Les progrès du traitement endovasculaire ont remplacé les procédures chirurgicales ouvertes complexes par des options peu invasives, comme le remplacement valvulaire et la réparation d’anévrisme. Cet article propose d’utiliser la modélisation tridimensionnelle (3D) et la réalité virtuelle pour faciliter le positionnement de l’arceau, les mesures d’angle et la génération de feuilles de route pour la planification des procédures de laboratoire de cathétérisme neuro-interventionnel, minimisant ainsi la durée de la procédure.
Le traitement endovasculaire des anomalies vasculaires complexes déplace le risque des procédures chirurgicales ouvertes au profit de solutions procédurales endovasculaires mini-invasives. Les procédures chirurgicales ouvertes complexes étaient autrefois la seule option pour le traitement d’une myriade de conditions telles que le remplacement des valves pulmonaires et aortiques ainsi que la réparation des anévrismes cérébraux. Cependant, en raison des progrès réalisés dans les dispositifs administrés par cathéter et de l’expertise des opérateurs, ces procédures (ainsi que beaucoup d’autres) peuvent désormais être effectuées par des procédures peu invasives administrées par une veine ou une artère centrale ou périphérique. La décision de passer d’une procédure ouverte à une approche endovasculaire est basée sur l’imagerie multimodale, comprenant souvent des ensembles de données d’imagerie numérique 3D et de communications en médecine (DICOM). En utilisant ces images 3D, notre laboratoire génère des modèles 3D de l’anatomie pathologique, permettant ainsi l’analyse pré-procédurale nécessaire pour planifier à l’avance les composants critiques de la procédure de laboratoire de cathétérisme, à savoir le positionnement de l’arceau, la mesure 3D et la génération de feuilles de route idéalisées. Cet article décrit comment prendre des modèles 3D segmentés d’une pathologie spécifique au patient et prédire les positions généralisées de l’arceau, comment mesurer les mesures bidimensionnelles (2D) critiques des structures 3D pertinentes pour les projections de fluoroscopie 2D et comment générer des analogues de feuille de route de fluoroscopie 2D qui peuvent aider au bon positionnement de l’arceau pendant les procédures de laboratoire de cathétérisme.
Le traitement des anévrismes intracrâniens est un aspect difficile de la chirurgie neuro-interventionnelle, nécessitant une planification chirurgicale précise pour garantir des résultats optimaux pour les patients. Ces dernières années, la technologie de réalité virtuelle (RV) est devenue un outil prometteur pour améliorer la planification chirurgicale en permettant aux chirurgiens d’accéder à des modèles anatomiques immersifs et spécifiques au patient dans un environnement virtuel3D 1,2,3,4,5,6,7,8 . Cet article présente un protocole complet pour l’utilisation de l’imagerie médicale et de la segmentation, de la modélisation 3D, de la planification chirurgicale en RV et de la génération de feuilles de route virtuelles idéalisées pour aider à la planification chirurgicale pour le traitement des anévrismes.
La combinaison de ces étapes aboutit à une approche de planification chirurgicale virtuelle, permettant aux médecins de s’immerger dans un environnement virtuel et d’acquérir une compréhension complète de l’anatomie unique d’un patient avant une intervention chirurgicale. Cette approche immersive permet aux chirurgiens d’explorer le positionnement optimal et de simuler divers scénarios procéduraux. L’enregistrement de ces scénarios peut fournir un aperçu de l’emplacement des équipements chirurgicaux réels, tels que le positionnement de l’arceau.
En plus des angles de positionnement, il est également possible de mesurer l’anatomie dans un environnement virtuel à l’aide d’outils de mesure conçus pour l’espace 3D. Ces mesures peuvent donner un aperçu de la taille et de la forme correctes du dispositif à utiliser dans un cas d’anévrisme intracrânien9.
Ce protocole présente un processus complet qui combine de manière transparente l’imagerie médicale, la segmentation d’images, la préparation de modèles VR et la génération de feuilles de route chirurgicales virtuelles pour améliorer le processus de planification chirurgicale. Utilisant une combinaison de technologies de pointe, ce protocole permet de gagner un temps précieux en salle d’opération10, ainsi que d’accroître la confiance des chirurgiens et leur compréhension des cas chirurgicaux complexes 11,12,13.
La modélisation 3D a été introduite dans les flux de travail médicaux avec l’avènement des technologies d’impression 3D 2,3,4,6,7,9,11, mais la RV offre de nouvelles applications de la technologie 3D au-delà d’un objet 3D physique. Les efforts pour reproduire l’anatomie et les scénarios dans un monde virtuel permettent une pratique médicale personnalisée sur des patients individuels 1,2,3,4,9,11,13,16. Ce travail démontre la capacité étendue de créer de nouvelles simulations préopératoires dans un monde numérique avec un minimum d’effort.
Tout au long du protocole présenté, plusieurs étapes sont essentielles à la réussite d’une affaire. Le facteur le plus important pour obtenir des résultats adéquats avec une résolution appropriée est d’acquérir la bonne imagerie médicale. Le processus présenté ne nécessite pas d’examens supplémentaires sur le patient, en utilisant le scanner CTA standard qui est prévu pour chaque cas d’anévrisme intracrânien. La plupart des scanners stockent les scans pendant une courte période, selon le modèle de scanner et le protocole du système de santé, ce qui permet au technicien en imagerie de télécharger les tranches minces acquises des scans généralement les tranches de moins de 1 mm d’épaisseur ne sont souvent pas stockées plus de quelques jours en raison de la taille du stockage. Ces fines tranches permettent plus de détails et l’inclusion d’anatomies plus petites, telles que des vaisseaux sanguins. Une fois la segmentation effectuée, le contrôle de la qualité des médecins doit être effectué pour s’assurer que les modèles 3D générés représentent l’anatomie du patient aussi précisément que possible dans les étapes futures. Le contrôle de la qualité de tous les modèles doit faire partie du processus de segmentation, minimisant le risque de propagation des erreurs dans le reste du protocole. Le contrôle de la qualité comprend les bords des vaisseaux sanguins et la segmentation de l’anévrisme séparément des vaisseaux environnants, de la même manière qu’il se présenterait avec un contraste. Le contrôle de la qualité avec un médecin est de la plus haute importance, car le médecin assume l’entière responsabilité de l’exactitude des modèles, surtout si les modèles doivent être utilisés dans la prise de décision ultérieure concernant le traitement du patient. Dans certaines circonstances, il peut être faisable ou pratique pour le médecin de compléter lui-même l’étape de segmentation.
La prochaine étape importante du protocole consiste à maintenir l’alignement du modèle spatial tout en intégrant l’outil de mesure du rapporteur. Blender s’est avéré être un outil extrêmement utile pour cette étape car il permet de combiner plusieurs types de fichiers STL en un seul fichier combiné avec plusieurs couches, chacune étant alignée spatialement et pouvant être colorée ou texturée pour plus de clarté. De plus, au cours de cette étape, le STL du rapporteur est ajouté afin que les données d’angle puissent être collectées en VR. Ce modèle de rapporteur a été spécifiquement développé à l’aide d’un outil de conception assistée par ordinateur (CAO), SolidWorks. En tirant parti des outils de dimensionnement de haute précision du logiciel, un arc avec des marques de tic indiquant tous les 5° dans les trois axes a été créé. Le rapporteur a également un réticule indiquant le véritable centre de ce modèle et permettant l’alignement sur le centre de l’anatomie du patient. Il y a également une grande barre dans le modèle signifiant (0,0) et doit être alignée avec le nez du patient. De plus, il est important de noter que cela a été fait manuellement et aurait pu augmenter le pourcentage d’erreur. L’alignement est de la plus haute importance pour garantir la précision de toutes les mesures d’angle potentielles. Une fois correctement aligné, le modèle est prêt pour la RV, où l’enregistrement du placement du modèle par le médecin permet de déterminer ultérieurement les angles auxquels le modèle a été placé. Pendant l’enregistrement, tout ce qui se trouve dans l’espace virtuel est enregistré en référence les uns aux autres, notamment le point de vue du médecin et les mouvements et rotations des modèles. Tirant pleinement parti de cet enregistrement et de la fonction de pause, une règle droite est placée du point de vue du médecin à travers le réticule du modèle de rapporteur, et les mesures peuvent être observées d’une manière remarquablement similaire à l’utilisation d’un rapporteur réel.
Cette méthodologie présente certaines limites. L’une de ces limitations est qu’il n’y a pas nécessairement une seule orientation correcte pour l’anévrisme lors de sa visualisation en fluoroscopie. Cela a conduit à de multiples tentatives de validation simplement en raison des différents angles de vue. Cette limitation peut être considérée comme un avantage possible dans la perspective qu’avec une familiarité supplémentaire qui découle de la manipulation du modèle 3D, il est possible que le médecin trouve une vue optimale par rapport à la méthode actuelle de détermination des angles dans la salle d’opération. Une autre limite potentielle de ce protocole est qu’il est possible de déterminer un angle de vue en RV qui ne serait pas réellement possible pour les arceaux. Cette limitation serait prise en compte et connue par le médecin en RV afin que des spécifications puissent être établies si cela faisait partie de la planification chirurgicale. Une autre limite, prouvant l’importance de l’étape de contrôle de la qualité, est que dans certains cas, les vaisseaux qui sont distaux de l’anévrisme, en réalité, ne sont pas vus aussi bien en évidence dans les procédures de fluoroscopie qu’ils le seraient s’ils étaient inclus dans le modèle en VR. Cela peut obliger le médecin à faire attention à un vaisseau qui ne gênerait pas nécessairement pendant la procédure en VR, ce qui entraîne un angle de vision sous-optimal généré en VR. Dans la segmentation, il est possible de segmenter la majorité des vaisseaux sanguins et la zone d’intérêt ; L’interventionniste pourrait choisir de basculer entre les modèles de navires pour s’assurer qu’il n’y aurait pas de navires supplémentaires dans son angle de vue, l’utilisation d’un contrat minimise également ce risque.
Le développement d’un rapporteur de modèle 3D et d’un protocole capable de fournir des mesures d’angle dans plusieurs axes au sein de la RV revêt une immense importance et promet un large éventail d’applications potentielles. Les avantages pourraient s’avérer multiformes, améliorant potentiellement diverses industries, de l’architecture et de l’ingénierie à la fabrication et aux applications militaires. Cependant, comme le montre ce protocole, son véritable potentiel brille dans le domaine des soins de santé, directement dans les parties de la planification chirurgicale des soins aux patients. Les chirurgiens peuvent utiliser cet outil pour évaluer et planifier méticuleusement tous les types de procédures en étant capables de visualiser et de mesurer les angles directement en VR. Cette technique est similaire aux travaux effectués pour le cathétérisme cardiaque19. L’un des avantages directs de la connaissance d’angles particuliers avant la procédure est la réduction significative du besoin d’une rotation complète à 360 degrés pendant la fluoroscopie, une technique d’imagerie couramment utilisée lors de la réparation d’anévrisme. En déterminant les angles nécessaires pour imiter la feuille de route chirurgicale virtuelle, les chirurgiens peuvent positionner l’équipement avec plus de précision, minimisant ainsi l’exposition du patient aux rayonnements. Cela contribue non seulement à la sécurité des patients en minimisant les risques associés à l’exposition aux rayonnements, mais rationalise également la procédure chirurgicale. Grâce à la réduction du temps consacré aux ajustements de fluoroscopie, les équipes chirurgicales peuvent fonctionner plus efficacement, ce qui réduit les temps d’intervention.
Les progrès récents de la modélisation 3D et de la technologie de réalité virtuelle permettent au personnel médical d’éviter la pensée improvisée pendant les chirurgies en obtenant une compréhension approfondie de l’anatomie interne d’un patient avant l’opération dans tous les cas, sauf les plus urgents 1,2,3,4,6,9,11,13,16 . Si le temps le permet, le personnel médical doit tirer parti de l’utilisation de la segmentation d’images médicales et des diagnostics VR pour approfondir sa compréhension du cas avant de placer le patient sur la table d’opération. Cela conduira finalement à une meilleure compréhension de chaque patient, ainsi qu’à une réduction du temps de chirurgie et du temps sous anesthésie.
The authors have nothing to disclose.
Nous remercions tout particulièrement le comité d’examen pour ses commentaires perspicaces, ainsi que l’éditorial pour ses précieux commentaires, son expertise, ses conseils et son soutien tout au long du processus de rédaction de cet article. Nous apprécions grandement l’environnement de collaboration favorisé par les partenaires de mission d’OSF HealthCare System, qui a amélioré la qualité de ce travail. Merci à OSF HealthCare System pour avoir fourni des ressources et du soutien et au laboratoire d’imagerie et de modélisation avancées du Jump Simulation and Education Center pour leur aide.
3D Slicer | N/A | Open source segmentation software | |
Blender | N/A | Open-source CAD software that can import and edit organic models created through segmentation | |
Enduvo | Enduvo | N/A | A proprietary VR viewer built for education, and our VR viewer of choice |
McKesson PACS Change Healthcare Radiology Solution | McKesson | N/A | Any Picture Archiving and Communication System should be suffiecient, McKessen is simply our PACS software solution of choice. |
Mimics | Materialise | N/A | Segmentation software |
Quest | Oculus | N/A | Virtual Reality Headset |
Steam VR | Steam | N/A | Computer to headset connection software. |
VR capable computer | See Steam VR for minimal requirements. | ||
VR-STL-Viewer | GitHub | N/A | A open-source VR viewer capable of importing and viewing .stl and can be used, however we cannot guarantee all functionalities mentioned in this paper will be available |