The Evolution of Spatial Computing in Spine Surgery: Tracing the Historical Arc to Present Day Implementation. World Neurosurgery.
https://doi.org/10.1016/j.wneu.2025.124514Informatique spatiale
L’informatique spatiale combine des technologies qui intègrent les informations numériques au monde physique, notamment la réalité augmentée (AR), la réalité virtuelle (VR), l’intelligence artificielle (AI), l’imagerie avancée et la robotique. En chirurgie, ces outils permettent aux cliniciens de visualiser et manipuler les données anatomiques en trois dimensions. Ils peuvent être utilisés en planification préopératoire comme en peropératoire, offrant une meilleure compréhension spatiale.
Les débuts de l’imagerie médicale
Les premiers efforts remontent à 1895, lorsque Roentgen a découvert les rayons X. Cette découverte a rapidement été appliquée en radiologie pour localiser des corps étrangers chez les patients, tels que des aiguilles et des balles. En 1908, une autre avancée importante a suivi. Initialement testé sur des singes, Horsley et Clarke ont introduit un dispositif stéréotaxique appliquant un système de coordonnées cartésiennes au cerveau à l’aide d’un cadre externe. Cette technique a contribué au développement de la neurochirurgie et reste fondamentale aujourd’hui, car elle permet un ciblage plus précis de zones spécifiques du cerveau.
Développements suivants
Dans les années 1970, Godfrey Hounsfield a introduit la tomodensitométrie (CT), permettant de représenter les densités tissulaires sous forme de valeurs numériques standardisées, appelées unités Hounsfield. À la fin des années 1980 et au début des années 1990, les systèmes de navigation sans cadre ont libéré les chirurgiens des cadres stéréotaxiques traditionnels. Les innovations ultérieures en navigation rachidienne avancée, telles que le bras articulé, StealthStation et NeuroStation, ont permis l’enregistrement sans cadre, le suivi en temps réel et l’intégration de CT, IRM et fluoroscopie. Après l’approbation de la FDA en 1996, le système StealthStation a été largement adopté pour les chirurgies crâniennes et rachidiennes.
Techniques d’imagerie modernes
L’imagerie peropératoire joue un rôle important en chirurgie de la colonne vertébrale, offrant aux chirurgiens une vue en temps réel pour guider leur travail. Parmi les nombreuses méthodes disponibles, la CT et la fluoroscopie sont les plus couramment utilisées en neurochirurgie et en orthopédie. Cependant, les patients comme les équipes chirurgicales sont exposés aux radiations, rendant l’optimisation des doses et les mesures de protection essentielles pour réduire les risques à long terme.
Les technologies plus récentes, y compris le CT à semi-conducteurs et les plateformes assistées par robot, améliorent la précision et soutiennent les procédures mini-invasives. Cependant, les coûts élevés et la formation spécialisée peuvent limiter leur adoption à grande échelle.
Dispositifs d’imagerie modernes
Les dispositifs modernes d’imagerie peropératoire combinent une imagerie 2D et 3D haute résolution avec des capacités de navigation avancées. Ils intègrent plusieurs modalités d’imagerie, telles que le CT à faisceau conique ou en éventail et la fluoroscopie.
Ces systèmes peuvent fournir des visualisations dynamiques en temps réel ou quasi réel, permettant aux chirurgiens d’observer de subtils changements anatomiques. Certains dispositifs intègrent également une assistance robotique, réduisant l’exposition aux radiations et améliorant la précision des procédures, en particulier pour les chirurgies complexes de la colonne vertébrale et orthopédiques.
Chirurgie robotique
La chirurgie rachidienne assistée par robot utilise des bras robotiques intégrés à des systèmes de navigation pour améliorer la précision chirurgicale et le guidage des instruments. Ces systèmes nécessitent un opérateur et ne sont pas autonomes. Ils permettent aux chirurgiens de réaliser des procédures mini-invasives avec une plus grande précision, comme le positionnement précis des vis, tout en réduisant l’exposition aux radiations et en améliorant la stabilité pendant les opérations. Les premiers systèmes comme da Vinci, approuvé par la FDA en 2000, ont ouvert la voie aux applications rachidiennes. Les modèles modernes comme MazorX, ExcelsiusGPS et ROSA Spine combinent planification préopératoire et guidage peropératoire pour optimiser les résultats chirurgicaux.
Planification préopératoire en chirurgie de la colonne vertébrale
Aujourd’hui, la planification préopératoire en chirurgie de la colonne vertébrale repose sur des logiciels avancés alimentés par des réseaux neuronaux et l’apprentissage automatique. Des plateformes comme Surgimap et UNiD utilisent l’imagerie des patients pour créer des modèles 3D détaillés, permettant d’évaluer les paramètres spinopelviens, de planifier les ostéotomies et de sélectionner les implants appropriés.
Une plateforme plus récente pour la planification préopératoire est la VR. Elle offre aux chirurgiens un environnement 3D immersif pour interagir avec l’anatomie spécifique du patient, améliorant la compréhension spatiale et la stratégie chirurgicale. En VR, les chirurgiens peuvent sélectionner et ajuster les densités tissulaires, tester virtuellement des implants ou des ostéotomies. Cela leur permet d’anticiper les défis avant d’entrer en salle d’opération. Ces plateformes prennent également en charge la planification collaborative, permettant à plusieurs cliniciens de revoir et discuter ensemble du plan chirurgical, même à distance.
Imagerie spatiale peropératoire
La réalité augmentée (AR) est apparue avec la généralisation des smartphones et des dispositifs portés sur la tête, superposant des informations numériques au monde physique. En chirurgie de la colonne vertébrale, l’AR est utilisée pour superposer des images 3D de la colonne du patient à son anatomie réelle, permettant aux chirurgiens de « voir à travers » les tissus et de guider les instruments.
La réalité mixte (MR) étend l’AR en permettant l’interaction entre les éléments virtuels et physiques. En salle d’opération, la MR permet aux chirurgiens de manipuler du contenu virtuel 3D en temps réel, offrant un guidage amélioré pour des tâches telles que le placement de vis pédiculaires ou la vérification de l’alignement. Bien que moins répandue que l’AR, la MR présente un fort potentiel pour améliorer la précision, la compréhension spatiale et l’efficacité des flux de travail en chirurgie rachidienne.
Segmentation par IA
La segmentation par IA en chirurgie de la colonne vertébrale utilise l’intelligence artificielle pour identifier et différencier automatiquement les différents tissus dans les images médicales. Contrairement aux méthodes traditionnelles nécessitant une segmentation manuelle, ce processus peut désormais être réalisé en moins d’une minute, extrayant des informations cliniquement pertinentes à partir d’images 3D brutes.
Les outils avancés peuvent segmenter plus de 100 structures anatomiques à partir de scanners CT, permettant une identification rapide et cohérente des organes, des vaisseaux et d’autres tissus critiques, ce qui soutient une planification plus précise et un meilleur guidage peropératoire.
Comment commencer
Medicalholodeck s'intègre aux systèmes hospitaliers sécurisés, offrant un accès PACS, une gestion des données conforme à la loi HIPAA et une sécurité totale des données des patients. Il fonctionne sur des écrans 3D stéréoscopiques, des casques VR, des appareils mobiles et des systèmes Windows standard, permettant une utilisation flexible dans les hôpitaux, les salles de classe et les centres de formation.
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