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Collaborative Simulator of Scoliosis Surgery in Virtual Reality

( #réalité virtuelle, #simulations physiques, #images de synthèse )

Depuis 2001, dans le cadre d'une collaboration continue avec l'hôpital Sainte-Justine et le laboratoire de modélisation biomécanique et de chirurgie assistée par ordinateur (LMBCAO), nous avons conçu et développé trois versions successives d'un logiciel pour la simulation de chirurgie de la colonne vertébrale pour les patients scoliotiques: développement des algorithmes nécessaires pour la gestion de l'environnement virtuel et des modèles 3D des avatars, conception de l'architecture réseau pour le partage des données et développement de méthodes d'affichage graphique permettant d'ajouter des informations supplémentaires dans l'environnement. Ces logiciels, évoluant en marge du simulateur de chirurgie pour le rachis scoliotique développé au LMBCAO, font ainsi appel à la réalité virtuelle pour augmenter le réalisme de l'opération afin que l'orthopédiste puisse aisément planifier une chirurgie ou pour que les médecins résidents puissent s'entraîner à mener une opération aussi délicate au sein d'un milieu qui leur est déjà familier. Cet environnement de simulation de chirurgie suscite un intérêt continu de la part des chirurgiens orthopédistes impliqués dans ces travaux de recherche.

Étant donné que les résultats d'une chirurgie du rachis scoliotique varient grandement selon la configuration spatiale de la colonne vertébrale, la rigidité du patient et les décisions prisent par le chirurgien (implants, forces appliquées et technique utilisée), nous développons un outil interactif qui permet de tester facilement différentes manoeuvres chirurgicales de façon pré-opératoire pour identifier le traitement à adopter pour un patient donné. De surcroît, ce simulateur permet aux médecins résidents de se pratiquer avant de faire face à une chirurgie réelle, où ils seront appelés à travailler proche de la moelle épinière.

La réalité virtuelle, en comparaison aux ordinateurs traditionnels, permet d'obtenir un environnement plus réaliste du point de vue du chirurgien pour planifier une opération. Même si le coût de l'équipement est de loin bien supérieur à celui d'un ordinateur traditionnel, l'utilisateur n'est plus obligé de s'asseoir en face d'un écran et de recourir à une souris et différents menus pour accomplir les tâches désirées. Au contraire, le chirurgien est complètement immergé au centre d'une salle d'opération virtuelle, au sein de laquelle il peut se servir d'outils chirurgicaux familiers, les manipulant de ses propres mains, ressentant la force qu'il applique sur la colonne vertébrale du patient pour la redresser. Le réalisme n'émane pas seulement des graphiques 3D mais aussi des interactions et du retour d'informations qu'il est possible d'obtenir en réalité virtuelle, créant de ce fait une expérience quasi-réelle, ne requérant presque aucune formation particulière pour utiliser le logiciel.

• La première version (VRS3, 2004).
• La seconde version avec mode collaboratif (CVRS3, 2007).
• La troisième version avec mode collaboratif et calcul du retour d'effort (CS3, 2010).
• Une présentation sommaire des trois versions.

Jacques-André Boulay a écrit un texte qui a été récompensé au concours de vulgarisation scientifique de l'ACFAS.

Publications :

• Publications on this theme

Highly Qualified Personnel Training (HQP) :

• Alexandre Plouznikoff, March 2001 to January 2004, étudiant M.Sc.A. (S)
• Jacques-André Boulay, January 2005 to March 2006, étudiant M.Sc.A. (S)
• Mélissa Côté, February 2006 to August 2010, étudiante Ph.D. (S)
• Maël Leclair, January 2008 to February 2011, étudiant M.Sc.A. (non terminé) (S)