La navigation chirurgicale

La navigation chirurgicale est un terme général qui se rattache à la Navigation Assistée par Ordinateur (CAS de l’anglais Computer-Assisted Surgery). Face aux besoins de précision millimétrique des chirurgies de pointe et une volonté d’être toujours moins invasif, cette technologie permet au chirurgien de disposer d’une assistance visuelle tout au long de l’intervention. Plusieurs technologies de guidage existent pour diverses interventions mais le but reste le même, fournir à l’aide de l’imagerie médicale un retour précis de la position des instruments.

Fonctionnement et principe de la navigation

La navigation assistée par ordinateur repose sur une interface entre le chirurgien et la machine.  Cette technologie se décline en trois formes de guidage, passif, semi-actif et actif correspondant chacune à un niveau d’automatisation différent. Les systèmes de guidage actif et semi-actifs seront capables de réaliser des actes, chirurgicaux ou non chirurgicaux, après programmation préopératoire. Leur utilisation reste cependant assez marginale car ils impliquent de laisser la machine interagir directement lors de l’intervention.
La technologie la plus répandue en navigation chirurgicale se base sur les systèmes de guidage passif qui ne réalisent aucune action chirurgicale par eux-mêmes mais qui assistent le chirurgien dans son geste. Le principe de cette technologie est de fusionner les images acquises en préopératoire par IRM ou TDM du patient aux données anatomiques au moment de l’intervention. En d’autres termes, la « carte initiale » obtenue de la zone concernée (cerveau, colonne vertébrale…) sert de base pour la superposition des informations de positionnement des instruments et de visualisation de l’anatomie du patient en bloc opératoire.
On distingue plusieurs types de guidage, par fluoroscopie, optique ou électromagnétique. Même si certaines limitations existent avec l’utilisation de la navigation optique, elle présente le double avantage d’assurer une bonne qualité d’image et de limiter les doses de rayons X utilisées.
Ces systèmes de navigation optique sont composés d’une première partie matérielle, comprenant une caméra digitale et un ordinateur. La caméra envoie des signaux infrarouges pour contrôler le positionnement des instruments dans le champ d’opération puis l’ordinateur procède à un premier traitement des informations transmises. Viennent ensuite les instruments utilisés lors de l’intervention qui sont conçus pour permettre leur suivi en continu par la caméra infrarouge. La troisième composante de ce système correspond à la partie software (logicielle) qui va analyser et retraiter le flux d’informations pour ensuite le retranscrire sur un moniteur en images dynamiques consultables en direct par le chirurgien.

L’avantage de cet outil, souvent décrit comme le « GPS du chirurgien », est de fournir en temps réel une image en trois dimensions indiquant la position des instruments et le chemin à emprunter pour atteindre la cible de l’intervention.
Que ce soit pour des simulations chirurgicales ou pour un contrôle pendant l’intervention, ces appareils permettent d’acquérir de nombreuses informations clés.
La chirurgie assistée par ordinateur était initialement utilisée en neurochirurgie pour localiser des tumeurs et fournir des images en 3 dimensions lors d’interventions, ce qui a eu pour bénéfice d’améliorer la précision chirurgicale. Les technologies de navigation se sont ensuite étendues à  de nombreuses chirurgies dont la chirurgie orthopédique, maxillo-faciale/ ORL et dentaire. La « navigation » peut néanmoins se faire avec d’autres modalités que la fluoroscopie et le CT-scan qui sont basées sur des images radiologiques. Par exemple, en chirurgie ORL, certains dispositifs utilisent la navigation électromagnétique pour aider au repérage des instruments et ainsi guider le chirurgien lors de l’opération. D’autres technologies, plus flexibles d’utilisation, se présentent comme des dispositifs portatifs se fixant directement sur un instrument classique tel qu’une aiguille à biopsie. Une fois l’appareil de guidage équipé, la pointe de l’instrument sera alors visible  sur les images échographiques et un aperçu de la trajectoire à suivre s’affichera sur le moniteur.

Une technologie particulièrement intéressante pour la neurochirurgie et les chirurgies du rachis

De nombreuses études se sont penchées sur l’efficacité des technologies de navigation. Largement utilisées en neurochirurgie et en chirurgie du rachis les bénéfices cliniques dans ces deux spécialités sont sans appel. Concernant ces interventions crâniennes, rachidiennes et traumatologiques, il peut être nécessaire d’améliorer la précision du guidage avec l’acquisition d’images au moment de l’intervention en utilisant un scanner peropératoire tel que le O’arm proposé par Medtronic ou le système Airo de Brainlab. Cela se traduit par des risques limités et des modalités d’opération moins lourdes. La navigation chirurgicale rend possible des interventions « mini-invasives », voire non invasives, présentant des avantages de taille en comparaison avec les méthodes traditionnelles. L’adoption de ces techniques mini-invasives facilite la préservation des tissus, réduit le taux de morbidité et permet une meilleure efficience globale des interventions. De plus, rappelons que le temps passé en milieu hospitalier a un impact conséquent sur le risque d’infection croisée, et ce malgré l’ensemble des mesures mises en place pour lutter contre ce phénomène.

Appliquée à la chirurgie orthopédique, la CAOS (Computer-Assisted Orthopaedic Surgery)  est d’une grande utilité car elle permet d’analyser très précisément et relativement facilement les os et les tissus mous. Ce suivi s’avère en effet très utile pour les ostéosynthèses ou lors de la pose de prothèse. Alors que les systèmes d’imagerie conventionnels ne permettaient qu’un contrôle radiologique postopératoire, avec les systèmes de navigation chirurgicale il est possible de déceler au cours de l’intervention toutes anomalies, telles que les défauts de réduction ou la présence d’effractions articulaires de matériel, qui nécessitaient habituellement une révision chirurgicale à postériori.

C’est également un atout majeur pour certaines pathologies rachidiennes. Un système de guidage augmentant la précision du geste réduit par la même occasion le risque d’échec de la chirurgie. Les premières applications de la navigation en chirurgie orthopédique furent d’ailleurs pour le placement de vis pédiculaires.
Une étude publiée en 2010 dans The Open Orthopaedics Journal¹, a mis en évidence la réduction des coûts qui en découle dans le cas de cette chirurgie. Le taux de révision du placement des vis est passé de 3% à 0% sur les 100 cas étudiés après l’introduction du guidage par tomodensitométrie. De plus, selon les chercheurs, le recours à la CAS a un impact indirect sur le coût global (lorsque le nombre d’actes effectués est assez important) puisque le risque de révision dû à un mauvais positionnement des vis est sensiblement réduit. Les résultats obtenus par l’équipe ont ainsi montré que cela diminuait le coût de l’intervention par patient et libérait du temps à l’équipe médicale.
En outre, la principale difficulté de ce geste provient de la taille du pédicule et des éléments neurologiques environnants. Sachant que le nombre de vis posées peut être important et que leur positionnement dépend quasi exclusivement de la forme des pédicules le risque de complication est plus élevé. Cette particularité anatomique peut être à l’origine de nombreuses complications dont l’alignement des vis d’une vertèbre à l’autre. Par ailleurs, l’implant d’ancrage, directement introduit dans une structure anatomique, peut entraîner d’autres complications telles qu’une infection du site d’intervention, une paralysie partielle ou totale ou encore mener à un déplacement après l’opération. L’aide visuelle introduite par les stations de navigation a permis de palier ces difficultés en offrant davantage de flexibilité lors de l’acte tout en limitant le risque de mauvais placement ou déplacement des vis.

Les applications de la navigation en neurochirurgie crânienne, principalement pour traiter ou diagnostiquer une tumeur, sont importantes et la technologie est semblable à celle utilisée en neurochirurgie spinale ou en chirurgie orthopédique. Ici un pointeur aide le chirurgien à se positionner et un cadre de référence attaché à la table d’opération est utilisé pour immobiliser totalement la tête du patient puis insérer les instruments de chirurgie ou de biopsie dans l’axe déterminé.
Après plusieurs enregistrements pour calibrer les instruments et par superposition des données de positionnement avec les images acquises en préopératoire, le neurochirurgien peut définir le chemin à emprunter pour atteindre sa cible. Lors de biopsies  cérébrales le but est de prélever un échantillon de tissus pour vérifier s’il est cancéreux ou non. La navigation va permettre un accès direct et mini-invasif jusqu’à la tumeur pour procéder aux prélèvements successifs. Pour certaines tumeurs intracérébrales il faudra néanmoins procéder à une chirurgie plus invasive. Dans ce cas, la navigation permet d’abord d’identifier précisément les bords de la tumeur ce qui facilite la préservation des tissus sains puis, dans un second temps, de l’atteindre pour procéder à l’exérèse ou à la biopsie. Le phénomène de « brain shift » représente cependant une des limitations à l’utilisation de cette technologie. En effet, le brain shift décrit les déformations peropératoires menant à un déplacement du cortex cérébral lors de la trépanation, déformation encore plus marquée au moment de l’exérèse.  C’est ce décalage entre la réalité et les images acquises avant l’intervention qui a tendance à réduire la précision de la neuronavigation.
Provoqué dans un premier temps par l’ouverture de la boîte crânienne puis accentué par la résection de la tumeur, le brain shift peut entraîner un déplacement de l’ordre de 10 mm à 20 mm. Un tel écart de positionnement nécessite un recalage des images servant à la neuronavigation. De nombreux paramètres peuvent entrer en jeu comme la position du patient, la taille et la localisation de l’ouverture de la dure-mère ou l’importance de la tumeur. Face à l’ensemble de ces facteurs pouvant influer sur le déplacement des structures cérébrales le meilleur moyen de compenser efficacement ce phénomène reste donc l’imagerie intraopératoire.

Les apports de la navigation chirurgicale sont multiples puisqu’elle permet un repérage et une évaluation de la situation anatomique propre à chaque patient que ce soit dans la phase préopératoire ou peropératoire. En plus de rendre les procédures chirurgicales plus précises et plus sûres elle réduit drastiquement la durée des interventions. Au cours des dernières décennies le développement des techniques de navigation a favorisé l’adoption de modes opératoires de moins en moins invasifs. Malgré les limites évoquées de la technologie inhérentes aux structures anatomiques en question, les récentes évolutions des modalités de guidage affinent la fiabilité des données à disposition du chirurgien lors de ses interventions. Enfin couplée à d’autres techniques la navigation chirurgicale assistée par ordinateur s’avère indispensable puisqu’elle permet d’intervenir sur des zones difficiles d’accès et particulièrement à risque. C’est le cas de certaines approches mini-invasives impliquant le recours à un endoscope telles que l’endoscopie endonasale qui permet de traiter plusieurs tumeurs et lésions de la base du crâne en neurochirurgie.

Source(s) :

¹Gupta A, Watkins RG. Cost-effectiveness of image-guided spine surgery. Open Orthop J 2010;4