D´ efinition du probl` eme et difficult´ es

Les objectifs de cette th`ese sont de r´epondre `a ces besoins en ´etudiant et proposant un syst`eme de guidage pour faciliter l’identification des art`eres cibles de l’intervention. Nous avons vu au chapitre pr´ec´edent qu’un tel syst`eme de chirurgie assist´e par ordinateur est

2.3 D´efinition du probl`eme et difficult´es 45

caract´eris´e par une approche globale, de l’imagerie pr´e-op´eratoire, la mod´elisation et la pla-nification de l’intervention `a la transposition au bloc op´eratoire et `a la r´ealisation du geste. Nous allons donc examiner chacun des aspects de cette chaˆıne d’actions sur le plan scienti-fique, clinique et technique.

2.3.1 Caract´eristiques du syst`eme

L’assistance informatis´ee par guidage laisse au chirurgien toute sa libert´e d’action et le gui-dage visuel semble le plus int´egrable `a l’approche endoscopique. N´eanmoins l’utilisation d’un syst`eme t´el´e-op´er´e laisse envisageable un guidage haptique au niveau de l’interface homme-machine mˆeme si sa r´ealisation semble techniquement et ergonomiquement plus d´elicate.

Les syst`emes t´el´e-op´er´es ´eloignent physiquement le chirurgien du site op´eratoire tout en essayant de lui procurer un confort qui lui donne la sensation d’ˆetre au contact des organes op´er´es : les mouvements naturels du chirurgien sont r´etablis malgr´e le point d’entr´ee fixe dans le corps du patient, des degr´es de libert´es sont disponibles `a l’extr´emit´e des bras robotis´es pour “amener” le poignet du chirurgien `a l’int´erieur du patient, enfin la vision st´er´eoscopique immerge le chirurgien dans l’espace op´eratoire. Le syst`eme de guidage doit donc ˆetre en accord avec cette “mise en situation” du chirurgien et la pr´esentation d’informations se faire directement sur le champ op´eratoire. Les syst`emes de r´ealit´e augment´ee r´epondent `a ce principe.

L’objectif de notre syst`eme de guidage par r´ealit´e augment´ee est donc de pr´esenter de mani`ere coh´erente par rapport `a la vue endoscopique, les art`eres cibles de l’intervention chirurgicale, les zones o`u les points planifi´es d’anastomose et diverses autres informations.

2.3.2 Difficult´es techniques

Les deux principaux volets du probl`eme `a r´esoudre sont : la mod´elisation pr´e-op´eratoire des art`eres coronaires et le recalage de ce mod`ele avec les images endoscopiques. Ce probl`eme comporte de nombreuses difficult´es.

Tout d’abord le cœur est un organe anim´e d’un mouvement propre complexe dont il faut tenir compte pour l’imagerie et la mod´elisation. De plus, l’identification intra-op´eratoire des zones cibles de l’intervention est r´ealis´ee avant l’arrˆet du cœur. Le battement cardiaque est donc pr´esent au moment du recalage mˆeme dans les op´erations sur cœur arrˆet´e.

Ensuite, la respiration du patient induit un mouvement du cœur. Durant l’intervention, bien que le poumon gauche soit collaps´e, le poumon droit “pousse” l´eg`erement le cœur. Ce probl`eme peut ˆetre r´esolu en contrˆolant momentan´ement le volume pulmonaire du patient.

Le d´egagement d’un espace op´eratoire suffisant entre le sternum et la face ant´erieure du cœur, par collapsus du poumon gauche et insufflation de dioxyde de carbone, provoque un d´eplacement du cœur `a l’int´erieur de la cage thoracique (voir figure 2.11). Ce d´eplacement est identifi´e comme ´etant principalement une translation d’avant en arri`ere par les chirurgiens dont ils ´evaluent empiriquement et grossi`erement l’importance `a 2 cm. Des moyens d’imagerie intra-op´eratoire sont donc n´ecessaires pour corriger ce d´eplacement.

Ceux-ci, applicables au cœur, sont peu nombreux et particuli`erement difficiles `a mettre en œuvre en situation mini-invasive `a cause de leur compatibilit´e et de l’encombrement de l’es-pace op´eratoire, ici peu ´etendu. L’imagerie ultrasonore, en constant progr`es, semble `a terme, la plus adapt´ee et cette piste demande `a ˆetre explor´ee (´echocardiographie trans-œsophagienne, Doppler `a codage couleur). Les images vid´eo-endoscopiques constituent actuellement notre unique moyen d’imagerie intra-op´eratoire. Celles-ci fournissent des donn´ees visuelles

am-big¨ues aux caract´eristiques difficiles `a traiter en vision par ordinateur : mouvement rapide et complexe, aspect mouill´e et transparent des tissus observ´es, r´eflexions sp´eculaires dues aux propri´et´es des tissus et `a l’´eclairage direct de l’endoscope.

Poumon

gauche ^Poumondroit

Sternum Coeur

Péricarde

(a) Thorax au repos

CO2 Collapsus du poumon

gauche

(b) Thorax en condition op´eratoire

Fig. 2.11 –Quelques effets des conditions op´eratoires : collapsus du poumon gauche et insufflation de CO2 - D’apr`es un dessin du Professeur Nguyen Huu de la Facult´e de M´edecine de Brest [Huu, 2002]

2.3.3 Contraintes cliniques

Le but du syst`eme est d’apporter une valeur clinique ajout´ee. Un indicateur simple peut ˆetre d´efini ici : Quelle est l’augmentation du taux de succ`es d’identification des art`eres cibles, constat´e lors de l’utilisation du syst`eme de guidage?

Pourtant cet indicateur n’est pas suffisant car la valeur ajout´ee se mesure aussi par le respect de contraintes cliniques fortes :

1. Dans l’application vis´ee, le temps consacr´e `a la tˆache d’identification des art`eres est essentiel : le syst`eme de guidage doit am´eliorer le taux de succ`es mais aussi le faire dans un temps tr`es limit´e ou bien am´eliorer les temps utilis´es habituellement.

2. Les contraintes cliniques se posent aussi en terme de protocole : quels sont les moyens n´ecessaires suppl´ementaires (nouveaux examens, nouvelles modalit´es) pour adapter un protocole existant au syst`eme?

3. Enfin l’ergonomie du syst`eme doit aussi ˆetre pens´ee d`es sa conception pour une utili-sation simplifi´ee. Nous visons ici, `a terme, une utilisation par un chirurgien d’un bout `

a l’autre de la chaˆıne.

2.3.4 Contraintes de mises en œuvre

Celles-ci concernent en particulier l’aspect logiciel. Nous souhaitons int´egrer nos solutions sous forme de modules, dans une plate-forme logicielle commune d´evelopp´ee pour r´esoudre, en particulier, les probl`emes de planification de l’intervention [Adhami et Coste-Mani`ere, 2002] et qui constitue l’ossature d’un syst`eme de chirurgie assist´e par ordinateur.

Nous souhaitons aussi d´evelopper des solutions g´en´eriques dans un soucis d’´evolutivit´e et d’ouverture `a d’autres situations : chirurgie endoscopique non robotis´ee, endoscope mono ou st´er´eoscopique, autres sp´ecialit´es chirurgicales. . .