Introduction. 6

I.      La neuronavigation. 7

II.    Les systèmes de navigation en neurochirurgie. 23

a) Principales modalités d’imagerie utilisées : 23
b) Autres modalités d’imagerie. 24

2.  Modes de repérage. 24

a) Repérage du patient « surface matching » ou « registration ». 24
b) Localisation des instruments. 26

3.  Composantes d’un système de navigation en neurochirurgie. 28

4. Exemples de systèmes de navigation en neurochirurgi 30

a) Système Radionics™ 30
b) Gamme BrainLAB.. 31

5. Performances, limites et précision. 33

a) Le degré de maîtrise du système par le neurochirurgien. 33
b) Performances et limites de la technologie. 33

6. Stérilisation. 36

7. Environnement des Systèmes de Navigation en Neurochirurgie. 37

a) Microscope opératoire. 37
b) Instruments chirurgicaux. 38
c) Tables d’opération. 38
d) Robots de positionnement 39
e) Systèmes d’imagerie peropératoire. 40

III.  Les nouveaux concepts et l’avenir des systèmes de navigation en neurochirurgie. 43

 1. La vision des industriels. 43

 2. Un bloc opératoire dédié aux systèmes de navigation en neurochirurgie : BrainSuite® iMRI 43

 3.  Réorganisation du bloc opératoire. 45

 4.  Thèmes de recherche. 46

Conclusion. 48

Bibliographie. 49

Index figures et tableaux. 51

Introduction

La neurochirurgie est un exercice intellectuel et physique dans l'espace tridimensionnel (3-D). Depuis l'époque des pionniers, des médecins, des scientifiques et des partenaires industriels unissent leurs efforts en vue de mettre au point des instruments capables de limiter le risque de la navigation dans l'espace tridimensionnel du cerveau lors des interventions. Le but ultime consiste à offrir au neurochirurgien une précision et une sécurité telles qu'il puisse atteindre des régions cérébrales qui sont inaccessibles d'une autre manière et traiter des affections incurables auparavant.

C’est dans cette optique que les systèmes de navigation en neurochirurgie actuels ont vu le jour au début des années 1990.

Cette technique suscite un grand intérêt de la part des professionnels de la santé notamment des services de neurochirurgie, que ce soit au niveau français ou international. Cependant, elle implique une révolution des pratiques chirurgicales conventionnelles, de l’organisation architecturale du bloc opératoire, comme l’environnement des systèmes de navigation en neurochirurgie, et des méthodes de travail de l’ensemble du personnel médical.  De plus, l’acquisition d’un système de navigation ad hoc dans un établissement de santé est un investissement lourd et difficile à faire accepter par la communauté médicale.

L’évolution des techniques de télédétection, des modalités d’imagerie, le développement informatique et les progrès en terme de modélisation et de traitement de l’image ont perfectionné les outils de neuronavigation.

Les systèmes de neurochirurgie guidée par l’image tendent à évoluer vers l’intégration et l’adaptation de systèmes d’imagerie en peropératoire et vers des solutions clé en main où le geste chirurgical du praticien devient de plus en plus guidé et assisté. Ce concept éveille une réflexion d’ordre éthique sur la relation dominant/dominé entre le Neurochirurgien et le Système de Navigation.

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I.      La neuronavigation

1. Historique

L’histoire de la neuronavigation ou encore Chirurgie Guidée par l’Image (Image Guided Surgery en Anglais) est fortement liée à celle de la neurochirurgie et à l’évolution des techniques de navigation en général. Par conséquent, la suite de ce chapitre retracera les moments historiques significatifs qui ont fait évoluer la pratique de la neurochirurgie vers l’utilisation des systèmes de Neuronavigation.

La chirurgie du cerveau est peut être la plus vieille pratique de la médecine. Des documents antiques archivés décrivent la pratique de la chirurgie du cerveau par Hippocrate en Grèce déjà à l’époque romaine ainsi que par des chirurgiens du monde arabe à l’époque médiévale. La neurochirurgie scientifique a commencé au 19^ème siècle avec la découverte de la relation entre certaines parties du cerveau et le contrôle du tempérament, de l’humeur, des sens et de l’intelligence.

Avant les années 1990, la réussite d’une opération neurochirurgicale reposait sur les connaissances, l’expérience et l’habileté du Neurochirurgien. Ces aptitudes étaient développées au cours d’une longue formation post graduée et continue. De plus, l'absence de technique d'imagerie non invasive entraînait l'utilisation simultanée du diagnostic et de la thérapie par un contrôle visuel direct.

Figure 1: Cadre stéréotaxique appliqué sur la tête du patient
 

Afin de s’orienter dans l’espace, le praticien ne disposait que de techniques limitées comme la stéréotaxie peropératoire (figure 1), les tests fonctionnels (stimulation corticale) et la neuro-ultrasonographie (échographie) peropératoire.

Le chirurgien devait toujours effectuer la visualisation mentale en 3 dimensions (3D) à partir d’images en 2 dimensions (2D). L’apparition des techniques d’imagerie tomographiques en 3D comme l’IRM (Imagerie par Résonance Magnétique) et la tomodensitométrie (scanner) ont apporté une première réponse à ce problème.

Grâce à eux, la stéréotaxie sans cadre a émergé, permettant l’utilisation de plusieurs modalités d’imagerie avec un même référentiel fixé sur la tête du patient. Les innovations militaires d’acquisition et de suivi de cible pour les avions et hélicoptères de combat ont permis la conception du système « Compass » qui permettait d’intégrer les images acquises dans un cadre stéréotaxique et de reporter dans l’optique du microscope chirurgical les contours de la lésion (Ex : Surgiscope [1]). Le nouveau GPS (Géo Positionnement par Satellite ou Global Positionning System) du neurochirurgien est né.

Le progrès de l’informatique, l’ère du numérique et de la modélisation 3D, ainsi que le développement des réseaux informatiques et des techniques de détection ont suscité une avancée formidable vers les systèmes actuels qui se passent de cadre stéréotaxique. Il est alors possible de matérialiser en temps réel la position des instruments chirurgicaux, les cibles opératoires et les zones à risque tout en reconstruisant l’image des régions traversées afin de limiter les risques de lésions graves.

Dès 2000, on dénombrait déjà environ 800 systèmes de navigation chirurgicale toute application confondue [2]. Les systèmes dits de première génération étaient des concepts difficiles de mise en œuvre et nécessitaient l’assistance impérative de personnes spécialisées. Les systèmes de navigation de seconde génération (années 2000) furent développés spécifiquement pour les chirurgiens grâce à des interfaces graphiques Homme/Machine adaptées. L’ère de la troisième génération est arrivé, le but étant d’inclure l’acte chirurgical aux systèmes d’information et d’imagerie (figure 2).

Figure 2 : Système de neuronavigation  Omnisight Excel™ de Radionics™

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2. Définition et classification

Une classification des systèmes de robotique chirurgicale et de chirurgie assistée par ordinateur a été élaborée par le Cédit de l’AP-HP (Assistance Publique des Hôpitaux de Paris) en 2002 et intègre les systèmes de Neuronavigation [3, 4]. Cette classification a pour but de permettre une analyse des différents enjeux posés par chaque catégorie de système tels que les impacts médicaux, organisationnels, économiques et les aspects règlementaires et de sécurité sanitaire. Il est intéressant de noter l’apport d’une telle classification pour la définition du Système de neuronavigation.

Aujourd’hui l’appellation des systèmes de neuronavigation n’est toujours pas claire. Effectivement, les professionnels de la santé (notamment en neurochirurgie) et la communauté scientifique utilisent les termes suivants :

• Systèmes de Neuronavigation (ou Neuronavigation en anglais)
• Systèmes de Navigation en Neurochirurgie
• Systèmes de Neurochirurgie Guidée par Image (ou IGS Image Guided Surgery en anglais)
• CAO, systèmes de Chirurgie Assistée par Ordinateur (ou CAS Computer Assisted Surgery en anglais)
• Certains parlent même de stéréotaxie sans cadre

Dans tous les cas, ils sont considérés comme systèmes intégrant une technologie permettant le lien entre les instruments chirurgicaux et des logiciels d’assistance visuelle. On leur attribue une attitude passive contrairement à ses cousins les systèmes robotisés.

Il est primordial de ne pas confondre ces systèmes de neuronavigation avec les systèmes robotisés qui effectuent une tâche de l’acte opératoire, un geste chirurgical. Dans ce cas, le neurochirurgien n’est plus maître de ses gestes, il subit une certaine contrainte due au mouvement du robot qui peut aussi être autonome. On parle alors de robot semi actif ou actif.

        En ce qui concerne les robots actifs, on retrouve des télémanipulateurs chirurgicaux [4]. Cependant, il faut bien tenir compte du fait que la frontière est parfois proche entre ces deux catégories : systèmes de navigation (figure 3) et systèmes robotisés (figure 4).

Figure 3 : Système de neuronavigation  StealthStation® TREON™  Medtronic

Figure 4 : Le robot chirurgical DA VINCI®

Les technologies utilisées par les systèmes de navigation en neurochirurgie peuvent être issues  mais également adaptables ou applicables à des opérations autres, telles que :

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3. Principe et définition

Les systèmes de navigation ou systèmes de chirurgie assistée par ordinateur sont basés sur le principe PERCEPTION / DECISION / ACTION (figure 6). [5]

Figure 6 : La boucle Perception/Décision/Action (d’après P.Cinquin & Al. IMAG Grenoble)

Des images préopératoires du patient (perception) permettent un planning de l’acte chirurgical (décision). Le jour de l’opération neurochirurgicale, des images peropératoires et des données de positionnement dans l’espace (perception) assurent l’ajustement du positionnement (ou recalage) du patient par rapport à ses images préopératoires (décision), avant et en cours d’opération, ainsi que le repérage des instruments. Le système assiste et guide le praticien lors de l’intervention (action).

Ils permettent en général de planifier un geste délicat à réaliser par le chirurgien en préopératoire et de l’assister en peropératoire lors de l’acte chirurgical à proprement dit.

Dans un premier temps, on choisit la ou les modalités d’imagerie adaptées. L’examen d’imagerie est réalisé en général la veille de l’opération et sa particularité est le positionnement de marqueurs sur le crâne du patient (vis ou pastilles) si le repérage ne se fait pas par des repères anatomiques. Une fois l’acquisition des images effectuée, elles sont ensuite transférées vers la console de planning et/ou de navigation. La simulation du geste en préopératoire (la veille de l’intervention et de durée variable) est alors basée sur la reconstruction 3D de l’imagerie pour repérer la cible anatomique et simuler les plans d’opération tels que les voies d’abord, les trajectoires par rapport aux zones à risque, mettre certaines zones en évidence par segmentation, la dimension de l’ouverture crânienne etc. Le neurochirurgien aura alors accès pour tout point de l’image à sa représentation 3D mais aussi 2D selon les trois coupes : sagittale, coronale, axiale (figure 7).

Figure 7 : Affichage d’une console de planning/navigation (Photo BrainLAB).
 

Après installation du système au bloc opératoire, la procédure peropératoire classique (figure 8) se déroule selon l’organisation suivante :

Figure 8 : les étapes de l’utilisation d’un système de neuronavigation en phase peropératoire

Les différentes modalités d’imagerie utilisées, la modélisation du cerveau, les techniques de mise en correspondance des espaces et de repérage du patient et des instruments seront développées au (chapitre II Les systèmes de navigation en Neurochirurgie).

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4. Intérêts

Les images préopératoires aident à localiser et visualiser la lésion. Cependant, la forme dans laquelle l'information est présentée (négatoscope, coupes 2D de tomographies, …) n'est pas souvent la plus optimale pour guider le neurochirurgien. Devant des images 2D, il doit mentalement reconstruire la situation réelle dans l'espace et déterminer la meilleure approche pour minimiser les risques. D’où l’intérêt de développer des systèmes de navigation 3D.

Ces systèmes de neurochirurgie guidée par l’image développés à l’heure actuelle présentent divers avantages.

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a)  Une meilleure préparation de l'intervention 

La simulation préopératoire permettra au neurochirurgien de repérer les contours de la lésion et d’identifier les zones du cerveau à éviter afin de réaliser les meilleurs gestes opératoires. Cette augmentation de la sûreté du geste est de nature à raccourcir la durée de l'opération.

A ce stade de planification opératoire, il s’agit d’optimiser la stratégie neurochirurgicale : localisation d’une lésion, définition de ses limites, voie d’approche, évitement des zones éloquentes, protection de structures telles que les artères nourricières ou les veines, le tout dans un environnement 3D.

Elle sert ensuite à définir avec précision les limites d’une craniotomie ce qui permet d’en réduire la taille (cicatrice de la peau, volet osseux).

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b)  Une aide à la navigation peropératoire

Le guidage en temps réel tout au long de l'opération du travail du neurochirurgien lui permet de visualiser la position précise des instruments chirurgicaux sur le modèle en 3D. L'extrémité et l'axe des instruments chirurgicaux manipulés pendant l'intervention se connectent au système de neuronavigation. Le chirurgien visualise ainsi en temps réel leur progression à l'intérieur du cerveau du patient. L’évolution des neuronavigateurs permet d’y associer un endoscope et de cumuler les avantages de ces deux méthodes.

Une fois le crâne ouvert, elle oriente le neurochirurgien dans ses déplacements : elle l’avertit de la proximité d’une zone éloquente ou d’une structure à protéger. Les fautes d'orientation du neurochirurgien sont corrigées.

En même temps, l’opérateur peut contrôler si les informations qui lui sont fournies par le système correspondent à la réalité chirurgicale.

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c)  Un bénéfice pour le patient

Pour résumer, cette neurochirurgie pilotée évite un rasage complet du crâne du patient, minimise la taille de l'incision ou de l'ouverture du crâne au strict minimum, augmente la précision du geste opératoire et permet de recourir à une chirurgie la moins invasive possible. Cela raccourcit la durée de l'intervention et de l'hospitalisation, au plus grand bénéfice du patient qui peut ainsi être opéré avec une plus grande sécurité et au prix de moins de traumatismes et de douleur.

La simulation préopératoire et le guidage peropératoire permettent le traitement chirurgical de lésions qui, par le passé, n'étaient pas opérables ou seulement avec des risques importants. La visualisation de la lésion et des structures adjacentes permet de réduire la mortalité.

De plus, ce type de guidage peropératoire a permis de remplacer l’usage de l’amplificateur de brillance et de diminuer par conséquent la dose reçue par le patient.

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5. Applications

a) Applications générales

Comme les autres spécialités, la neurochirurgie se pratique souvent dans un contexte multidisciplinaire et la collaboration avec le neurologue, le radiothérapeute, l’oncologue, le radiologue, l’anesthésiste est essentielle dans le traitement du patient atteint d’une affection intracrânienne. [6,7]

La neurochirurgie se situe le plus souvent dans un contexte d’acte planifié. Le pronostic vital à court terme n’entre généralement pas en ligne de compte lors de ce type d’intervention.

Le recours à un système de neuronavigation dépend en outre de différents aspects : la taille de la lésion, sa nature et/ou sa situation anatomique.

Ainsi, les deux principaux domaines d’application de la neurochirurgie sont les interventions sur le système nerveux (cerveau, moelle épinière, nerfs) et sur la colonne vertébrale.

Les interventions sur la base du crâne représentent la meilleure indication. En effet, les tissus y sont plus denses et adhèrent plus à la structure osseuse ; le déplacement cérébral (brain shift), l’une des limites de l’utilisation d’un tel système (voir chapitre II.5.b) est alors moins important.

Autant le système de neuronavigation est très utile pour intervenir sur des lésions de petites tailles ; l’intérêt étant la localisation de la lésion dans le volume tumoral ; autant son intérêt en cas de grosse tumeur est limité. Seuls l’axe de progression et la distance du point de pénétration cortical à la lésion représentent un réel avantage ; l’information sur le contourage de la lésion devenant fausse au fur et à mesure de l’ablation des grosses tumeurs.

La nature histologique des lésions est en majorité de type tumoral : gliomes, cavernomes, méningiomes (figure 9) et métastases correspondent aux types de lésions les plus fréquemment opérées.

Les interventions peuvent également être de seconde intention :

• reliquat tumoral
• récidive
• intervention post chimiothérapie
• intervention post radiothérapie

Outre les affections cérébrales intracrâniennes, les neurochirurgiens se sont consacrés de tout temps au traitement des affections de la colonne vertébrale, dont l’exemple le plus connu est la hernie discale dont le diagnostic est posé et le traitement est mis en œuvre par les neurochirurgiens.

Ainsi, les applications de la neurochirurgie sont nombreuses :

• La résection chirurgicale de tumeurs ou malformations vasculaires cérébrales
• Les biopsies cérébrales
• La neurochirurgie fonctionnelle (épilepsie, maladie de Parkinson)
• La mise en place de drains ventriculaires en cas d’hydrocéphalie
• La chirurgie du rachis
• La neuroendoscopie
• La thérapie cellulaire
• La curiethérapie interstitielle
• …

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b) Cerveau et crâne

Voici un aperçu des interventions neurochirurgicales les plus courantes sur le cerveau et le crâne [6,7] :

Accidents-traumatismes

• Hémorragies : hématomes extradural/intradural
• Monitorage de la pression intracrânienne
• Traitement des fractures par affaissement de la voûte crânienne
• Traitement des fractures de la base du crâne avec perte du liquide céphalo-rachidien

Tumeurs

• Bénignes (méningiomes (figure 9) : tumeurs des enveloppes cérébrales, neurinomes : tumeur des nerfs crâniens, tumeur de bas grade du tissus et soutient des neurones)
• Malignes (gliomes : tumeurs malignes du tissu d’appui)

Hydrocéphalie

• Opérations de shunt (pose d’un système de drainage du cerveau vers le cœur ou la cavité abdominale)

Affections cérébrales

• Craniosténose (trouble de l’ossification du crâne chez un enfant jeune se traduisant par exemple par un crâne trop petit ou une déformation du crâne)
• Tumeurs (tumeurs du tissu osseux crânien proprement dit)

Affections vasculaires, hémorragies cérébrales

• Anévrisme (pose d’un ‘clip’ sur le prolapsus qui a saigné)
• Malformation artérioveineuse
• Hémorragies

Figure 9 : Représentation d’un méningiome en neuronavigation multi modalité (Laboratoire IDM RENNES France)
 

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6. Le marché

a) Principaux constructeurs et fournisseurs

Le marché des systèmes de Neuronavigation attire un grand nombre de fabricants et fournisseurs dont les principaux sont : 

• BrainLAB
• Radionics (Tyco Healthcare)
• Medtronic Sofamor Danek
• Zeiss
• Elekta
• Philips Medical Systems
• Sulzer Medica
• General Electric Healthcare
• Surgical Navigation Specialists (SNS)
• …

Parmi ces constructeurs et/ou distributeurs, on retrouve majoritairement des sociétés d’instrumentation chirurgicale (les plus performantes car elles disposent de forces de vente et de spécialistes en chirurgie). Viennent ensuite des sociétés de logiciel et d’imagerie médicale.

Ces sociétés proposent des contrats de maintenance adaptés au système vendu. Celle-ci peut être réservée exclusivement à des ingénieurs support produit, notamment concernant la maintenance lourde comme la mise à jour de logiciels [Annexe 1]. Certains techniciens ayant suivi des formations spécifiques peuvent aussi intervenir sur des aspects moins lourds tels que la mécanique et l’électronique ; ceci à condition d’être habilité par le constructeur.

Malgré un coût élevé, la quasi-totalité des services de neurochirurgie français sont dotés de systèmes de chirurgie guidée par l’image, avec  92% d’entre eux équipés [annexe 1], [8]. Cependant, en terme de technologie, on remarque un retard important de la France vis-à-vis de son voisin allemand [annexe 1].

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b)  Réglementation et procédure d’achat

Les systèmes de navigation en neurochirurgie sont considérés comme du matériel de bloc opératoire ; les normes sont moins drastiques que celles des dispositifs d’imagerie [Annexe 1]. Ces systèmes de neuronavigation doivent  tout de même respecter le « marquage CE dispositif Médical, et la norme européenne EN 6000 [Annexe 1], [9]  » pour pouvoir être commercialisés et utilisés.  Le marquage CE [3] garantit les exigences essentielles de sécurité (obligatoire depuis le 14 juin 1998, Directive européenne 93/42/CEE). Il existe aussi une classification de la FDA (Food and Drug Administration) [10] américaine qui est plus exigeante au niveau clinique. Il est intéressant de se renseigner auprès de cet organisme de contrôle de mise sur le marché ou bien auprès de l’AFSSaPS (Agence Française de Sécurité Sanitaire des Produits de Santé) [11] avant l’achat d’un tel dispositif. L’acquisition de ce type d’appareil dans un établissement public nécessite le recours aux procédures d’appel d’offre du code des marchés publics [12]. Pour un établissement privé, la procédure d’achat se fait de façon directe sans spécification précise.

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c)  Enjeux économiques

Le coût d’investissement peut s’avérer lourd au départ ; de l’ordre de 150 k€ pour une simple station de neuronavigation (VectorVision® Kolibri BrainLAB, environ 110k€. Néanmoins, les diminutions du temps d’intervention, du coût opératoire, du séjour hospitalier et la réduction des complications cliniques s’en ressentent. Cependant, il faut savoir rester vigilent et prendre conscience des facteurs de coût annexes ou coûts d’exploitation, comme : les charges d’amortissement, le prise en charge de la formation du personnel soignant, le contrat de maintenance et des coûts variables induit par les consommables, les réparations et l’achat de l’instrumentation. Ce sont autant de paramètres qu’il faut prendre en compte au moment de l’achat d’un tel dispositif médical.

Le coût d’investissement peut être réduit grâce aux donations et financements externes par des associations, les conseils régionaux et généraux. Ceci fut le cas du Centre Hospitalier Universitaire de Rouen en 1997. Pour un montant de 2,8 millions de francs (environ 430 k€), plus de la moitié de l’investissement fut pris en charge par la Fondation Charles Nicolle et le conseil général et régional. [13]

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d) Critères de choix

La sélection d’un système de neuronavigation en neurochirurgie peut s’effectuer selon les critères suivants [14] :

• les contrats de maintenance et la qualité du Service Après Vente ou S.A.V
• les attentes et les besoins du neurochirurgien
• les performances de la station informatique
• une seconde station de travail avec des logiciels de pré planning 
• les possibilités de connexion avec les imageurs
• les compatibilités réseau (standard DICOM 3)
• le transfert des images (réseau DCM, Ethernet, cartouche ZIP, Cd-rom …)
• la diversité et la simplicité d’utilisation des logiciels proposés
• la facilité de navigation dans l’interface graphique (pédales, tablette de contrôle avec stylet, par le mouvement de l’instrument, reconnaissance vocale …)
• l’instrumentation (coût, méthodes de stérilisation, durée de vie, encombrement …)
• le système de repérage (l’axe caméras/récepteurs doit rester libre pour les systèmes infra rouge)
• l’intégration d’un microscope chirurgical
• le coût des consommables
• l’ergonomie (facilité de mise en route, d’installation et d’utilisation, interface utilisateur)
• les facilités de mobilité de la station de travail et l’encombrement
  ...

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7. Formation 

De tels systèmes de neuronavigation requièrent de solides connaissances théoriques générales avant d’acquérir une expérience pratique. A l’heure actuelle, les facultés de médecine françaises consacrent une partie de leurs enseignements en neurochirurgie à ces nouvelles technologies.

La simulation préopératoire, phase de préparation du geste chirurgical, est un excellent moyen pédagogique. Celle-ci peut s’effectuer la veille de l’opération et séparément du bloc opératoire sur une console de simulation. Un interne en neurochirurgie peut s’exercer virtuellement à la planification opératoire et à la délimitation des structures. Cette formation se fait sous l’œil avisé d’un neurochirurgien confirmé qui dévoile sa technique et explique la démarche.

Certains établissements en santé déjà équipés offrent la possibilité aux spécialistes français et étrangers de venir se former dans leurs locaux (Exemple : Centre Hospitalier Universitaire de Rouen). [13]

Il est aussi possible de suivre des formations de courte durée en parallèle, spécialisées dans les nouvelles technologies de neuronavigation et permettant au neurochirurgien de se perfectionner et de les maîtriser. Cependant, ce type de formation reste somme toute dispendieux. [15]

Lors de l’acquisition d’un système de navigation en neurochirurgie, la société choisie met à disposition du site un ingénieur d’application qui aura un rôle de formateur et d’accompagnateur. Cette personne est amenée à assurer un support technique auprès du personnel médical lors de l’intervention neurochirurgicale afin d’optimiser l’utilisation et le maniement d’un tel dispositif. [16]

Certaines sociétés organisent des journées de formation sur des sites référents ou dans des « show room ». Ces pièces reconstituent un bloc opératoire dans lequel est installé leur système de navigation en neurochirurgie.

Dans le cas de la société BrainLAB, il existe deux sites de formation, le principal « show room » étant implanté à Munich en Allemagne (maison mère BrainLAB). Ce type de structure accueille les ingénieurs d’application qui y suivent une formation de deux semaines minimum (bases théoriques et pratiques) afin d’aider par la suite les neurochirurgiens durant une intervention. Cependant, ce type de formation est accessible à tout le corps médical (neurochirurgien, IBODE ou Infirmier(e) de Bloc Opératoire Diplômée d’Etat, ingénieurs …).

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II.  LES SYSTEMES DE NAVIGATION EN NEUROCHIRURGIE

1. Choix des modalités d’imagerie

Le choix de la modalité d’imagerie préopératoire est réalisé le plus souvent la veille de l’intervention voire quelques jours avant. Celui-ci se base sur deux critères fondamentaux et dépend :

- dans un premier temps de la pathologie à traiter et du type de structures anatomiques à visualiser (exemple, l’IRMf pour visualiser les structures liées à  la motricité ou à la parole et éviter de les abîmer ; la TEP pour localiser les tumeurs de petite taille … [17]).

- dans un second temps, des performances de l’imageur (résolution spatiale, distorsion, compatibilité avec le système de neuronavigation…) qui auront un impact direct sur celles du système de chirurgie guidé par l’image.

Un ou plusieurs examens d’imagerie sont réalisés et les données obtenues seront transférées sur une station informatique de pré planning (console d’acquisition et de traitement d’images) via une ligne Ethernet directe ou un quelconque support physique (disque numérique ou bande magnétique).

Diverses modalités d’imagerie peuvent être utilisées.

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 a) Principales modalités d’imagerie utilisées :

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b) Autres modalités d’imagerie

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2.  Modes de repérage

a)  Repérage du patient « surface matching » ou « registration »

Il existe plusieurs méthodes pour repérer le patient. En effet, l’espace cérébral n’est plus simplement matérialisé comme en stéréotaxie par un cadre, élément parfois contraignant, mais aussi par des marqueurs. Ces derniers peuvent être fixés sur :

Un cadre

Figure 10 : Cadre stéréotaxique

Le patient

Figure 11 : marqueurs collés sur la tête du patient
 

Ces marqueurs peuvent aussi être fixés sur un pointeur. Le chirurgien choisit en effet sur l’image 3D des points anatomiques facilement repérables (extrémité du nez, paupières, …) et les identifie sur le patient grâce à un pointeur (figure 12). D’où son terme de technique de repérage anatomique.

Figure 12 : Identification de la position du patient par pointeur (Digipointeur® Collin ORL)

Enfin, dans le cas de la méthode dite de repérage semi anatomique, il n’y a pas de marqueur. Ce repérage se fait à l’aide d’un palpeur sphérique qui balaie la surface du patient. Une série de courbes représentatives de cette surface est obtenue et un algorithme mathématique identifie ces courbes recueillies sur les images préopératoires. Enfin, la console recale les images dont il est question.

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 b) Localisation des instruments

Pendant l’intervention, il est nécessaire de suivre et de visualiser la localisation spatiale des instruments de neurochirurgie. Pour se faire, il existe 2 types de repérage permettant d’assurer ce suivi : [14], [20, 21]

·        Les systèmes à bras articulés (passifs ou motorisés), (figure 13) :

Possédant généralement 5 à 6 articulations, ces systèmes peuvent évoluer dans toutes les dimensions de l’espace. L’unité électronique calcule en permanence les coordonnées de l’extrémité de l’instrument et la situe dans l’image 3D du patient. Le bras robotisé peut porter des instruments. L'extrémité d’un instrument sera détectée et affiché après reconstructions 3D à l’écran et en temps réel. On dispose ainsi d'une visualisation immédiate de la position spatiale durant l'opération.

·        Les systèmes du type émetteur-récepteur (figure 14) :

     

3 méthodes:

Ces instruments sont équipés de diodes infrarouges que l’on peut placer sur le patient,  émettant un signal détecté par des caméras optiques. La position de l’instrument est déterminée par triangulation, puis transmise au système de neuronavigation. Il existe également un système optique dit passif. L’instrument est équipé de sphères qui vont réfléchir les signaux infrarouges provenant de sources situées à proximité des caméras de détection.

Principe de triangulation : ([Annexe 1] et figure 15)

Le système de repérage par triangulation est similaire au système de vision humain. En effet, chacune des deux caméras placées côte à côte, représentant les « yeux du système » de neuronavigation, captent une vue en 2D des capteurs. Les images de chaque caméra sont associées pour reconstruire grâce à l’informatique une seule image 3D.

Le volume utile détecté par le système peut être comparé à une sphère d’environ 3 mètres de diamètre. Donc tous les instruments contenus dans ce volume utile pourront être perçus par la caméra.

Il existe par ailleurs des systèmes hybrides qui combinent en effet les deux techniques « système actif et système passif ». Ces derniers sont les plus répandus. Trois cibles sont repérées par un système actif et trois autres par un système passif. On peut donc repérer deux objets en même temps (un pour le patient et un autre pour l’instrument chirurgical).

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 3.  Composantes d’un système de navigation en neurochirurgie

Un système de neuronavigation standard est composé de trois parties souvent  interconnectées :

Il existe aussi des consoles mobiles à écran tactile (figure 17), intégrant l’ensemble des fonctionnalités de pré planning (fusion d’images et segmentation automatique grâce à des atlas 3D, planification des trajectoires …) pouvant être reliées en réseau. Leur principal intérêt est la possibilité de s’isoler dans son bureau pour la préparation de l’opération ou présenter l’approche chirurgicale au patient ou à un étudiant.

Figure 17 : console de pré planning mobile  iPLAN®

Figure 18 : Station de navigation The StealthStation® ION™

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4. Exemples de systèmes de navigation en neurochirurgie

Cette partie à pour but de donner une idée de ce à quoi peut ressembler un système de neurochirurgie guidée par l’image à l’heure actuelle (et non pas de le promouvoir). L’appareil OmniSight®Excel est développé par la société Radionics (figure 19), l’appareil Kolibri® ainsi que la gamme VectorVision® sont eux développés par la société BrainLAB.

            Figure 19 : Système de neuronavigation Omnisight Excel™ de Radionics™

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a) Système Radionics™ (figure 19)

Ce système développé par la société Radionics™, en plus des possibilités classiques suivantes :

Figure 20 : Affichage des paramètres de pré planning sur la console de navigation

Offre des outils plus évolués, grâce au logiciel OmniSight™ Excel, comme :

• un système de calibration d’instrument VersaTool™ permettant d’adapter toute sorte d’instrument chirurgical

• tous les instruments chirurgicaux OmniSight™ permettent au chirurgien de naviguer dans l’interface graphique (absence de clavier, souris ou écran tactile…)

• Une large gamme de logiciels associés à la station de navigation est proposée. [Annexe 2]

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b) Gamme BrainLAB [16]

Figure 21 : Système de navigation Kolibri® BrainLAB

  VectorVision® Compact (figure 22)

• écran de navigation mobile
• interface utilisateur intuitive grâce à un écran tactile
• transfert direct des données d’imagerie
• caméra amovible

Figure 22 : Système de navigation VectorVision® Compact BrainLAB

VectorVision2® (figure 23)

Figure 23 : Système de navigation VectorVision2® BrainLAB

Figure 24 : Système de neuronavigation VectorVision® Sky & Data Panel de BrainLAB

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5. Performances, limites et précision

a)  Le degré de maîtrise du système par le neurochirurgien

La complexité actuelle des dispositifs de navigation demande une certaine compréhension technique ainsi qu’une formation adaptée et régulière des neurochirurgiens. Ces derniers doivent intégrer le concept de perception virtuelle et réelle de l’image et de l’orientation. Ils doivent garder à l’esprit que la technique ne reste qu’un support dans l’acte opératoire et qu’il doit rester seul maître de la conduite de l’intervention. De plus, l’instrumentation de tels systèmes reste peu maniable dans un espace exigu. C’est pourquoi, les résultats opératoires ne peuvent être meilleurs que si la technologie est utilisée à bon escient et intelligemment. Le praticien ne doit pas se laisser guider mais garder une part d’autonomie et d’intuition.

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b)  Performances et limites de la technologie

Différents paramètres entrent en jeu dans la précision de l’acte chirurgical guidé par un système de neuronavigation, et cela, à toutes les étapes de la procédure. La précision globale des systèmes de neuronavigation (de l’ordre de 4 millimètres [14]), tient compte de l’ensemble des paramètres inhérents à la technique. [14]

•    La précision mécanique de l’appareil de localisation 

La précision mécanique est relative à la capacité du système de repérage de donner une position réelle exacte dans l’espace. Elle dépend principalement de la résolution spatiale des deux caméras de repérage par triangulation et de la position des émetteurs par rapport aux détecteurs pour les dispositifs optiques (de l’ordre de 0,2 à 0,6 millimètres environ [14]). 

•    L’erreur de mise en correspondance patient/instruments/système de navigation

Elle équivaut à l’erreur qui existe entre la position réelle de l’instrument dans l’espace chirurgical et son image sur la station de travail. Elle dépend des erreurs dans l’espace imageur (résolution spatiale de la matrice image ou performances de l’imageur, épaisseur de coupe, distorsion de l’image) et des erreurs dans l’espace chirurgical (imprécision mécanique du système de localisation, type et/ou nombre de marqueurs utilisés [14], mise en correspondance de la tête du patient avec ses images…). Par exemple, plus le vide entre deux coupes de scanner est important, plus le système de navigation va extrapoler. Par conséquent, le nombre de coupes accroît la précision mais implique un espace de stockage plus important en format DICOM (plusieurs Megaoctets) [Annexe 1] ce qui nécessite des systèmes informatiques puissants.

Tableau 1 : Avantages et inconvénients des systèmes de repérage en navigation

.

• Les variations anatomiques et les pertes de correspondance

L’utilisation des systèmes de navigation en neurochirurgie est freinée par des limites majeures qui sont dues à la modification des structures des tissus au cours de l’opération :

-    le « BrainShift » ou déplacement de la surface du cerveau  (jusqu'à 25 millimètres) [17] et des structures cérébrales à l’ouverture de la dure mère (affaissement ou renflement de la surface corticale) quand la lésion est située en périphérie. Cependant, ce phénomène est minime pour des régions d’intérêt situées en profondeur (figure 25).

-         l’affaissement du liquide céphalo-rachidien (lors de la craniotomie et pendant toute la durée de l’opération)

-         les modifications dues à l’accès à la zone lésionnelle (déformations dues au passage de l’instrumentation)

-         la résection de matière

Le recalage rigide réalisé par le système de neuronavigation entre les examens préopératoires et la position du patient en salle d'opération est donc entaché d'une imprécision. Ainsi, les informations fournies par le système de navigation deviennent partiellement obsolètes. D’où l’intérêt de nouvelles acquisitions d’images peropératoire (IRM interventionnelle, ultrasonographie ou échographie, scanner …) (Cf. Chapitre  II. 7. e.) permettant au système de navigation d’assurer une rectification en temps réel et d’afficher des images corrigées.

Figure 25 : Illustration du phénomène de « Brainshift » sur des Images par Résonnance Magnétique intra opératoire (IRMi). En A, position du cerveau avant craniotomie avec superposition du contour du cortex et des ventricules. En C, position du cerveau après craniotomie avec mise à jour des contours. En B, superposition des contours avant craniotomie et de l’image après celle-ci.

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6. Stérilisation 

Les constructeurs doivent se plier à la réglementation française et fournir des instruments adaptés à cette réglementation.

Les méthodes de stérilisation dépendent tout d’abord de l’utilisation du système de repérage, actif ou passif.

Les outils chirurgicaux utilisant le principe actif sont parfaitement autoclavables et permettent ainsi de respecter la législation française en vigueur en matière de stérilisation. Les éléments du système dit passif (sphères ou boules en plastique recouvertes de films et utilisées pour les caméras) ne sont stérilisables qu’au gaz à la fabrication (elles sont livrées sous double emballage stérile).

Le traitement de surface réfléchissant des sphères est détérioré lors des cycles de stérilisation imposés. Il faut donc considérer les marqueurs passifs comme des consommables, ce qui augmente les coûts d’intervention.

Les fournisseurs proposent différentes méthodes de navigation dans l’interface graphique de la console. Ceux-ci ont un impact direct sur les règles d’asepsie. En effet, le neurochirurgien à la possibilité d’utiliser des écrans tactiles que l’on devra alors recouvrir d’une housse (figure 26).

Il existe cependant d’autres méthodes, comme l’utilisation d’une souris, la détection du mouvement de l’instrument chirurgical [Annexe 2]... La commande vocale serait une autre alternative.

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7. Environnement des Systèmes de Navigation en Neurochirurgie 

Il est important de tenir compte de l’environnement direct avec le système de chirurgie guidée par l’image afin d’élaborer une réflexion sur l’aménagement de l’espace du bloc opératoire et des problèmes de compatibilité avec les dispositifs voisins. En voici quelques exemples.

a) Microscope opératoire

Il existe des systèmes de navigation associant le microscope opératoire. Partie intégrante des salles d’opération en neurochirurgie, le microscope opératoire permet une visualisation adéquate du cerveau et des structures associées lors des chirurgies.

Le support de ce dernier peut être motorisé et ainsi fournir au chirurgien une aide au déplacement. Pour pouvoir utiliser le microscope comme dispositif de repérage, il est nécessaire que celui-ci renvoie l’information de la position du point focal dans l’espace. En effet, le point focal ne se situe pas forcément sur la structure où est effectuée la mise au point (le chirurgien visualise nettement les objets sur toute la profondeur de champ et non pas seulement au point focal). Ainsi, l’erreur commise peut être de quelques centimètres [22]. A partir de ces systèmes, on peut donc afficher la position du point focal sur les images préopératoires. Ainsi, le microscope devient un outil de repérage. Le chirurgien peut donc à chaque instant connaître sa position dans le cerveau. Il est également possible de superposer le contourage réalisé pendant le pré planning dans l’optique du microscope chirurgical (Exemple : figure 27 SurgiScope® [1]).

Figure 27 : Microscope opératoire SurgiScope®

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b) Instruments chirurgicaux

            Pour que le système de navigation puisse suivre les actes du neurochirurgien lors de son intervention, il est nécessaire d’équiper son instrumentation opératoire de capteurs (boules). Par conséquent, il faut tenir compte de l’adaptabilité des systèmes de capteurs aux instruments chirurgicaux (figure 28 et 29).

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c) Tables d’opération

Les tables d’opération font partie de l’environnement des systèmes de navigation et jouent un rôle important. En effet, souvent équipées de cadres stéréotaxiques fixés au niveau de la tête (figure 30 et 31), elles permettent l’immobilité du patient pendant la durée de l’intervention neurochirurgicale. Elles doivent être adaptées au système d’imagerie peropératoire.

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d)  Robots de positionnement

Ils permettent de positionner automatiquement divers instruments tel qu’un neuroendoscope. L’intérêt étant toujours de faciliter la manipulation des instruments pour le neurochirurgien et ses assistants.  Par conséquent, ils sont équipés d’un bras porteur d’instruments et sont soit commandés par le praticien par le biais d’une pédale ou par commande vocale, soit pilotés par un système de navigation pour le calcul des coordonnées dans l’espace de l’instrument. Le développement actuel des « Operating Rooms » induit une évolution des interfaces homme/instrument. De ce fait, il est possible de nos jours de suivre les mouvements de la tête du Neurochirurgien grâce à un pointeur fixé sur son casque qui seront transmis au bras support de l’endoscope.  L’analyse des mouvements de la tête du Neurochirurgien d’une part et de ses instruments d’autre part, permet un repositionnement du bras robotisé afin d’offrir un meilleur champ de vue ou angle de vision.

Exemples de systèmes de positionnement [3] :

-  AESOP (Computer Motion) et EndoAssist (Armstrong Healthcare) : positionnement d’endoscope.

-  NEURO2000 (Zeiss), SurgiScope® et ViewScope : positionnement de microscope.

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e)  Systèmes d’imagerie peropératoire 

L’ensemble des imageurs, présentés par la suite, sont utilisés en peropératoire afin de corriger les images préopératoires devenues obsolètes au cours de l’opération. En effet, l’intervention du neurochirurgien induit une modification de la structure des tissus cérébraux et ce dès la craniotomie (voir paragraphe II.5.b). Par conséquent, les images prises du patient avant l’opération ne représentent plus la position réelle des structures et nécessitent une correction. La solution à ce phénomène est le couplage du système de navigation en neurochirurgie à un dispositif d’imagerie peropératoire.

Figure 32 : IRM per- opératoire bas champ Polestar Medtronic

• L’IRM peropératoire à bas champ (figure 32), [23]

            Cette technique d’imagerie n’est certes pas performante en terme de résolution spatiale mais elle suffit pour être exploitée par les systèmes de neurochirurgie guidée par l’image. Elle possède l’avantage que les neurochirurgiens peuvent évoluer dans un environnement faiblement magnétique (0,12 Teslas pour le système Odin Polestar N10 de Medtronic [23]) qui permet l’utilisation d’instruments ferromagnétiques. De plus, sa capacité à se rétracter en position basse sous la table opératoire permet un gain de place. Il coûte 30% moins cher qu’un dispositif IRM classique (le coût de maintenance avoisine les 76 000€). [Annexe 1]

• L’IRM interventionelle peropératoire (figure 33):

Figure 33 : IRM interventionelle Siemens dédiée à la neurochirurgie

Dans le cas de l’IRM interventionnelle, l’antenne se placera toujours autour du champ opératoire pour obtenir une image optimale de la zone à traiter.

Dans le cas d’un IRM fermé, les gestes chirurgicaux sont effectués en dehors de l’aimant. L’IRM permet des contrôles successifs pendant l’opération.

Tableau 2 : Avantages et inconvénients de l’IRM interventionnelle

• l’ultrasonographie peropératoire (figure 34)

L’ultrasonographie peropératoire est basée sur les techniques d’imagerie par ultrasons classiques. Elle vient en complément de l’imagerie préopératoire IRM ou TDM. Elle doit être placée sur le cortex cérébral (étant inopérante sur l’os). Les données recueillies permettent de recaler le système de navigation en neurochirurgie à mesure que l’image de référence perd de sa valeur avec la résection tumorale. Un suivi de certains instruments est aussi possible [16]  ainsi qu’une imagerie vasculaire peropératoire avec la technologie écho doppler. Cette technologie est relativement récente mais n’est pas systématique. Le projet IRIS [24] développe l’utilisation de l’ultrasonographie 3D en peropératoire.

D’autres systèmes d’imagerie sont encore utilisés ; comme la Tomodensitométrie ou le CT.Scan (Computerised Tomography Scanner) [16], la fluoroscopie [3] (pour la fluoronavigation)…

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III.    Les nouveaux concepts et l’avenir des systèmes de navigation en neurochirurgie

1.      La vision des industriels

Les industriels orientent leurs recherches vers le développement de systèmes « clé en main » intégrant les systèmes de neuronavigation. Petit à petit, on s’oriente vers une situation ou le neurochirurgien aura tous les outils en main pour réaliser son opération dans des conditions optimales, tant au niveau de l’accessibilité des dispositifs médicaux (commandes vocales, écran tactiles) que de leur ergonomie, fiabilité et robustesse. Cette conception du bloc opératoire du futur induit un risque majeur pour le service biomédical en charge de leur installation. Ce risque repose sur les problèmes de compatibilité du système de neurochirurgie guidée par l’image avec l’appareillage environnant (Cf. Chap. III. 3.). La pression des lobbies industriels (partenariats, contrats de maintenance…) est une difficulté supplémentaire à prendre en compte. Les ingénieurs biomédicaux sont en droit de se demander quelles seront leurs libertés au niveau de l’évolutivité de tels aménagements, paramètre primordial de nos jours étant donné la rapidité de l’évolution des technologies et des enjeux économiques impliqués.

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2.  Un bloc opératoire dédié aux systèmes de navigation en neurochirurgie : BrainSuite® iMRI

Cette partie à pour but de donner une idée de ce à quoi peut ressembler un bloc opératoire intégrant un système de neurochirurgie guidée par l’image au 21ème siècle (et non pas de le promouvoir). Le concept clé en main présenté nommé BrainSuite® iMRI (figure 35) est développé par la société BrainLAB (Prix du bloc intégral : 5 à 6 millions d’euros [Annexe 1].

(a)

Figure 35 : (a) et (b) Modèle d’intégration d’un système de navigation en neurochirurgie dans un bloc opératoire équipé d’un système IRM

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3.      Réorganisation du bloc opératoire

L’introduction des systèmes de chirurgie guidée par l’image au bloc opératoire n’est pas uniquement une avancée technologique, c’est aussi une révolution organisationnelle de par :

• la formation du personnel au matériel
• les nouvelles règles d’asepsie
• la réticence à la manipulation du matériel informatique
• la difficulté dans la programmation des interventions

• la prise en charge de tels systèmes en urgence

Elle entraîne également des contraintes architecturales d’aménagement de l’espace et de conception du bloc opératoire. Il est possible d’intégrer les systèmes de neuronavigation dans les blocs actuels mais il faut rester prudent et rigoureux quant à la conception des futures salles qui devront tenir compte de contraintes architecturales, telles que :

• l’estimation de l’occupation de l’espace des dispositifs du bloc opératoire
• l’installation du système d’imagerie peropératoire et sa compatibilité avec le système de neuronavigation (champ magnétique pour l’IRM peropératoire…)
• le passage des câbles d’alimentation électrique, de réseau informatique …
• les compatibilités des réseaux de communication (Système d’Information Hospitalier SIH, Système d’Information Radiologique SIR, Systèmes PACS ou Picture Archiving & Communication System, formats et transferts d’images…)
• les possibilités de mise en place de téléconférence et téléformation autour du système de neurochirurgie guidée par l’image.

Enfin, la gestion du temps entre aussi en compte. D’une part, le choix d’une intervention en Neurochirurgie avec un système de neuronavigation requiert une immobilisation temporelle du dispositif médical relativement longue. D’autre part, le déploiement national des systèmes de neuronavigation au niveau des établissements de santé implique un partage éventuel entre différentes équipes ou spécialités de l’établissement et parfois même des structures voisines.

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4.      Thèmes de recherche

Les laboratoires français ou internationaux se penchent aujourd’hui sur les deux inconvénients majeurs des systèmes de navigation en neurochirurgie ou des procédures neurochirurgicales guidées par l’image. Ils ne s’appuient pas vraiment sur une connaissance du geste chirurgical réel et ne tiennent pas encore compte des modifications de l’anatomie du cerveau du patient lors de l’intervention neurochirurgicale. Par conséquent, le défi est d’appuyer la conception des nouveaux systèmes de neuronavigation sur une modélisation des procédures chirurgicales en les décomposant en étapes associées à une action. Dans un second temps, il faudra tenir compte des mouvements de la matière pendant l’opération en mettant à jour les images préopératoires grâce à la détection et à la quantification de ces mouvements. L’outil adéquat est la modélisation mathématique des propriétés biomécaniques des tissus cérébraux ainsi que l’association de l’imagerie peropératoire telle que l’IRM. Néanmoins, il n’existe toujours pas de solution totalement satisfaisante pour pallier à ce problème. C’est pourquoi tous les efforts en terme de recherche sont concentrés vers cette problématique qui relève de l’informatique et des techniques de modélisation. Le service de Neurochirurgie de Rennes et le laboratoire IDM (Intégration de Données Multimédia) de l’Université I de Rennes travaillent sur de tels projets d’amélioration des systèmes de navigation en neurochirurgie. [25]

Les autres thèmes de recherche d’actualité sont :

-         La correction automatique, en temps réel des images peropératoires IRM (Universités de Liège et de Bruxelles) [17]

-         Les nouvelles possibilités d’extension des systèmes de navigation à des simulateurs

-         L’utilisation de l’IRMf peropératoire (inconvénients : malade éveillé, temps trop long de 45 min, champ magnétique trop important de 3T [17])

-      Le couplage des systèmes de navigation aux nouvelles techniques d’imagerie du type TEP (imagerie fonctionnelle permettant de localiser les tumeurs grâce à leur consommation en glucose. Utilisation du marqueur [¹⁸F] FDG), tractographie IRM (permettant la localisation des faisceaux de neurones qui peuvent être comprimés ou déplacés par une tumeur, leur position anatomique est alors anormale)

-         La fusion des modalités d’imagerie

-         La création de nouveaux atlas anatomiques

-         Le développement de l’approche réseau et l’intégration des systèmes de neuronavigation à ces réseaux (intégration aux SIH, SIR …)

-         La conception de nouveaux capteurs dédiés à la neuronavigation en neurochirurgie

-         Le développement de nouveaux algorithmes mathématiques de correction des images, plus performants et plus rapides [Annexe 1]

-        ... …

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Conclusion

Les systèmes de navigation en neurochirurgie sont aujourd’hui des technologies de pointe approuvées par un grand nombre de neurochirurgiens et de scientifiques. En effet, même si leur bénéfice en terme de coût et de temps pour les établissements de santé reste à démontrer, leur avantage est  certain concernant le patient (temps d’hospitalisation diminué, complications postopératoires minimisées,…).

L’attrait des neurochirurgiens pour cette technologie se ressent par le nombre de services de neurochirurgie équipés dans les centres hospitaliers publics (92% de services en sont dotés et ont accès à un système de neuronavigation en France) [ Annexe 1]. Cependant, cela implique une réorganisation du bloc opératoire notamment suite à l’implantation de concepts « clé en main » intégrant un équipement d’imagerie peropératoire (IRM, CT…).

Aujourd’hui, l’évolution de ces systèmes est surtout liée au progrès de l’informatique et au développement de nombreux logiciels et algorithmes toujours plus performants.

Bien que le rôle de la technologie soit de plus en plus prépondérant, le neurochirurgien ne doit pas être asservi par la machine mais seulement guidé et rester maître de ses actes.

A l’heure actuelle, « Les systèmes de neuronavigation sont au neurochirurgien ce que le microscope est au biologiste, autrement dit un outil d’aide quasi indispensable ».

Néanmoins, on est en droit de se demander ce que sera l’avenir des systèmes de navigation en neurochirurgie concernant l’exérèse des tumeurs compte tenu de l’évolution de la recherche en génie génétique [17] : thérapies géniques, immunothérapie et vaccinothérapie…

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Bibliographie

Revues scientifiques :

[2] Stéphane Lavallée. Gestes médico-chirurgicaux assistés par ordinateur (GMCAO), ITBM, Novembre 1999, vol. 20, supplément n°1, ISSN 0243-7228

[3] A. –F Fay, J.-P. Perrin, E. Féry-Lemonnier. Classification des systèmes de robotique chirurgicale et de chirurgie assistée par ordinateur. ITBM-RBM, 2002, 23, 326-332

[4] L. Bourgeois, M. Decouvelaere, Chirurgie assistée par ordinateur : les télémanipulateurs chirurgicaux. ITBM-RBM, 2004, 25, 14-27

[14] Di Donato P, Bergery A, Largillière S, Lemaire JJ. La neuronavigation : principe et intérêt. ITBM-RBM 2000 ; 21 : 70-7

[19] Eric Grimson, Image Guided Surgery, Artificial Intelligence Laboratory, MIT, Cambridge MA Michael Leventon, Stanford University, Palo Alto CA, Ron Kikinis, Brigham and Women's Hospital, Boston MA, welg@ai.mit.edu

[23] Utilisation de l’IRM intra-opératoire dans la neurochirurgie guidée par l’image, A.L Benabid, ITBM-RBM news juin-juillet 2005-vol 26-N° 3-4

[27] Pierrick Coupé, Pierre Hellier and Christian Barillot. Etat de l’art des méthodes de correction des déformations cérébrales peropératoires, rapport de recherche, Juin 2005, INRIA Rennes, N°5589, 51 p,  ISSN 0249-6399

[28] H. Landolt, Neurochirurgie : neuronavigation, must pour la neurochirurgie ? Ou expédition dans l’incertain…, Traduit par le Dr G-A. Berger, Highlights 2003, Forum Med Suisse, N° 52-52, 17

Rapports de stage et Travaux :

[5] Stéphane LITRICO. Assistance Robotique à la chirurgie hypophysaire, rapport de Stage, DEA SIC Image Vision, Nice Sophia Antipolis, septembre 2001.

[21] Iracane M., Schwob L., Vedoni C., Imagerie de navigation per-opératoire, Fiche technique, Module d’imagerie, DESS TBH 2001-2002, Université de technologies de Compiègne

[26] Système de Neuronavigation - Application et Marketing, A.Isnard, Stage DESS, UTC, 1997, pp 38

Sites Internet :

[1] Surgiscope : http://www.isis-robotics.com/fr/surgiscope.html

[6] Dienst Neurochirurgie, www.neurochirurgie.be/fr/index.php?Frame=/fr/ body-neuronavigatie.php

[7] Neuronavigation. http://www.chuv.ch/neurochir/nch_home/nch_cliniques /nch_interventions_adultes/nch_neuronavigation.htm

[8] Fusion de données en chirurgie guidée par l’image Labo IDM France, http://idm.univ-rennes1.fr/theme1.html

[13] Réseau N7 CHU Rouen,  http://www.reseau-chu.org/Journal7/Rouen7.htm

[15] Campus numérique de neurochirurgie société française de neurochirurgie http://www.unilim.fr/campus-neurochirurgie/

[16] BrainLAB Global Site, www.brainlab.com/download/pdf/BrainLAB_  Neurosurgery_Solutions.pdf

[17] Navigation en mode virtuel - neurochirurgie - N° 212 - Juin 2005 – Par numéro Athena, http://recherche-technologie.wallonie.be/xml/doc__fr-IDC-1418-IDD-1669-PROFIL-PART-.html

[18] Utilizing Segmented MRI Data in Image-Guided Surgery, Grimson, W.E.L., Ettinger, G.J., Kapur, T., Leventon, M.E., Wells III, W.M. and Kikinis http://www.ai.mit.edu/projects/medical-vision/surgery/surgical_navigation.html

[20] Dienst Neurochirurgie, www.neurochirurgie.be/fr/index.php?Frame=/fr/ body-neuronavigatie.php

[22] CHUS: www.neurochirurgie.ca/freepage.php?page=3

[24] Precarn – Ultrason tridimensionnel à l’appui d’interventions fondées sur l’image (TULIP), www.precarn.ca/IRIS/IRISphase3projects/itemqCobQzA UgA_fr.html

[25] Laboratoire IDM, http://sim3.univ-rennes1.fr/recherche.html

Medtronic, www.medtronic.com 

Medtronic ENT, www.xomed.com

www.spineuniverse.com

Radionics : Image guided surgery, http://www.radionics.com/default-igs.shtml

Réglementation et normes :

[9] Norme EN 6000, http://sagaweb.afnor.fr/Default.asp?cookie%5Ftest= 32818416

[10] Food and Drug Administration, http://www.fda.gov/

[11] Agence Française de Sécurité Sanitaire des Produits de Santé, http://afssaps.sante.fr/

[12] Code des marchés publics, http://www.legifrance.gouv.fr/

Cours :

Cours Master2 Management des Technologies en Santé Université de Technologies de Compiègne, année 2005-2006, Mr Vigneron

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Index figures et tableaux 

Figures

Figure 1: Cadre stéréotaxique appliqué sur la tête du patient

 (Source : www.nvvn.org) 

Figure 2 : Système de neuronavigation Omnisight Excel™ de Radionics™

(Source : www.radionics.com/products/frameless/omnisight/omnisight-brochure.pdf )

Figure 3 : Système de neuronavigation StealthStation® TREON™  Medtronic

(Source : www.spineuniverse.com/displayarticle.php/article728.html)

Figure 4 : Le robot chirurgical DA VINCI®

 (source : www.utc.fr/~farges/DESS_TBH/99-00/projets/robots/robots.htm)

Figure 5 : Système de navigation pour la chirurgie maxillo-faciale, endonasale et ORL, Digipointeur®, société Collin ORL

(Source : www.collin-orl.com/index.php?rub=digipointeur) 

Figure 6 : La boucle Perception/Décision/Action

(Source P.Cinquin & Al. IMAG Grenoble)

Figure 7 : Affichage d’une console de planning/navigation (Photo BrainLAB).

(Source : www.brainlab.com/download/pdf/BrainLAB_Neurosurgery_Solutions.pdf) 

Figure 8 : les étapes de l’utilisation d’un système de neuronavigation en phase peropératoire

 (Source : www.brainlab.com/download/pdf/BrainLAB_Neurosurgery_Solutions.pdf , www.medtronic.com,  www.nrc-cnrc.gc.ca) 

Figure 9 : Représentation d’un méningiome en neuronavigation multimodalité (Laboratoire IDM RENNES-France)

(Source : idm.univ-rennes1.fr/theme1.html) 

Figure 10 : Cadre stéréotaxique

(Source : www.ulb.ac.be.erasme.fr) 

Figure 11 : marqueurs collés sur la tête du patient

 (Source : www.neurochirurgie.be/fr/index.php?frame=/fr/body-neuronavigatie.php) 

Figure 12 : Identification de la position du patient par pointeur (Digipointeur® Collin ORL)

(Source : www.collin-orl.com/index.php?rub=digipointeur) 

Figure 13 : ISG Viewing Wand, systèmes interactifs de neuronavigation

(Source : www.neurochirurgie.be/fr/index.php?frame=/fr/body-neuronavigatie.php) 

Figure 14 : Dispositif de localisation d’instruments et du microscope (Photo H.Landolt)

(Source : www.medicalforum.ch/pdf/pdf_f/2003/2003-51/2003-51-256.PDF) 

Figure 15 : Principe de triangulation des systèmes de repérage

(Source : www.radionics.com/products/frameless/omnisight/omnisight-brochure.pdf  et www.medtronic.com) 

Figure 16 : Stations informatiques de préplanning VectorVision® (a)  et (b)

(Source : www.neurochirurgie.be/fr/index.php?frame=/fr/body-neuronavigatie.php) 

Figure 17 : console de pré planning mobile  iPLAN®

(Source : www.brainlab.com/download/pdf/BrainLAB_Neurosurgery_Solutions.pdf) 

Figure 18 : Station de navigation The StealthStation® ION™

(Source : www.spineuniverse.com/displayarticle.php/article726.html)

Figure 19 : Système de neuronavigation Omnisight Excel™ de Radionics™

(Source : www.radionics.com/products/frameless/omnisight/omnisight-brochure.pdf ) 

Figure 20 : Affichage des paramètres de pré planning sur la console de navigation

(Source : www.brainlab.com/download/pdf/BrainLAB_Neurosurgery_Solutions.pdf) 

Figure 21 : Système de navigation Kolibri® BrainLAB

(Source : www.brainlab.com/download/pdf/BrainLAB_Neurosurgery_Solutions.pdf) 

Figure 22 : Système de navigation VectorVision® Compact BrainLAB

(Source : www.brainlab.com/download/pdf/BrainLAB_Neurosurgery_Solutions.pdf) 

Figure 23 : Système de navigation VectorVision2® BrainLAB

(Source : www.brainlab.com/download/pdf/BrainLAB_Neurosurgery_Solutions.pdf) 

Figure 24 : Système de neuronavigation VectorVision® Sky & Data Panel de BrainLAB

(Source : www.brainlab.com/download/pdf/BrainLAB_Neurosurgery_Solutions.pdf) 

Figure 25 : Illustration du phénomène de « Brainshift » sur des Images par Résonnance Magnétique intraopératoire (IRMi).

(Source : Photo brainshift Pierrick Coupé, Pierre Hellier and Christian Barillot. Etat de l’art des methods de correction des deformations cérébrales peropératoires, rapport de recherche, Juin 2005, INRIA Rennes, N°5589, 51 p,  ISSN 0249-6399) 

Figure 26 : Console de navigation BrainLAB Photo H. Landolt

(Source : www.medicalforum.ch/pdf/pdf_f/2003/2003-51/2003-51-256.PDF) 

Figure 27 : Microscope opératoire SurgiScope®

(Source : www.isis-robotics.com/fr/surgiscope.html ) 

Figure 28 : Instruments de neurochirurgie équipés de capteurs  pour la navigation (Photo BrainLAB)

(Source : www.brainlab.com/download/pdf/BrainLAB_Neurosurgery_Solutions.pdf) 

Figure 29 : Instruments de neurochirurgie équipés de capteurs  pour la navigation (Photo Medtronic Sofamor Danek)

(Source : www.spineuniverse.com/displayarticle.php/article728.html) 

Figure 30 : Tables dédiées aux interventions neurochirurgicales

(Source : www.medproducts.com2) 

Figure 31 : Table d’opération neurochirurgicale associée à un système de navigation BrainLAB

(Source : www.brainlab.com/download/pdf/BrainLAB_Neurosurgery_Solutions.pdf) 

Figure 32 : IRM peropératoire bas champ Polestar Medtronic

(Source : www.ulb.ac.be/erasme/fr/actualites/communiques/polestar-n10-conferencedepresse.htm) 

Figure 33 : IRM interventionelle Siemens dédiée à la neurochirurgie

(Source : www.brainlab.com/download/pdf/BrainLAB_Neurosurgery_Solutions.pdf) 

Figure 34 : (a) Utilisation de l’imagerie ultrasonore peropératoire en neurochirurgie (Photo H.Landolt) (Source : www.medicalforum.ch/pdf/pdf_f/2003/2003-51/2003-51-256.PDF), (b) système d’imagerie ultrason peropératoire (Source : www.neurochirurgie.ca/freepage.php?page=3) 

Figure 35 : (a) et (b) Modèle d’intégration d’un système de navigation en neurochirurgie dans un bloc opératoire équipé d’un système IRM

(Source : www.brainlab.com/download/pdf/BrainLAB_Neurosurgery_Solutions.pdf) 

Tableaux

Tableau 1 : Avantages et inconvénients des systèmes de repérage en navigation

Tableau 2 : Avantages et inconvénients de l’IRM interventionnelle