalité mixte : une enquête clinique prospective sur le clip de l'anévrisme cérébral

Transformer la salle d’opération en un environnement de réalité mixte : une étude clinique prospective pour l’occlusion d’anévrismes cérébraux

Le traitement chirurgical des anévrismes cérébraux est un processus extrêmement complexe et délicat dans le domaine de la neurochirurgie. Pour améliorer les résultats chirurgicaux, les chercheurs explorent constamment de nouvelles technologies et méthodes. Ces dernières années, le développement de la réalité mixte (Mixed Reality, MR) a apporté de nouvelles percées dans les salles d’opération (Operating Room, OR). En particulier, lorsqu’ils utilisent des visiocasques (Head-Mounted Display, HMD), les chirurgiens peuvent superposer des images virtuelles 3D sur les structures anatomiques réelles du patient, améliorant ainsi l’intuitivité de la localisation spatiale et des manipulations.

Contexte et objectifs de la recherche

Cette étude vise à évaluer le potentiel d’application d’un nouveau visiocasque de réalité mixte (MR-HMD) dans les interventions d’occlusion d’anévrisme cérébral, en particulier son aide à la localisation spatiale pour les chirurgiens. Les systèmes de navigation chirurgicale classiques dépendent généralement d’écrans 2D, obligeant les chirurgiens à faire la conversion de leurs manipulations manuelles dans un environnement 3D réel, ce qui exige des capacités de perception spatiale élevées. Cependant, la technologie MR, en fournissant des modèles anatomiques spécifiques au patient de manière immersive et holographique, aide les chirurgiens à mieux comprendre les relations anatomiques complexes et les dispositions spatiales. Par conséquent, cette étude explorera les avantages de la technologie de réalité mixte en comparant la navigation MR-HMD à la navigation par moniteur standard.

Source de l’article

Cet article de recherche a été coécrit par Matthias Gmeiner et d’autres, venant respectivement de l’Hôpital Universitaire Kepler, du Département de Médecine de l’Université Johannes Kepler et de Cortexplore GmbH. Il a été publié dans le Journal of Neurosurgery avec une date de publication en ligne du 7 juin 2024.

Méthodologie de recherche

Dispositif expérimental et flux de travail

Cette étude a pour la première fois appliqué une nouvelle technologie de navigation multi-caméras dans l’environnement de la salle d’opération, comparant la navigation MR-HMD et la navigation par moniteur standard. Les sujets étaient 14 patients atteints d’anévrismes cérébraux moyens non rompus. Dans ce processus, l’équipe de recherche a conçu cinq conditions de navigation visuelle différentes pour évaluer l’intuitivité et l’efficacité des outils chirurgicaux.

1. Planification chirurgicale : Utilisation de données d’imagerie multimodales (CT, IRM et angiographie numérique soustractive, DSA) pour la planification chirurgicale. Le logiciel Cortexplore Med a été utilisé pour importer, formater et fusionner les données d’imagerie du patient, générant ainsi un modèle numérique 3D comprenant les vaisseaux, le cerveau, le crâne et la peau.

2. Navigation neuronavigateur peropératoire : Dix caméras infrarouges ont été installées dans la salle d’opération pour surveiller la scène chirurgicale. Ces caméras émettent et captent la lumière infrarouge, déterminant la position et l’orientation des outils grâce à des marqueurs réfléchissants sphériques fixés sur les outils chirurgicaux. Grâce à cette technologie, les chirurgiens peuvent mettre à jour et visualiser en temps réel la position des outils par rapport au modèle anatomique du patient.

3. Enquête clinique : L’enquête clinique comprenait 14 patients, dont 10 femmes et 4 hommes, avec un âge moyen de 51,3 ans (écart type de 9,1 ans) et une taille d’anévrisme cérébral moyen allant de 3 à 11 mm. L’étude a été menée avec l’approbation du comité d’éthique de l’Université Johannes Kepler et de l’autorité nationale compétente.

Cinq conditions de navigation visuelle

Les cinq conditions de navigation visuelle étaient les suivantes : 1. Navigation sans aide visuelle : les chirurgiens n’utilisaient aucun outil d’aide visuelle (ni écran ni MR-HMD), se fiant entièrement à leurs compétences anatomiques et de localisation spatiale pour aligner le pointeur. 2. Navigation en réalité mixte avec modèles anatomiques virtuels : Utilisation du MR-HMD pour superposer des modèles anatomiques virtuels du cerveau, des vaisseaux sanguins et de l’anévrisme sur le patient, mais sans afficher la trajectoire chirurgicale prédéfinie. 3. Navigation en réalité mixte avec modèles anatomiques virtuels et planification : Identique à la condition 2, mais avec affichage de la trajectoire chirurgicale prédéfinie. 4. Navigation par moniteur : les chirurgiens alignaient le pointeur sur un ordinateur de navigation 2D affichant un modèle anatomique numérique 3D répliqué et la trajectoire chirurgicale prédéfinie. 5. Navigation par moniteurs multiples : Identique à la condition 4, mais affichant les coupes anatomiques et la trajectoire chirurgicale prédéfinie selon trois angles différents (axial, sagittal et coronal).

Résultats expérimentaux

Précision du suivi préopératoire et peropératoire

Deux tests ont été réalisés en laboratoire pour évaluer la précision du système : en utilisant une tige métallique et un modèle de tumeur. Le test avec la tige métallique a révélé une erreur du système de 67±46 microns, démontrant la faisabilité de la technologie de suivi multi-caméras avant l’enquête clinique. De plus, pendant l’intervention, la précision quadratique moyenne (Root Mean Square, RMS) de l’alignement pour tous les patients et segments chirurgicaux était de 0,72±0,19 mm, affichant une bio-précision sub-millimétrique.

Comparaison des différentes stratégies de navigation

Le recalage de l’anévrisme était plus précis et fiable lorsqu’il était assisté visuellement (par MR-HMD ou moniteur), avec des erreurs comprises entre 2,3 et 2,6 mm, contrairement à la condition sans aide visuelle (erreur de 10,5 mm). Plus précisément, lorsque la trajectoire chirurgicale prédéfinie était utilisée (conditions 3 à 5), il y avait un écart angulaire significativement plus faible, conformément à la planification chirurgicale.

Efficacité et intuitivité de la navigation en réalité mixte

Les conditions de navigation en réalité mixte 2 et 3 étaient nettement plus rapides que la navigation par moniteur (conditions 4 et 5). Le temps de navigation moyen en réalité mixte (19,2 secondes) était plus de deux fois plus rapide que la navigation par moniteur, sans différence significative en termes de précision.

Conclusions de l’étude

L’introduction de la technologie de réalité mixte marque un progrès significatif dans le domaine de la neurochirurgie. L’utilisation du MR-HMD rend la localisation spatiale peropératoire plus intuitive et précise, optimisant ainsi le déroulement des interventions complexes.

Cette étude a présenté une nouvelle application combinant un système de navigation multi-caméras et la technologie de réalité mixte, démontrant sa faisabilité et son efficacité dans un environnement clinique. Ses résultats indiquent que cette technologie innovante peut considérablement améliorer la vitesse et l’intuitivité des interventions, tout en maintenant un niveau de précision comparable à la navigation par moniteur traditionnelle. L’intégration de cette technologie devrait encore améliorer la réalisation des interventions neurochirurgicales et les résultats pour les patients.