Chaque année, plus de 1400 patients subissent une intervention chirurgicale pour se faire retirer une tumeur cérébrale, une procédure souvent très délicate qui nécessite une planification minutieuse. Grâce à une visualisation plus intuitive des structures pertinentes du cerveau, la navigation par réalité augmentée (RA) offre une méthode précise pour effectuer cette planification préopératoire. Une méthode qui est en outre plus rapide et plus intuitive que les systèmes conventionnels utilisés pour la planification chirurgicale. C'est ce qui ressort de l'étude pilote clinique prospective menée par le Dr Frederick Van Gestel et le Pr Johnny Duerinck, récemment publiée dans Frontiers in Neurology.

Avant de débuter l'ablation d'une tumeur cérébrale, l'intervention est généralement planifiée de manière méticuleuse. Le chirurgien dessine généralement les contours de la tumeur sur la peau du patient, ce qui permet de planifier la meilleure incision cutanée, l'ouverture la plus petite possible du crâne et l'angle d'incidence global. L'approche actuelle utilise un système dit de neuronavigation, un grand appareil qui permet au chirurgien de s'orienter dans la tête du patient. Dans ce type de planification conventionnelle, l'anatomie et la position du patient sont liées à une IRM ou un scanner préopératoire (ce processus est appelé ‘enregistrement’), après quoi le chirurgien peut utiliser un stylet pour obtenir une vue de l'anatomie interne du patient. En effet, ce stylet est reconnu par la caméra du système de neuronavigation, ce qui permet d'afficher sa position sur l'IRM ou le scanner correspondant. Le chirurgien peut ainsi voir sur le scanner, affiché sur un écran externe, ce qui se trouve en profondeur sous le stylet. Les bords de la tumeur peuvent ainsi être marqués sur la peau, même sans avoir à pratiquer d'ouverture au préalable. Cependant, l'utilisation de ces systèmes n'est pas toujours évidente et les erreurs d'interprétation peuvent rapidement conduire à des écarts importants dans la planification. C'est particulièrement vrai pour les tumeurs situées en profondeur, car une petite erreur en surface entraîne une grande déviation en profondeur, ce qui peut éventuellement conduire à une approche moins optimale et à une exposition incomplète de la tumeur.

La RA offre des informations supplémentaires sur le positionnement de la tumeur

« C'est précisément là que nous avons vu le potentiel de la réalité augmentée », explique le Dr Frederick Van Gestel, neurochirurgien en formation. « Beaucoup de gens connaissent la réalité virtuelle (RV), mais la réalité augmentée (RA) ne leur dit pas de suite quelque chose. Pourtant, presque tout le monde l'a déjà vue sous une forme ou une autre : il suffit de penser aux filtres instantanés sur les médias sociaux ou au jeu Pokémon Go. Contrairement au monde entièrement virtuel de la RV, la RA permet d’encore voir le monde réel autour de soi. Il en va de même pour le patient, ce qui n'est évidemment pas sans importance lorsqu'il s'agit de chirurgie. Par-dessus le patient, une couche d'informations virtuelles est ensuite projetée, comme le cerveau contenant une tumeur cérébrale, ce qui nous permet de regarder à l'intérieur de la tête du patient, une sorte de vision aux rayons X en quelque sorte ». 

Ainsi, l'utilisation de la RA pour afficher les structures pertinentes du cerveau, y compris la tumeur cérébrale elle-même, et par conséquent la planification de l'intervention chirurgicale, rend celle-ci beaucoup plus intuitive et donc plus efficace. En effet, la RA donne un aperçu tridimensionnel de la position de la tumeur et des structures environnantes. Cela permet au chirurgien d'estimer, par exemple, la relation avec les vaisseaux sanguins avoisinants et d'en tenir compte lors de la planification de l'intervention. Pour le chirurgien, cela signifie une méthode de travail plus intuitive, et pour le patient, une procédure potentiellement plus aisée.

Les algorithmes et le logiciel pour l'Hololens ont été développés par l'UZ Brussel en collaboration avec l'ETRO-VUB et Cronos dans le cadre du projet de recherche SARA (Surgical Augmented Reality Assistance) sponsorisé par imec.

Deux études pour tester la RA dans la planification des interventions cérébrales

Et le Pr Johnny Duerinck, neurochirurgien, d’expliquer: « Nous avons développé notre propre module de navigation chirurgicale pour la RA sur le Microsoft HoloLens II, qui utilise la caméra infrarouge intégrée pour le suivi visuel du patient et des instruments chirurgicaux, une sorte de version compacte des systèmes de navigation actuels. Avant d'en parler au patient, nous voulions d'abord confirmer la précision de notre système de RA en le comparant à un système conventionnel. Pour ce faire, nous avons mené une étude sur une tête fantôme, où nous avons pu évaluer la précision du processus d'enregistrement. Nous avons ensuite évalué notre méthode de navigation RA dans le cadre d'une étude pilote prospective qui portait sur 20 patients ».

Au cours de cette étude, la planification qui précédait la chirurgie des tumeurs cérébrales (avec le processus d'enregistrement et le marquage du contour de la tumeur) a été réalisée d'abord avec la RA, puis avec la neuronavigation conventionnelle. Les performances (précision et rapidité) des deux systèmes ont ainsi pu être directement comparées. Pour éviter tout effet d'apprentissage, la planification avec les deux systèmes a été effectuée par deux chercheurs différents (pour l'ensemble de l'expérience, un total de 12 neurochirurgiens et assistants avec différents degrés d'expérience).

Conclusion: une délimitation plus précise de la tumeur et un gain de temps

Lors de la première expérience sur la tête fantôme, la comparaison directe entre la navigation RA et la neuronavigation conventionnelle a montré qu'il n'y avait pas de différence significative en termes de précision du processus d'enregistrement (les erreurs d'enregistrement des deux systèmes sont restées inférieures à 2,0 mm et 2,0°). En d'autres termes, le système de RA a pu faire le lien entre d’une part, l'anatomie et la position du patient et d’autre part, l'imagerie préopératoire avec autant de précision que les systèmes conventionnels, ce qui est essentiel au bon fonctionnement de la navigation. Compte tenu de ces bons résultats, il a été décidé de passer au stade clinique. 
L'étude clinique prospective a montré non seulement que le système de RA permettait un gain de temps global de 39 % en moyenne, mais surtout que la délimitation des contours de la tumeur était beaucoup plus précise grâce à l'utilisation de la RA. Ainsi, dans 95 % des cas, la délimitation à l'aide de la RA a été considérée comme aussi bonne (30 %), voire meilleure (65 %) que la délimitation basée sur le système de neuronavigation conventionnel.

Entre-temps, le groupe de recherche continue à développer des méthodes d'enregistrement des patients plus efficaces et plus rapides, ainsi que des applications pour l'utilisation de la RA pendant la chirurgie elle-même, tant pour l'ablation de tumeurs cérébrales que pour la chirurgie de la colonne vertébrale et de la hanche.