Séances ordinaires

Lorsque les vertèbres ont une disposition normale dans le plan sagittal, les visées pédiculaires sont relativement faciles ; lors des déformations scoliotiques, la rotation des vertèbres et leurs déformations modifient l'orientation et la morphologie des pédicules dont les vis devront néanmoins emprunter le trajet. La visée pédiculaire assistée a été validée sur os secs et sur segments de colonnes cadavériques avant les premières utilisations cliniques. La détermination de la direction pédiculaire se fait en trois étapes : une étape pré-opératoire consiste dans l'acquisition par tomodensitométrie d'un modèle tridimensionnel de la vertèbre ; une étape per-opératoire où l'arc postérieur de la vertèbre est palpé à l'aide d'un dispositif muni de diodes électro-luminescentes. La troisième étape est la mise en concordance des référentiels d'image pré et per-opératoire. L'outil de forage du chirurgien est muni lui aussi de diodes. On obtient un geste de précision submillimétrique et l'ensemble des temps à réaliser au bloc opératoire est rapide. Plus de 110 visées ont ainsi été réalisées sur 40 patients avec une précision inférieure ou égale à 1 mm dans 96 % des cas.

Les systèmes d’imagerie médicale numérique et les techniques
informatiques qui sont actuellement développés pour planifier et
réaliser certains actes opératoires en chirurgie orthopédique procurent
au chirurgien une panoplie d’outils performants qui sont capables
d’améliorer la précision du geste opératoire, sa fiabilité et le
résultat clinique, en même temps d’ailleurs que de permettre une
réduction du coût des soins et de la durée de l’hospitalisation. Les
principaux systèmes de navigation chirurgicale sont équipés de
quatre sous-ensembles :
1. Un système de recueil et d’enregistrement des informations numériques
spécifiques à chaque patient : images préopératoires
(radios conventionnelles, TDM, IRM) ; images peropératoires
(fluoroscopie, ultrasons) ; positionnement peropératoire d’outils ou
de segments osseux à l’aide de localisateurs tridimensionnels.
2. Un système de recalage permettant de replacer toutes les informations
et images numériques dans le champ opératoire du patient
en utilisant la fluoroscopie ; les ultrasons ; des repères anatomiques
remarquables ou de surface acquis de façon randomisée et aléatoire.
3. Un système d’aide à la décision permettant de planifier le geste
opératoire à l’aide d’informations multimodales : positionnement
interactif d’outils ou de segments osseux dans le champ opératoire ;
éléments prévisionnels de navigation (directions, axes, orientations,
longueurs d’un instrument…).
4. Un système d’aide à la réalisation du geste opératoire, permettant
de réaliser la stratégie optimale définie en préopératoire : le système
est passif lorsqu’il fournit des informations sur la position des outils
chirurgicaux dans le champ opératoire ; il est actif lorsqu’il s’agit
d’un robot qui effectue une tâche précise, autonome et déterminée à
l’avance.
Dans le futur, on peut envisager que les systèmes de navigation
chirurgicale permettront aux chirurgiens d’évaluer la fiabilité et la
précision de différentes techniques opératoires, première étape de
l’optimisation des thérapeutiques.

Computer Assisted Orthopaedic Surgery: Current state and future prospects.

Imaging, sensing and computing technologies that are being introduced
to aid in the planning and execution of surgical procedures
are providing orthopaedic surgeons with a powerful new set of tools
for improving clinical accuracy, reliability and patient outcomes
while reducing costs and operating times. Current computer assisted
surgery systems typically include four steps :
1. A measurement process for collecting patient-specific medical
data ; pre-operative images (CT, x-rays, MRI) ; intra-operative
images (fluoroscopy, ultrasound images) ; intra-operative positions
of tools or bones obtained using 3D localizers.
2. A registration process for aligning all images and data to the
patient coordinate system ; using anatomical landmarks ; using
bone surfaces digitized directly or with ultrasounds ; using x-rays
3. A decision making process for generating a surgical plan on
multi-modality information ; interactive placement of tools or bones
on images ; monitoring of criteria (angles, positions, impingement….)
4. An action process for accurately achieving the goals specified in
the plan ; passive systems that display the position of tools or bones
on images and data and active robots.
In the future, it is expected that computer assisted surgery systems
will enable surgeons to measure the performances of surgical techniques
accurately and consistently, which is a first step for optimization
of surgery.

Depuis 2007, le REseau Nord Alpin des Urgences (RENAU) regroupe les services d’urgence et de réanimation, les services de chirurgie, les médecins urgentistes et les radiologues des départements de la Savoie, de la Haute Savoie et de l’Isère.
Ces services ont eu en commun la volonté d’élaborer une filière de soin pour les traumatisés graves. Le but est de constituer, comme dans de nombreux pays en Europe et Outre Atlantique, un véritable « trauma système » intégrant l’originalité française de la prise en charge pré-hospitalière avec les « S.A.M.U » et en faisant participer tous les acteurs des centres hospitaliers de l’Arc Alpin (Savoie, Haute Savoie, Isère).
L’idée du départ consistait à s’unir pour évaluer et améliorer la qualité des soins aux traumatisés graves en optimisant leur prise en charge par les SAMU, mais aussi au sein de chaque centre, notamment en utilisant les compétences des chirurgiens digestifs, des neurochirurgiens et des orthopédistes traumatologues et des radiologues.
Cette prise en charge systématique a abouti à la mise au point d’un certain nombre d’algorithmes décisionnels pour certains traumatismes graves, comme ceux du bassin, mais aussi ceux menaçant le système nerveux central ou la cavité abdominale.
François Xavier Ageron du centre hospitalier régional d’Annecy est le médecin référent du RENAU.
-Christophe Broux a pour mission d’optimiser la prise en charge chirurgicale intra-hospitalière des traumatisés graves (CHU de Grenoble).
-Le travail de Catherine Arvieux permet de décrire les pièges du traitement non opératoire des traumatismes de l’abdomen (CHU de Grenoble).
-Jean Guy Passagia (neurochirurgien CHU de Grenoble) a montré que le chirurgien non spécialiste peut être assisté à distance par le neurochirurgien pour exécuter le traitement chirurgical d’un hématome extradural.
-Jérôme Tonetti (CHU de Grenoble) a montré que les traumatismes graves du bassin peuvent être stabilisés dans un premier temps, pour être pris en charge chirurgicalement dans un deuxième temps avec beaucoup d’efficacité.
L’évaluation de ce trauma système va être réalisée grâce à un registre permanent (Trauma système du REseau Nord Alpin des Urgences ou TRENAU) qui est en place depuis le 1er janvier 2009. Les données recueillies dans ce registre (parcours des patients, niveau de gravité, circonstances du traumatisme, diagnostic, survie immédiate et à un an) seront analysées et permettront l’adaptation des procédures.

Les premiers systèmes de navigation pour le rachis ont été introduits au milieu des années 90 pour optimiser le positionnement des vis pédiculaires. Deux technologies sont encore utilisées : la navigation à base TDM et la fluoronavigation (fluoronavigation 2D) qui est une alternative au système à base TDM. Depuis la fin des années 2000, trois nouveaux systèmes sont utilisés de façon plus ou moins spécifique en chirurgie rachidienne.
Les amplificateurs de brillance qualifiés de tridimensionnels (3D), se comportent comme de véritables scanner de bloc et ont un effet « CT like » avec une imagerie 3D immédiatement disponible.
Les gabarits individuels servent d’aide au positionnement d’outils. Sur le plan pratique il faut disposer d’un examen TDM et d’un système de prototypage rapide. Un planning informatisé permet de prévoir un trou orienté dans l’axe du pédicule autorisant alors, le passage d’un outil de forage.
Les minis robots sont du type « robot à fixation osseuse » et apparaissent comme des systèmes d’aide au positionnement d’outils. Ils fonctionnent à base TDM.
Les méta-analyses montrent que les systèmes de navigation à base fluoroscopique 3D sont légèrement plus précis que les systèmes de navigation à base TDM et que les systèmes de fluoronavigation 2D. En matière d’irradiation, la fluoronavigation 3D semble moins irradiante que la fluoroscopie conventionnelle, mais ceci reste à prouver formellement. Les résultats à grande échelle pour l’utilisation du robot et des gabarits individuels ne sont pas encore connus et leur domaine d’utilisation est en cours d’étude.

Computer aided spine surgery. What’s new fifteen years later ?

The first navigation systems for spine surgery were introduced in the mid 90’s to optimize pedicle screws insertion. Both technologies are still used: CT-based navigation and fluoronavigation (2D fluoronavigation) system which can be considered as an alternative to CT-based navigation technology. Three new technologies were introduced in the late 2000’s and can be added to the orthopedic intra-operative arsenal for spine surgery.
The 3D isocentric fluoroscope is a new type of fluoroscope, able to provide intra-operative CT-like images without the need of registration process.
With templating technology, patient’s CT data is used to simulate and plan preoperatively the pedicle screw trajectory on a computer workstation. A rapid prototyping technology provides templates that are intra-operatively attached to the back side of the spine at their appropriate position, thanks to the precise representation of the bony surface. Then, each drill can be carried out accurately, exactly where it has been planned.
The small robots such as "Bone Mounted Robots" can be fixed directly within the operating field. With CT-based navigation technology, and a 3D – 2D registration process, they demonstrated their ability to help the surgeon to perform pedicle drilling with a high degree of accuracy.
Meta-analyzes show that 3D fluoroscopic navigation systems are slightly more accurate than CT based and 2D fluoroscopic navigation systems. In terms of radiation dose, 3D fluoroscopic navigation seems less radiating than conventional fluoroscopy, but this remains to be proven formally. The results for a large-scale clinical use of the bone-mounted robot and templates are not yet known and their clinical application field is being to be considered.

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Les premiers systèmes de navigation pour le rachis ont été introduits au milieu des années 90 pour optimiser le positionnement des vis pédiculaires. Deux technologies sont encore utilisées : La navigation à base TDM et la fluoronavigation 2D. Depuis la fin des années 2000, trois nouveaux systèmes sont utilisés de façon plus ou moins spécifique en chirurgie rachidienne.
Les amplificateurs de brillance tridimensionnels (3D), se comportent comme de véritables scanner de bloc, avec effet « CT like » et une imagerie 3D immédiatement disponible.
Les gabarits individuels servent d’aide au positionnement d’outils à condition de disposer d’un examen TDM et d’un système de prototypage rapide. Un planning informatisé permet de prévoir un trou orienté dans l’axe du pédicule autorisant alors, le passage d’un outil de forage.
Les mini robots sont du type « robot à fixation osseuse » et apparaissent comme des systèmes d’aide au positionnement d’outils. Ils fonctionnent à base TDM.
La littérature montre que les systèmes de navigation à base fluoroscopique 3D sont plus précis que les systèmes de navigation à base TDM et les systèmes de fluoronavigation 2D. En matière d’irradiation, la fluoronavigation 3D semble moins irradiante que la fluoroscopie conventionnelle. Les résultats à grande échelle pour l’utilisation du robot et des gabarits individuels ne sont pas encore connus et leur domaine d’utilisation est en cours d’étude.

Innovation in Spine Surgery Image Guided Surgery

The first navigation systems for spine surgery were introduced in the mid 90’s to optimize pedicle screws insertion. Both technologies are still used: CT-based navigation and 2D fluoronavigation systems. Three new technologies were introduced in the late 2000’s and can be added to the orthopaedic intra-operative arsenal for spine surgery.
The 3D isocentric fluoroscope is a new type of fluoroscope, able to provide intra-operative CT-like images without the need of registration process. With templating technology, patient’s CT data are used to simulate and plan preoperatively the pedicle screw trajectory on a computer workstation. A rapid prototyping technology provides templates that are intra-operatively attached to the back side of the spine at their appropriate position, thanks to the precise representation of the bony surface. Then, each drill can be carried out accurately, exactly where it has been planned. The small robots such as "Bone Mounted Robots" can be fixed directly within the operating field. With CT-based navigation technology, and a 3D – 2D registration process, they demonstrated their ability to help the surgeon to perform pedicle drilling with a high degree of accuracy in open or per cutaneous procedures.
Meta-analyzes showed that 3D fluoroscopic navigation systems are more accurate than CT based and 2D fluoroscopic systems. In terms of radiation dose, 3D fluoroscopic navigation seems less radiating than conventional fluoroscopy, but this remains to be proven formally. The results for a large-scale clinical use of the bone-mounted robot and templates are not yet known and their clinical application field is being to be considered.

Les images médicales que nous utilisons pour nos interventions sont le plus souvent des images 2D qui nous servent en peropératoire pour repérer des structures anatomiques. L’inconvénient majeur de cette approche traditionnelle est l’absence de relation spatiale entre le patient et ces mêmes images. Il est donc nécessaire de procéder de façon répétée à un recalage mental. 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 trois équipes pionnières en matière de navigation (Grenoble, Bern et Pittsburgh). Typiquement les informations supplémentaires proviennent d’une image fournie par un ordinateur à partir d’images médicales de sources variées (IRM, TDM, Scintigraphie, Ultra-sons, Amplificateur de brillance) ou une caméra vidéo. Dans sa deuxième phase de développement, la réalité augmentée doit pouvoir fournir au chirurgien une relation spatiale directe entre les images médicales et le patient en les mettant en correspondance sur la région anatomique concernée et en temps réel. L’image est ainsi projetée sur le patient et apparait 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.