Article paru dans notre lettre d'information du 21 janvier 2021

SurgAR : Voir à travers le patient !

Il est quelque fois des idées qui semblent toutes simples, mais qui nécessitent des développements colossaux pour les rendre viables. C’est le cas de la technologie de réalité augmentée pour des applications de chirurgie, développée depuis plus de 10 ans par les équipes des Professeurs Nicolas Bourdel et Adrien Bartoli. Il a fallut développer des algorithmes de reconstruction de modèles 3D à la volée, des algorithmes de déformation de bio-mécanique des organes, des technologies de recalage et de synchronisation de différents modèles 3D, enfin utiliser des technologies de Deep Learning pour automatiser le tout. Mais ca y est, après plus de 10 années d’effort SurgAR est née. J’ai rencontré cette semaine Nicolas Bourdel, qui m’a raconté cette belle histoire.

 

Trouver l’équilibre entre chirurgien et chef d’entreprise

Pour le Professeur Nicolas Bourdel, l’équilibre instable entre ses différentes casquettes est aussi difficile à trouver que la précision du geste chirurgical. « Avec ma position à l’hôpital, la gestion de mon emploi du temps est compliquée. En France, la double casquette chirurgien et entrepreneur n’est pas évidente à porter, jusque dans les mentalités. Je suis Professeur, une belle position, parfois l’aboutissement d’une carrière, mais je sentais le besoin d’un nouveau challenge, autour de la mise en pratique de nos recherches. » S’appuyer sur un écosystème « A tout entrepreneur qui se lance, je peux conseiller d’affirmer toujours son intime conviction - oui, on peut arriver à changer les choses - et de bien se préparer à de grands moments de solitude, surtout dans la prise de décision. Il importe aussi de peaufiner très vite tout son écosystème : dans notre cas l’impact de l’incubateur BUSI a été majeur, depuis le départ. Concrètement et humainement, puisque l’on peut parler ici de fidélité et de soutien moral. »

Qui n’a pas rêvé de voir à travers les murs ? Certainement pas Nicolas Bourdel ! En effet, ce Professeur des Universités et Praticien Hospitalier au Service de Chirurgie Gynécologique du CHU de Clermont-Ferrand, travaille depuis plus d’une décennie sur l’utilisation de la réalité augmentée, pour aider les chirurgiens lors des opérations.

L’idée est simple, offrir au chirurgien en temps réel une vue augmentée de l’organe sur lequel il est entrain d’intervenir, afin de lui montrer, par exemple, où se trouve très précisément la tumeur qu’il doit ôter, alors que l’on ne la voit pas de l’extérieur de l’organe. C’est le maillon manquant entre l’imagerie médicale 3D, IRM ou tomodensitométrie par exemple, et l’opération physique. L’objectif étant, grâce à la précision apportée, de minimiser le geste opératoire et d’en réduire la durée, ce qui est un gage de sécurité pour le patient, car synonyme de diminution du taux de complications potentiel et de réduction du temps nécessaire au rétablissement.

 

Conjuguer les talents

Ces travaux ont été menés conjointement par l’équipe de Nicolas Bourdel et celle d’Adrien Bartoli, Professeur de sciences de l’informatique à l’Université Clermont Auvergne, responsable du laboratoire de recherche EnCov/UCA/CNRS/SIGMA. Cette coopération entre le CHU de Clermont-Ferrand, l’Université Clermont Auvergne et le CNRS, ainsi que les expertises co-construites entre des équipes d’excellence complémentaires, a abouti à la création en 2019 de SurgAR (Surgery Augmented Reality). Une expertise qui a été vite reconnue, puisque SurgAR a été lauréat du Concours national des entreprises innovantes i-Lab en juin 2019 et une levée de fonds de 2,5 M€ a été faite à l’automne dernier.

 

Le patient devient transparent

« Dès le début, nous étions convaincus que ce que nous faisions allait changer radicalement et positivement une pratique médicale - dont la nôtre, puisque nous sommes à la fois concepteurs et utilisateurs. Les équipes de Clermont-Ferrand étaient vraiment pionnières de la chirurgie mini-invasive, avec une caméra, sans ouverture du ventre », explique Nicolas Bourdel.

Tout est vraiment parti de l’idée qu’une image augmentée pouvait être la prochaine révolution de la chirurgie. « Nous proposons au chirurgien de voir, réellement, à travers un organe, avec une imagerie recontextualisée. Le patient devient transparent, nous pouvons aller chercher le pépin dans l’orange, sans ouvrir l’orange. Nous apportons une intelligence dans le bloc opératoire, spécifique au patient que nous allons opérer. »

Vue d’un organe sur lequel apparaissent en suivant ses déformations en temps réel, des informations de réalité augmentée.
(cliquer sur l'image pour l'agrandir)

Mais si l’idée d’apporter de la réalité augmentée au chirurgien lors de l’opération semble simple, sa mise en œuvre est beaucoup plus complexe. « En effet, nous travaillons sur du vivant. Les organes du patient sont à la fois déformables et en mouvement. La difficulté consistait donc à recaler très précisément et en temps réel le modèle pré-opératoire, obtenu par imagerie 3D, avec la vision du champ opératoire. »

 

L’incubateur Busi :

Créé en 1999 dans le cadre de la loi sur l'Innovation et la Recherche, BUSI incubateur d'Auvergne intervient pour les projets de création d'entreprises innovantes, qui s'inscrivent dans les axes d'excellence de ses membres :

  •      Sciences de la Vie
  •      Sciences pour l'Ingénieur
  •      Technologies de l'Information et de la Communication
  •      Sciences Humaines
Pour mener à bien cette mission, BUSI est soutenu financièrement par le Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche, Clermont Auvergne Métropole et le Conseil Régional d'Auvergne Rhône Alpes. Pour en savoir plus : https://www.busi.fr

 

De l’IA pour superposer les modèles

« Il a effectivement fallut lever des verrous technologiques sur ce recalage. Pour cela, nous associons de l’imagerie 3D, de la vision 3D sur ordinateur et du Deep Learning pour automatiser ce recalage permanent. Nous avons aussi développé des algorithmes de déformation de bio-mécanique spécifiques aux différents organes opérés. »

Les séances d’imagerie médicale permettent de créer en amont de l’opération un modèle 3D pré-opératoire de l’organe à opérer, comportant sa forme externe, mais aussi tous ses éléments internes, dont éventuellement des tumeurs. Lors de l’opération, une fois les incisions faites dans l’abdomen, le chirurgien accède à l’organe. Une caméra permet alors de créer en temps réel, grâce à des algorithmes développés depuis 10 ans par l’équipe de SurgAR, un modèle 3D de l’extérieur de l’organe, c’est le modèle per-opératoire.

« Tout notre savoir-faire consiste à superposer en temps réel sur l’écran placé devant le chirurgien le modèle pré-opératoire et le modèle per-opératoire, pour lui apporter des informations sur l’endroit précis où il faut inciser l’organe et sur ce qu’il va trouver à l’intérieur. Mais les organes étant mous, il a fallut aussi développer des algorithmes de déformation de bio-mécanique, spécifiques aux différents organes opérés, pour que le modèle pré-opératoire s’adapte exactement au modèle per-opératoire. Plus récemment, l’Intelligence Artificielle et le Deep Learning nous ont permis d’automatiser tous ces process pour obtenir un traitement en temps réel. »

Le process mis en place par SurgAR.
(cliquer sur l'image pour l'agrandir)

Si tous les organes du corps humain sont souples et en mouvement permanent, il en est un qui est particulièrement mobile, c’est le cœur qui bat en permanence. Les technologies de SurgAR pourraient-elles être utilisées en chirurgie cardiaque ? « Tout à fait, il ne semble pas y avoir de verrous technologiques majeurs pour y arriver. C’est juste une question de puissance de calcul, mais les cartes graphiques avec des GPU devraient permettre d’y arriver facilement. L’idée c’est d’être capable de développer des solutions matériel plus logiciels pour beaucoup de spécialités à partir du moment où elles utilisent une caméra. » A ce jour, 45 patients ont déjà bénéficié de cette technologie mini-invasive.

 

Démocratiser ce savoir-faire

La prochaine étape va maintenant être de proposer ce savoir-faire sous forme d’un dispositif médical, matériel plus logiciels, susceptible d’équiper les salles d’opération du monde entier.

« Nous sommes un pionnier de cette technologie. Il y a peu ou pas de concurrence dans le monde, mais dans notre cas, toute forme de concurrence est stimulante. Avec notre dispositif médical, nous voulons être sur le marché avant la fin 2021. Cela demande une grande organisation, car les circuits de validation CE sont très exigeants. Pour cela, notre levée de fonds de 2,5 M€ faite en octobre a été essentielle, et encore plus dans cette crise sanitaire inédite qui a tout chamboulé, y compris chez les investisseurs », conclut Nicolas Bourdel.

 

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://www.surgar-surgery.com/

Découvrez en image la technologie de SurgAR

Ingénieur de formation (ENIM) et journaliste professionnel depuis 1981, Jean-François Prevéraud a participé à de nombreux journaux et lettres d'information (Bureau d'Etudes, CFAO Synthèse, SIT, Industrie & Technologies, Usine Nouvelle...) comme journaliste, rédacteur en chef adjoint ou rédacteur en chef.

En retraite depuis février 2017, Jean-François veut que celle-ci soit active. C'est pour cette raison qu'il reste informé de ce qui bouge dans le PLM dans son sens le plus large (CFAO, Simulation Numérique, Impression 3D, Usine du futur, Réalité virtuelle et augmentée...). Il contribue désormais à notre lettre d'information pour commenter l'actualité que nous publions ou celle qu'il a pu glaner dans les événements qu'il continue à suivre.

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