Validation of a Mixed Reality Neuronavigation System Using Standardized 3D-Printed Skull Phantoms
Cette étude valide un système de neuronavigation en réalité mixte utilisant des fantômes de crâne imprimés en 3D, démontrant qu'il atteint une précision cliniquement acceptable et une faible latence, ce qui en fait une alternative viable et rentable aux systèmes optiques conventionnels.
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Au bloc opératoire, la tâche la plus critique d'un neurochirurgien consiste souvent à trouver une cible minuscule et cachée au plus profond du cerveau et à l'extraire sans perturber les tissus sains délicats qui l'entourent. Pour ce faire, en toute sécurité, les chirurgiens s'appuient sur des systèmes de navigation qui agissent comme un GPS de haute technologie, indiquant précisément où se trouvent leurs instruments par rapport à l'anatomie du patient. Pendant des décennies, ces systèmes ont fonctionné en projetant une image en deux dimensions sur un moniteur séparé. Cela force le chirurgien à détourner constamment le regard de la tête du patient pour consulter l'écran, puis à regarder à nouveau pour opérer, brisant ainsi sa concentration et ajoutant une charge mentale. Une approche plus récente, connue sous le nom de réalité mixte, tente de résoudre ce problème en projetant un hologramme en trois dimensions du cerveau directement dans le champ de vision du chirurgien, lui permettant de voir les structures internes comme s'il regardait à travers le crâne du patient. Cependant, pour que cette technologie puisse être dignue de confiance dans des situations de vie ou de mort, elle doit prouver qu'elle est aussi précise et réactive que les systèmes établis actuellement en usage.
Des chercheurs de l'Hôpital du Peuple de Zhuhai et leurs collaborateurs se sont donné pour mission de tester si un système de navigation en réalité mixte conçu sur mesure pouvait répondre à ces normes strictes. Au lieu de tester sur des patients humains, ce qui serait éthiquement complexe et risqué pour un nouvel appareil, ils ont créé un terrain d'essai contrôlé utilisant cinq modèles de crânes humains imprimés en 3D de haute précision. Ces modèles ont été fabriqués à partir de données réelles de scanners médicaux et comprenaient de petites pointes en acier placées à des endroits spécifiques et connus pour servir de points de référence. L'équipe a utilisé ces modèles pour comparer leur nouveau système de réalité mixte à un système de navigation optique commercial standard, déjà largement utilisé dans les hôpitaux. Ils ont mesuré à quel point la carte numérique correspondait au modèle physique et la rapidité avec laquelle le système réagissait lorsque le chirurgien déplaçait ses outils.
Les résultats ont montré que le système de réalité mixte a performé remarquablement bien. Lorsque les chercheurs ont mesuré la distance entre la cible numérique et la pointe d'acier réelle, le nouveau système présentait une erreur moyenne de 1,37 millimètre. Le système commercial établi était légèrement plus précis, avec une erreur moyenne de 1,1 millimètre. Bien que le nouveau système ne soit pas tout à fait aussi parfait que le système traditionnel, les deux se situaient largement dans la marge de sécurité que les médecins considèrent comme acceptable pour la chirurgie cérébrale, qui est généralement inférieure à 2 millimètres. Cela signifie que le guidage holographique était suffisamment précis pour être utilisé en toute sécurité dans un véritable bloc opératoire.
La vitesse était un autre facteur critique, car même un infime délai entre le mouvement d'un outil et le mouvement observé sur l'écran pourrait être dangereux. Les chercheurs ont mesuré ce délai en enregistrant la réponse du système avec une vidéo à haute vitesse. Ils ont constaté que le système de réalité mixte réagissait en environ 108 millisecondes. C'est assez rapide pour paraître instantané pour un chirurgien humain, garantissant que l'image holographique se déplace en parfaite synchronisation avec les instruments physiques. L'étude a conclu que cette méthode de test par impression 3D offrait un moyen fiable de valider la technologie, prouvant que le système de réalité mixte constitue une alternative viable, rentable et conviviale aux outils de navigation traditionnels coûteux et complexes. En permettant aux chirurgiens de voir le cerveau en trois dimensions sans détourner le regard, cette technologie pourrait réduire la fatigue et améliorer la précision des futures procédures neurochirurgicales.
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