La réalité augmentée en chirurgie orthopédique

Les images médicales que nous utilisons pour nos interventions sont le plus souvent des images bidimensionnelles qui nous servent en peropératoire pour repérer des structures anatomiques. L’inconvénient majeur de cette approche est l’absence de relation spatiale entre le patient et ces mêmes images. Pour assurer cette relation, il est nécessaire de procéder de façon répétée à un recalage mental intra-opératoire. La réalité augmentée est une technique d’affichage qui offre assistance et guidage durant les étapes de navigation en permettant l’incrustation et la combinaison d’informations supplémentaires dans le monde réel environnant. Proposée en France dès la fin des années 80 (neuro-navigation), cette technique s’est étendue à d’autres spécialités dont l’orthopédie dans les années 90 avec plusieurs équipes pionnières en matière de navigation. Typiquement les informations supplémentaires proviennent d’images fournies par un ordinateur à partir de sources variées (IRM, TDM, Scintigraphie, Ultra-sons, Amplificateur de brillance) ou une caméra vidéo. Dans sa deuxième phase de développement, la réalité augmentée fournit au chirurgien une relation spatiale directe entre les images médicales et le patient en les mettant en correspondance en temps réel sur la région anatomique opérée. L’image est ainsi projetée sur le patient et apparaît dans la même orientation et dans la même position que la structure anatomique correspondante. On peut déjà relever quelques applications cliniques intéressantes en chirurgie rachidienne ou en traumatologie (vissage pédiculaire, ostéosynthèses périphériques et verrouillage distal des clous centromédullaires). Les problèmes à résoudre restent toutefois nombreux : dans quelles situations avons-nous besoin d’informations (planification préopératoire, navigation intra-opératoire ou évaluation post-opératoire) ? Quelle est l’information réellement utile ? De quelle précision avons-nous besoin ? Comment diffuser et exposer correctement ces informations ? L’application universelle n’existe pas pour l’instant et les développements futurs nécessitent une étroite collaboration entre médecins et scientifiques.

我们用于手术操作的医学影像大多为二维图像，用于术中识别解剖结构。该方法的核心缺陷在于，患者与这类影像之间缺乏直接的空间关联。为建立这种关联，术者需在术中反复进行心理配准。增强现实（Augmented Reality, AR）是一类显示技术，可通过在真实环境中叠加并融合额外信息，为手术导航阶段提供辅助与引导。该技术于20世纪80年代末在法国首次提出，最初应用于神经导航领域，随后于90年代扩展至其他专科，其中骨科领域诞生了多支导航技术先驱团队。通常，额外信息可由计算机从多种数据源生成影像获得，包括磁共振成像（Imagerie par Résonance Magnétique, IRM）、计算机断层扫描（Tomodensitométrie, TDM）、核素显像、超声以及亮度放大器，或通过视频摄像头采集获取。在发展的第二阶段，增强现实技术可通过在手术解剖区域实时匹配医学影像与患者本体，为外科医生建立二者间的直接空间关联。此时影像可投射至患者体表，且呈现出与对应解剖结构完全一致的方位与位置。目前该技术已在脊柱外科或创伤外科领域展现出若干颇具价值的临床应用案例，例如椎弓根螺钉置入、外周骨钢板内固定以及髓内钉远端锁定操作。但仍有诸多问题亟待解决：我们需要在哪些场景下获取相关信息（术前规划、术中导航或术后评估）？哪些信息才是真正实用的？我们需要达到何种精度？如何正确地传递与展示这些信息？目前尚无通用的增强现实手术应用方案，未来的技术发展需要医学界与科研界开展紧密协作。