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Latest revision as of 13:38, 12 November 2008

SACO - Système d'Aide aux Chirurgiens Orthopédistes / Device to Assist Orthopaedic Surgeons

Équipe / Team

  • Michel Lauria (professeur UdeS/GEGI)
  • François Cabana (chirurgien orthopédiste au CHUS)
  • Philippe Jacob-Goudreau (résident en orthopédie au CHUS)
  • Yves Berubé-Lauzière (professeur UdeS/GEGI)
  • Redouane Liamini (étudiant à la maîtrise)

Introduction

La fracture de la hanche est une pathologie fréquente chez les personnes âgées. Sa morbidité est très élevée et elle entraîne des déficits fonctionnels importants comme la perte de mobilité. Pour les fractures du trochanter (fractures péritrochantériques), la pose d’un «clou-plaque» (Dynamic Hip Screw ou DHS) est le traitement généralement utilisé. Son installation se fait au bloc opératoire. L’étape critique lors de la mise en place d’un fixateur de type DHS est le positionnement spatial, par rapport à la hanche du patient, de l’axe d’une grosse aiguille métallique (tige de Kirschner) qui servira de guide pour le reste de l’opération (figure 1). Pour positionner correctement l’axe de cette tige, le chirurgien utilise des clichés fluoroscopiques (rayons X) en deux dimensions (2D) (figure 3) pour guider son outil (figure 2). La visualisation de la position relative en trois dimensions (3D) de l’axe de la tige par rapport à la fracture de l’os du patient nécessite la prise de deux clichés orthogonaux : la vue antépostérieure (AP) et la vue latérale. Lorsque le chirurgien juge que l’axe de la tige est adéquat dans la vue AP du cliché fluoroscopique, il enfonce la tige de quelques centimètres dans l’os. Il prend ensuite un cliché fluoroscopique dans la vue latérale. Il est très fréquent que ce deuxième cliché montre un alignement inadéquat. Il réajuste et vérifie la nouvelle position avec la fluoroscopie. Il procède ainsi par essais et erreurs jusqu’à ce qu’il soit satisfait de l’orientation dans les deux vues. Cette méthode nécessite plusieurs itérations jusqu’à ce que le chirurgien réussisse à aligner l’axe de la tige avec l’axe de guidage désiré. Cette technique présente plusieurs inconvénients : 1) Perte de temps due aux essais-erreurs: Un temps opératoire plus court serait souhaitable pour diverses raisons, notamment pour des patients âgés qui présentent plusieurs facteurs de co-morbidité afin de diminuer les risques de complications per et postopératoires. De plus, d’un point de vue financier, le temps opératoire coûte cher et est limité par un budget strict. 2) Exposition à de la radiation X: un temps d’exposition plus court du patient et du personnel serait souhaitable. 3) Possibilité d’un montage sous optimal: il est fréquent que le chirurgien accepte un montage qu’il juge adéquat, même si celui-ci ne correspond pas exactement à ce qu’il souhaitait en préopératoire. Or, la position des éléments du montage est l’un des facteurs qui détermine sa solidité. 4) Manque d’efficacité de la méthode : il faut reconfigurer manuellement l’orientation du fluoroscope entre deux clichés orthogonaux. De plus, la fluoroscopie ne fournit que des clichés instantanés et non pas une image en temps réel (sinon on exposerait le patient continûment à des rayons X). Dans le cadre de cette problématique, nous nous intéressons aux systèmes de navigation dit passifs et plus spécifiquement aux systèmes de navigation fluoroscopiques (figure 4). Ces systèmes utilisent un ordinateur relié à un capteur optique 3D permettant de détecter et de localiser en 3D des marqueurs lumineux faits de diodes électroluminescentes (LEDs). Ces systèmes sont déjà utilisés dans le cadre d’autres opérations chirurgicales (colonne vertébrale, bassin). Dans le cadre de ces interventions, des marqueurs sont installés sur le fluoroscope, attachés ou vissés sur le patient et sur les instruments chirurgicaux. Avec cette méthode, l’ordinateur peut, par exemple, extrapoler la position de l’instrument chirurgical sur des images fluoroscopiques fixes prises au préalable sans avoir à répéter la prise de telles images. De plus, cette méthode donne au chirurgien la position spatiale 3D en temps réel des instruments qu’il manipule, ce qui lui permet de les positionner à l’endroit désiré dans le patient. Cependant, dans le cadre de la chirurgie de la hanche, cette technique présenterait quelques faiblesses qui sont intrinsèquement liées à la complexité de sa mise en œuvre : 1) Il faudrait visser un marqueur sur le patient, ce qui impliquerait une manipulation et un traumatisme supplémentaires lors de la chirurgie. 2) La visibilité des marqueurs à LEDs fixés sur le fluoroscope serait fortement compromise à cause de la géométrie des différents champs opératoires (rideaux stériles) propre à la chirurgie de la hanche. Or cette visibilité est nécessaire pour avoir un positionnement 3D en temps réel.

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figure 1: vue en coupe d'une hanche et de l'axe de l'aiguille métallique figure 2: outil du chirurgien servant à positionner l'aiguille métallique figure 3: fluoroscope, appareil permettant d'obtenir des clichés radiologiques 2D figure 4: capeur 3D permettant de positionner des marqueurs lumineux dans l'espace

Description du projet

Le but du projet consiste à développer un système permettant d’augmenter l’efficacité du traitement généralement utilisé pour ce type de fractures, c’est-à-dire la pose d’un implant fixateur de type «clou-plaque» (figure 5), en proposant au chirurgien un système de navigation pour ses instruments chirurgicaux (figure 2). Tout comme pour les systèmes de fluoroscopie virtuelle qui sont actuellement utilisés pour d’autres types d’opérations chirurgicales (figures 6 et 7), les buts recherchés restent fondamentalement les mêmes. 1) La diminution du temps de l’opération et l’augmentation de la précision du geste chirurgical grâce à un retour instantané d’informations visuelles sur des écrans permettant au chirurgien de faire naviguer en temps réel ses instruments chirurgicaux dans les images fluoroscopiques (figure 7). 2) La diminution de l’exposition des patients et du personnel à de la radiation X en n’ayant recours qu’à un nombre beaucoup plus limité d’images fluoroscopiques. À la différence des systèmes de fluoroscopie virtuelle qui sont actuellement utilisés pour d’autres types d’opérations chirurgicales, nous voudrions que le système développé : 1) ne soit pas invasif pour le patient, c’est-à-dire que sa mise en œuvre ne nécessite pas de traumatisme supplémentaire pour le patient (comme par exemple le vissage d’un marqueur lumineux sur l’os (figure 8)) 2) ne crée pas de contraintes supplémentaires au chirurgien lors de l’utilisation du système (par exemple, la fixation de marqueurs lumineux sur le fluoroscope créerait des contraintes de visibilité des LEDs par la caméra qui seraient inacceptables dans le cadre de la chirurgie de la hanche).

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figure 5: cliché radiologique montrant le clou et la plaque après la pose sur la hanche d'un patient figure 6: vue d'ensemble d'un système de navigation fluoroscopique (hardware) figure 7: exemple d'interface d'un système de navigation fluoroscopique (software) figure 8: marqueur lumineux (LEDs) fixé de façon invasive sur un patient

Status

  • projet en cours

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