Avec le vieillissement de la population, le nombre d’interventions chirurgicales pour le remplacement des articulations défaillantes (hanche, genou, épaule, etc.) est en forte croissance. Cela représente plus d’un tiers du marché des dispositifs médicaux implantables.
En chirurgie orthopédique, le positionnement 3D des articulations défaillantes et des prothèses artificielles de remplacement est un critère important de la réussite de la chirurgie. Ces informations géométriques et cinématiques sont généralement obtenues à l’aide d’un ensemble d’instruments métalliques spécifiques très souvent invasifs. L’estimation de position spatiale des prothèses a fait des progrès significatifs avec le développement de l’imagerie médicale et des méthodes de navigation assistées par ordinateur et de la robotique. Cependant, même si ces méthodes apportent une réelle valeur ajoutée clinique pour le patient (meilleur fonctionnement des prothèses, meilleure acceptabilité par les patients, durée de vie améliorée, etc.), elles présentent plusieurs limites : complexité d’utilisation, coût important, et elles ne répondent pas entièrement aux exigences en termes de précision.
MARGSurg – Markerless Augmented Reality for the Future Orthopedic Surgery
C’est dans ce contexte que s’inscrit le projet ANR PRCE MARSurg – Markerless Augmented Reality for the Future Orthopedic Surgery, qui vise à développer une solution innovante de navigation chirurgicale à fort potentiel scientifique, technologique et clinique. Cette plateforme sera fondée sur l’utilisation de la Réalité Augmentée (RA) et des méthodes de vision par ordinateur et d’Intelligence Artificielle (machine learning), pour estimer les paramètres géométriques et cinématiques des articulations et les restituer, en temps réel, au chirurgien pendant l’intervention chirurgicale.
Le projet d’une durée de 4 ans est coordonné par Brahim Tamadazte, Chargé de Recherche CNRS et membre de l’ISIR, Sorbonne Université. Le consortium du projet est également composé de l’Inria Rennes Bretagne-Atlantique, représenté par Eric Marchand, Professeur des Universités à Rennes 1, et de Pixee Medical, une entreprise française spécialisée dans le développement de solutions innovantes pour la chirurgie du genou, représentée par Anthony Agustinos, responsable R&D.
Description du projet MARSurg par Brahim Tamadazte, coordinateur du projet.
En quoi consiste le projet ?
Dans le cadre du projet MARSurg, nous ciblons les segments du remplacement des articulations. La solution visée a pour ambition d’être générique et facilement adaptable à d’autres disciplines de la chirurgie orthopédique et au-delà. Axé sur l’efficacité, le démonstrateur MARSurg concernera le placement optimal des prothèses dans la chirurgie du genou, dans le but d’effectuer régulièrement des transpositions et des tests de vérification sur d’autres chirurgies orthopédiques (comme l’épaule ou la hanche).
Quels sont les objectifs du projet ?
Dans ce contexte, plusieurs objectifs à la fois technologiques, scientifiques et cliniques sont visés dans le cadre de MARSurg. Parmi ces objectifs, on peut citer :
- Mettre en place un nouveau protocole chirurgical pour le remplacement total des articulations du genou en garantissant une moindre invasivité tout en améliorant les fonctionnalités de la prothèse de remplacement (stabilité, durée de vie, etc.) ;
- Développer un nouveau système préindustriel comprenant une plateforme logicielle de réalité augmentée qui fournira de manière intuitive toutes les informations dont le chirurgien a besoin durant l’intervention chirurgicale ;
- Améliorer les méthodes de l’état de l’art sur le calcul de pose 3D sans marqueurs artificiels en utilisant des méthodes géométriques et d’intelligence artificielle ;
- Faire progresser les méthodes de l’état de l’art sur la segmentation et le recalage d’images 3D issues de caméras dites RGB-D (une caméra qui fournit simultanément une image couleur et une carte de profondeur caractérisant la distance des objets vus dans l’image), notamment dans le contexte d’applications cliniques ;
- Accélérer le transfert industriel des méthodes développées pour faire de Pixee Medical un leader mondial en chirurgie orthopédique.
Quels sont les résultats attendus ?
En résumé, le projet MARSurg vise à développer une plateforme logicielle générique pour la chirurgie orthopédique (au-delà de la chirurgie du genou) en ciblant le remplacement des articulations défaillantes par des prothèses articulaires artificielles. Pour ce faire, plusieurs disciplines scientifiques seront abordées, comme la perception visuelle, en utilisant des caméras de profondeur, la vision par ordinateur, l’intelligence artificielle, le génie logiciel et la réalité augmentée. Un démonstrateur final de la plateforme de réalité augmentée qui sera développée sera testée et évaluée dans des conditions proches de celles d’un bloc opératoire, en présence de chirurgiens spécialistes.
L’ISIR possède un environnement de travail très favorable pour le développement d’un tel projet. Plusieurs thématiques de recherche qui seront développées dans MARSurg sont couvertes par les compétences des différents membres de l’ISIR impliqués dans le projet : vision par ordinateur et calcul de pose sont des thématiques phares de l’équipe AGATHE depuis plusieurs années. Quant aux aspects Intelligence Artificielle, segmentation et recalage d’images, elles sont depuis longtemps abordées par l’équipe AMAC.
Contact référent : Brahim Tamadazte, chargé de recherche CNRS
