Utilisation de la réalité virtuelle pour la planification chirurgicale des tumeurs au niveau de la colonne vertébrale

Nantenaina, Tina Nomena Herimino (2024). Utilisation de la réalité virtuelle pour la planification chirurgicale des tumeurs au niveau de la colonne vertébrale. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation

PDF Télécharger (3MB) | Prévisualisation

Résumé

Les tumeurs de la colonne vertébrale, qu’elles soient primitives ou métastatiques, représentent un défi majeur en neurochirurgie en raison de leur proximité avec des structures neurologiques telles que la moëlle épinière et les racines nerveuses. Dans cette situation, en cas d’indication chirurgicale dans leur traitement, une planification chirurgicale minutieuse est nécessaire pour minimiser les risques de complications peropératoires ou postopératoire. Cependant les méthodes de visualisation d’images médicales en 2D ou 3D sur un écran d’ordinateur sont limitées en termes de perception spatiale. Les neurochirurgiens sont confrontés à une charge cognitive importante, car ils doivent mentalement reconstruire une image 3D à partir de la visualisation en 2D afin d’avoir une bonne appréhension des structures. En outre, l’analyse des relations spatiales entre les structures anatomiques même avec des images 3D sur un ordinateur, peut devenir compliqué dans certaines situations. Face à ces limites de visualisation, la réalité virtuelle s’avère être une solution innovante offrant une visualisation immersive et interactive.

L’objectif de cette recherche est d’évaluer l’impact de l’utilisation de la réalité virtuelle dans la planification chirurgicale des tumeurs au niveau du rachis. Cette étude s’appuie sur une comparaison entre les deux modes de visualisations : réalité virtuelle et ordinateur, pour déterminer si la réalité virtuelle permet une meilleure perception des structures anatomiques et une amélioration du choix de la voie d’approche chirurgicale. La méthodologie utilisée est basée sur l’analyse du domaine de travail en neurochirurgie qui est une approche issue de l’ingénierie cognitive. Cette méthodologie a permis d’élaborer une échelle d’évaluation objective pour mesurer la qualité et la quantité des informations anatomo-fonctionnelles perçues à partir des deux modes de visualisations. Une étude usager a été menée auprès de huit neurochirurgiens du centre hospitalier universitaire de Montréal (CHUM). Chaque neurochirurgien a réalisé une planification chirurgicale de six différents cas de tumeurs du rachis en utilisant les deux modes de visualisations. Les résultats ont montré que la réalité virtuelle a permis la perception d’un grand nombre de structures anatomiques en un temps réduit par rapport à l’ordinateur. De plus la réalité virtuelle a permis de visualiser plus de structures anatomiques à traverser pour atteindre la tumeur, améliorant ainsi la planification de la voie d’approche chirurgicale. L’impact de la réalité virtuelle dans l’identification des structures anatomiques essentielles à la planification chirurgicale et son influence dans la prise de décision, notamment dans le choix de la voie d’approche chirurgicale a été démontrée. La réalité virtuelle offre une vision immersive et interactive permettant ainsi d’aider les neurochirurgiens pendant la planification chirurgicale, tout en réduisant les risques de complications peropératoires et postopératoires.

Titre traduit

Use of virtual reality in surgical planning for spinal tumors

Résumé traduit

Spinal tumors, whether primary or metastatic, present an important challenge in neurosurgery due to their proximity to neurological structures, especially the spinal cord and nerve roots. When surgical intervention is necessary, careful surgical planning is crucial to reduce the risk of intraoperative or postoperative problems. However, conventional 2D or 3D medical image visualizations on a computer display are limited in their spatial perceptive capabilities. Neurosurgeons have considerable cognitive workload as they must mentally reconstruct a 3D image from 2D visualizations to accurately understand the anatomical structures. Additionally, analyzing spatial relationships between anatomical structures, even with 3D images on a computer screen, can become challenging in certain situations. In response to these visualization constraints, virtual reality has arisen as an innovative solution, providing immersive and interactive visualization experiences.

This research aims to assess the effects of virtual reality on the surgical planning of spinal tumors. This study compares two visualization modalities: virtual reality and computer, to determine whether virtual reality improves the perception of anatomical structures and enhances the selection of surgical approaches. The methodology is based on work domain analysis in neurosurgery, an approach coming from cognitive engineering. This methodology enabled the creation of an objective assessment scale to quantify and qualify the anatomofunctional information obtained from the two visualization modalities. The user study involved eight neurosurgeons from the University of Montreal Hospital Center (CHUM), each responsible for planning surgery for six distinct spinal tumor cases using both visualization modalities. The results indicated that virtual reality facilitated the visualization of a greater number of anatomical structures in a shorter time compared to the computer. Furthermore, virtual reality enabled the visualization of a greater number of anatomical structures to be traversed to reach the tumor, thus improving the planning of the surgical approach. The effect of virtual reality on recognizing critical anatomical structures for surgical planning and its role in decision-making, especially for the choice of surgical approach, was demonstrated. Virtual reality offers an immersive and interactive perspective, helping neurosurgeons in surgical planning by minimizing the risks of intraoperative and postoperative complications.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présentée à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie des technologies de la santé". Comprend des références bibliographiques (pages 113-121).
Mots-clés libres:	réalité virtuelle, planification chirurgicale, analyse du domaine de travail, tumeur, neurochirurgie
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Drouin, Simon
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	09 avr. 2025 14:07
Dernière modification:	09 avr. 2025 14:07
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3562

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt