Interfaces Montréal

Immersion et virtualité

Carl-Éric Aubin, Benoît Ozell

Professeurs, École Polytechnique de Montréal, Dép. génie mécanique et informatique,Chu Sainte-Justine

Simulateur de chirurgie pour le prototypage virtuel d’instrumentation chirurgicale du rachis de patients atteints de scoliose

L’instrumentation chirurgicale du rachis de patients atteints de déformations scoliotiques est une procédure complexe comportant de nombreux paramètres à planifier et contrôler (détermination des vertèbres à instrumenter, choix du type d’implant et leur localisation, manœuvres chirurgicales, etc.). L’objectif consiste à développer des outils conviviaux et fiables pour concevoir et tester différentes configurations de montages chirurgicaux avant d’effectuer la chirurgie réelle.

Le simulateur de chirurgie (baptisé « S3 » pour Spine Surgery Simulator) est réalisé en plusieurs volets :
1) à partir de radiographies calibrées d’un patient, la modélisation biomécanique (numérique) 3D du rachis du patient permet de prendre en compte les propriétés géométriques et mécaniques des tissus rachidiens et de simuler les différentes étapes chirurgicales ;
2) une interface logicielle conviviale permet au chirurgien de définir chaque composant de la chirurgie. Cette interface est reliée au modèle de simulation, afin de permettre une interaction avec la chirurgie réalisée.

Deux versions ont été développées : – la première sur un ordinateur PC, pour une simulation rapide de l’intervention, intègre des menus et fenêtres permettant de manipuler le modèle du patient et de spécifier chaque étape de la chirurgie. – la seconde version du simulateur a été intégrée au sein d’une interface d’immersion en réalité virtuelle. Les images de la salle d’opération et du patient sont projetées et mises à jour en temps réel sur 4 murs, et grâce à des lunettes stéréoscopiques et une souris 3D, le chirurgien peut interagir avec la scène opératoire virtuelle et réaliser les différentes manipulations de l’intervention chirurgicale. La validation en cours consiste à simuler des interventions chirurgicales déjà réalisées et à comparer les résultats numériques aux vrais résultats post-opératoires. Une fois complété, le simulateur S3 permettra de tester plusieurs stratégies d’instrumentation et de raffiner itérativement les procédures AVANT la chirurgie réelle, et ainsi d’optimiser les interventions chirurgicales. Financé par le CRSNG et Medtronic Sofamor-Danek.

Image tirée des travaux de A. Plouznikoff, C.E. Aubin, B. Ozell et H. Labelle

Carl-Éric Aubin Ph.D., ing., a obtenu son diplôme de baccalauréat et de doctorat en génie mécanique de l’École Polytechnique de Montréal. Il est professeur titulaire au département de génie mécanique et à l’Institut de génie biomédical, et chercheur au Centre de recherche du CHU Sainte-Justine. Depuis 2001, il est titulaire de la Chaire de recherche du Canada « Innovations CAO en génie orthopédique », et il dirige le Laboratoire de Modélisation Biomécanique et de Chirurgie Assistée par Ordinateur qu’il a fondé en 1998. Ses activités de recherche portent sur la biomécanique orthopédique, la modélisation biomécanique de la colonne vertébrale, l’évaluation et la simulation d’interventions chirurgicales, l’étude des pathomécanismes rachidiens, et le développement de traitements intelligents minimalement invasifs pour les pathologies musculosquelettiques.

Benoît Ozell a reçu son baccalauréat en mathématiques et informatique de l’Université de Montréal en 1981. Il a reçu sa Maîtrise en sciences appliquées en 1984 et son Ph.D. en génie mécanique en 1995 de l'École Polytechnique de Montréal. Il a été associé de recherche pour le projet CASTOR à l'École polytechnique de Montréal de 1984 à 1992 pour la génération de maillages et la visualisation de résultats numériques. Il a débuté en 1992 au CERCA (Centre de recherche en calcul appliqué) comme professionnel de recherche dans le domaine de la visualisation scientifique. En 1999, il est devenu professeur au département de génie informatique à l'École polytechnique de Montréal. Benoît Ozell a été professeur affilié au CERCA jusqu'à sa fermeture en 2003, où il était membre du bureau de direction et responsable des activités de recherche en visualisation scientifique. Son expertise est en visualisation scientifique et en infographie. Sa recherche se concentre sur la visualisation distribué et sur les environnements virtuels collaboratifs en immersion.