Localisation optique haute résolution dédiée à la navigation d’une prothèse osseuse d’extrémité – XtremLoc

La chirurgie naviguée par ordinateur s’est largement répandue en orthopédie ces dernières décennies, grâce à l’efficacité démontrée sur les arthroplasties du genou, de la hanche ou de l’épaule. Cette solution consiste à assister en temps-réel le chirurgien lors de son acte au bloc opératoire, pour optimiser notamment le dimensionnement et le positionnement des implants. Durant l’opération, un module spécifique se charge de localiser les structures anatomiques du patient grâce à des marqueurs situés sur les structures osseuses et les instruments du chirurgien. Un logiciel de navigation permet ainsi de visualiser les informations cliniques pertinentes afin d’assister le chirurgien. Les solutions existantes se basent principalement sur des caméras optiques bi-oculaires localisant des marqueurs fixés sur les zones d’intérêt. L’encombrement et le poids des marqueurs rendent ces solutions inadaptées à la chirurgie des extrémités, en particulier l’arthroplastie trapézo-métacarpienne, où la taille de l’incision et des os est très petite (de l’ordre du cm). Dans ce contexte, le projet XtremLoc propose la première solution intégrée d’assistance au chirurgien pour guider avec précision la mise en place d’une prothèse métacarpienne. La pathologie ciblée ici est la rhizarthrose, c’est-à-dire l’arthrose touchant l’articulation trapézo-métacarpienne, située à la base du pouce. C’est l’arthrose la plus fréquente au niveau de la main et elle a augmenté significativement ces dernières années, en raison notamment de l’utilisation de plus en plus régulière des claviers et des smartphones.
L’objectif principal du projet XtremLoc est le développement d’un système complet de navigation pour la réparation de ces petites articulations. Ce dispositif guidera le chirurgien lors de l’implantation d’une prothèse trapézo-métacarpienne et contribuera à son positionnement optimisé permettant au patient de retrouver une meilleure mobilité et de limiter les complications post-opératoires.
La solution proposée dans le projet repose sur trois volets innovants. Le premier concerne la conception d’un système de localisation optique tridimensionnel à précision micrométrique, non invasif et compatible avec l’environnement du bloc opératoire. Il intègre des mini rétroréflecteurs optiques (volume de l’ordre du mm3) fixés sur les os et les instruments chirurgicaux afin de les localiser, grâce à une technologie de balayage de l’espace de travail à haute cadence (le kHz) par des faisceaux laser. Ce balayage est assuré par des miroirs MEMS pouvant tourner autour de deux axes orthogonaux. L’exploitation des réflexions des faisceaux lasers sur ces rétroréflecteurs permettent de localiser ces derniers et les structures qui les portent en temps réel (i.e. éléments anatomiques du patient et instruments palpeurs du chirurgien), que ce soit en position et en orientation.
Le deuxième volet est une suite logicielle orchestrant le planning et le guidage. Il repose sur une segmentation et modélisation automatiques des structures osseuses à partir d’images scanner, permettant la détection des caractéristiques anatomiques spécifiques au patient et le calcul du positionnement optimal de l’implant (planning). Une méthode de recalage précise entre les informations peropératoires issues des capteurs optiques et celles issues du planning permet le guidage peropératoire du chirurgien.
Le troisième volet du projet consiste en l’intégration d’un prototype de chirurgie naviguée associant les briques matérielles et logicielles précédentes. L’implantation physique du module de localisation sera mise en conformité avec les règles d’étanchéité des boitiers, de stérilisation des instruments et de sécurité oculaire pour être admise dans la chaîne chirurgicale. Les tests de navigation seront hébergés au sein d’une plateforme chirurgicale PLaTIMed autorisant le déroulement d’une intervention complète sur des spécimens anatomiques, permettant de valider le démonstrateur final en environnement réaliste.