Mettre la réalité augmentée au service de la neurochirurgie

  le 25 juillet, 2019

Une feuille de papier et un téléphone intelligent pourraient-ils conduire à des progrès en neurochirurgie? C’est l’espoir d’une équipe basée à l’Université Western, à London, ON.

Mettre la réalité augmentée au service de la neurochirurgie : Modeler la structure et les fonctions du cerveau avant la chirurgie

Il est nécessaire pour les neurochirurgiens d’avoir une grande connaissance de l’anatomie de chacun des cerveaux de leurs patients, ainsi que des habiletés visuo-spatiales avancées pour manipuler les instruments chirurgicaux pendant l’opération. Aujourd’hui, les chirurgiens observent des affichages en 2D d’images d’IRM (imagerie par résonance magnétique). À partir de ces derniers, ils transforment mentalement l’anatomie du patient révélé à l’écran pour la transférer au patient en question (c.-à-d. anatomie 3D). Il s’agit d’une démarche particulièrement difficile pour les nouveaux stagiaires qui pourraient avoir une expérience chirurgicale limitée et des habiletés de raisonnement spatial moins développées. Ainsi, les méthodes actuelles conduisent à des chirurgies plus longues ce qui augmente par conséquent les chances d’erreurs associées à la baisse d’efficacité résultant de la lourde charge cognitive à supporter.

Récemment, une augmentation des interventions chirurgicales assistées par ordinateur a été observée. Cela est en partie dû aux avancements des techniques d’imagerie médicale. Notre groupe de recherches utilise plusieurs techniques d’imagerie médicale (p. ex. imagerie de diffusion pondérée, imagerie de résonance magnétique fonctionnelle) pour recueillir des informations relatives à la structure et aux fonctions du cerveau. Grâce à ces informations, nous créons des modèles 3D des régions du cerveau et de leurs connexions structurelles et fonctionnelles. Cette approche facilite la planification de la trajectoire chirurgicale. Le défi principal auquel sont confrontées les techniques actuelles est le manque de méthodes interactives et de visualisation intuitive à disposition des neurochirurgiens et des stagiaires, les images étant toujours présentées sur des écrans 2D.

Nous développons une application de réalité augmentée qui permettra aux chirurgiens d’accoupler des modèles du cerveau propre à chaque patient, réalisés avec des données réelles prélevées avant l’opération, à la réalité. La réalité augmentée permet à l’utilisateur de voir et d’interagir avec l’objet digital dans le monde réel. Notre application est également légère, en effet, il n’est nécessaire pour la faire fonctionner que d’un appareil mobile et d’un système de localisation visuelle (voir illustrations). Cette application a été conçue et évaluée en gardant le facteur humain à l’esprit. Elle permet de visualiser des structures du cerveau en 3D de façon intuitive et en temps réel et d’interagir avec ces dernières et peut donc ainsi faciliter la formation des neurochirurgiens et la planification des procédures chirurgicales. Nous évaluons quantitativement les progrès réalisés en matière de rendement du point de vue de la rapidité et de la précision. L’application permet aux neurochirurgiens de voir les IRM en 3D et évite ainsi à ces derniers d’avoir à opérer, pour chaque patient, une transformation mentale leur permettant de passer de la 2D à la 3D.

 

Augmented Reality
L’utilisateur voit à travers l’écran mobile de l’application de réalité augmentée. L’utilisateur peut explorer la neuroanatomie du cerveau en utilisant l’outil. Les illustrations A et B montrent un modèle 3D du cerveau sous différents angles. C représente un utilisateur sélectionnant une région du cerveau avec l’outil interactif. D est une photo de l’utilisateur explorant différents modèles du cerveau (myéline représentée en vert et bleu).

 

Bien que notre projet ne soit pas encore terminé, nous l’avons testé sur un échantillon d’étudiants et les résultats sont prometteurs. Par la suite, nous étudierons différentes façons de modeler les tumeurs cérébrales et, pour finir, nous demanderons à des chirurgiens d’évaluer l’application.

Augmented RealityL’utilisateur voit à travers l’écran mobile de l’application de réalité augmentée. L’utilisateur peut explorer structures et fonctions du cerveau grâce à l’outil. La couleur de fond des boutons indique la force de l’association entre différentes régions. L’utilisateur peut explorer ces fonctions en utilisant la barre de défilement.

Nous espérons que grâce aux technologies de traitement d’images avancées, notre application permettra à des chirurgiens d’explorer l’anatomie du patient en toute sécurité, d’identifier des sites importants et de planifier les procédures neurochirurgicales à adopter avant la chirurgie. Notre intention est de développer notre outil et d’en faire un modèle éducationnel destiné aux résidents en neurochirurgie et aux étudiants en médecine permettant de planifier les neurochirurgies.