Convergence : quand la rencontre de trois technologies inspire une solution de chirurgie

November 21, 2019 Mme Nicole Forget

Une règle que les pilotes respectent : « Ne laissez jamais un avion vous emmener là où votre cerveau ne se trouvait pas déjà cinq minutes plus tôt. » En d’autres mots, vous devez toujours garder une longueur d’avance sur l’avion, prévoir et savoir où vous allez en tout temps.

Il s’agit du concept de conscience situationnelle, une règle qui s’applique aussi aux chirurgiens.

Pensez-y un peu… Tout comme les pilotes, les chirurgiens établissent leur parcours à l’avance, s’efforcent de mémoriser le trajet avant d’exécuter un plan. Les chirurgiens comme les pilotes doivent décider de la façon dont ils procéderont à partir de l’information à leur disposition.

L’une des principales différences entre les deux professions réside dans le fait que les pilotes disposent de plus d’informations en temps réel. Outre les aides à la navigation traditionnelles, ils peuvent compter sur des outils et des écrans de visualisation de pointe qui leur permettent de surveiller la progression du vol afin d’arriver à destination rapidement et en toute sûreté.

Image 1 : Système de visualisation tête haute (HUD) d’un avion qui utilise la technologie de projection sans obscurcir les images réelles.

Contrairement aux pilotes, les chirurgiens volent à l’aveugle. Bien qu’ils puissent se préparer à l’aide de l’imagerie médicale et des examens préopératoires, ils ne disposent que d’un minimum d’information pour bien visualiser l’intérieur d’un organe quand ils prennent le bistouri.

Cette situation peut entraîner des risques dans le cas d’interventions comme la néphrectomie partielle chez les patients atteints d’un cancer du rein. C’est pourquoi bon nombre de chirurgiens optent pour une néphrectomie totale, soit l’ablation du rein entier.

Et si les chirurgiens avaient des outils de visualisation perfectionnés comme ceux des pilotes?

Voilà le défi que l’un des directeurs de thèse de Philip Edgcumbe, qui est chirurgien, lui avait lancé il y a de cela quelques années. M. Edgcumbe entend encore son directeur lui dire : « Il faudrait une sorte Google Maps en chirurgie. »

En tant que scientifique, ingénieur biomédical, innovateur médical, médecin en formation (M.D.-Ph.D.) et entrepreneur, Philip Edgcumbe était prêt à relever le défi. Son but : fournir aux chirurgiens plus d’information en salle d’opération sans trop les distraire.

C’est ainsi qu’il a inventé la Pico Lantern, le premier projecteur miniature du genre pour la navigation peropératoire – et le produit de la convergence.

Mais qu’entend-on par convergence au juste?

Nous assistons déjà à de nouveaux progrès rapides dans la transformation des soins pour les patients et les professionnels de la santé, entre autres en génétique, en bio-informatique ou en ingénierie des matériaux, mais ces progrès risquent de se faire en isolation.

Pour M. Edgcumbe, il y a des possibilités d’innovation révolutionnaire à l’intersection de ces trois secteurs.

« Je vois la convergence comme un moyen de solutionner des problèmes au moyen d’idées, de technologies ou de techniques différentes, qui sont en définitive meilleures que la somme de toutes leurs parties », soutient-il.

Trois technologies au service d’une solution

Pendant la rédaction de sa thèse en génie biomédical à l’Université de la Colombie-Britannique, la collègue de M. Edgcumbe, la Dre Caitlin Schneider, a mis au point un transducteur échographique destiné à la robotique chirurgicale à effraction minimale. Les sondes d’échographie utilisés jusqu’à maintenant en chirurgie étaient encombrants, et la miniaturisation de la technologie a donné des résultats prometteurs. Constatant ce succès, et fort de son expertise acquise durant ses études, M. Edgcumbe s’est mis à réfléchir au potentiel de miniaturisation d’autres technologies.

Avant de de se lancer, Philip Edgcumbe et son équipe se sont penchés sur le contexte afin de recenser les technologies qu’ils pourraient utiliser pour intégrer la réalité augmentée en chirurgie. Au cours de ce processus, ils se sont rendus compte que l’industrie des téléphones cellulaires possédait déjà des prototypes de projecteurs miniatures. C’est alors qu’ils se sont mis à réfléchir à la façon dont ils pourraient utiliser ces projecteurs en chirurgie.

L’inspiration leur est aussi venue en partie de l’industrie automobile et aéronautique, lesquelles utilisent la réalité augmentée pour projeter de l’information dans un système de visualisation tête haute (voir ci-dessus). Conçus à l’origine pour les pilotes militaires, les systèmes de visualisation tête haute ont été adoptés par l’industrie automobile pour fournir des renseignements importants aux conducteurs sans trop les distraire.

Ces percées les ont non seulement inspirés, mais ont donné à M. Edgcumbe et à ses collègues la confiance nécessaire pour poursuivre leur travail de création.

Cartographie et prototypage du dispositif

Pour leur prototype, M. Edgcumbe et ses collègues ont d’abord axé leurs recherches sur des projecteurs déjà existants qui étaient assez petits pour être démontés puis reconfigurés pour être utilisés dans une intervention chirurgicale à effraction minimale. Ils ont baptisé ce projecteur Pico Lantern.

Initialement, M. Edgcumbe a utilisé la Pico Lantern pour réaliser avec précision une reconstruction de surface d’un champ opératoire.  Il a également réussi à repérer les vaisseaux sanguins sous-jacents par le mouvement pulsatile de la surface.

Pour leur seconde itération, l’équipe a employé la sonde échographique miniature de sa collègue pour modéliser avec exactitude les structures sous la surface. Ils ont exploré comment cette information peut être présentée au chirurgien à l’aide de la réalité augmentée en comparant les avantages et les inconvénients d’un dispositif autonome qui effectue une projection directement sur la surface à ceux d’un autre dont l’utilisation repose sur une interface informatique.

Ils ont alors découvert que la projection directement sur la surface est plus efficace : elle permet d’éviter le décalage important que présente une interface informatique, mais surtout, l’affichage graphique pourrait obstruer partiellement la vue du chirurgien. Ils ont donc poursuivi leurs travaux sur la Pico Lantern, produit autonome qui projette de l’information directement sur le champ opératoire par réalité augmentée.

Image 2 : Diagramme illustrant la mise en place de la Pico Lantern (au centre) pour une expérience de reconstruction de surface d’un rein en 3D.

Un projecteur pour les chirurgiens, et même plus

Cette itération de la Pico Lantern a été conçue pour améliorer la chirurgie laparoscopique, le projecteur étant assez petit pour être inséré dans la cavité abdominale et manipulé par le chirurgien à l’aide des outils qu’il utilise déjà. Le projecteur de la Pico Lantern étant situé directement dans l’abdomen, il peut donc être déplacé selon la position du laparoscope et ne nécessite aucun outil de repérage externe.

Le nombre d’étapes de calibration et d’enregistrement est donc réduit, et cette réduction du nombre d’étapes intermédiaires pourrait améliorer la précision de la reconstruction de surface et de la projection en réalité augmentée.

Image 3 : Vue laparoscopique de la Pico Lantern qui projette un modèle de damier sur la surface d’un rein pour la reconstruction de surface.

Selon Philip Edgcumbe, le dispositif pourrait avoir des applications ailleurs qu’en médecine : « Il existe un intérêt considérable pour les techniques de cartographie de l’environnement en trois dimensions, et les idées sur la meilleure façon de faire abondent. Le projecteur Pico Lantern pourrait en faire partie. »

Une innovation de grande portée

La Pico Lantern a pour but d’améliorer les résultats chez les patients atteints de cancer et d’obtenir de meilleures issues en chirurgies pour les 50 000 Canadiens qui, chaque année, reçoivent un diagnostic de cancer du foie, de l’estomac, du pancréas, du rein, de la vessie ou de la prostate.

En 2016, M. Edgcumbe et son équipe ont déposé un brevet pour le projecteur Pico Lantern et ont travaillé avec Northern Digital Inc. (NDI), une entreprise de génie biomédical située à Waterloo, en Ontario, afin de perfectionner cette nouvelle technologie.

Le projecteur Pico Lantern a été soumis à différentes étapes d’analyse en laboratoire. L’équipe a d’abord démontré qu’il peut servir à réduire le volume de tissus sains que le chirurgien excise avec la tumeur, un résultat qui pourrait s’avérer utile en salle d’opération. Toutefois, elle n’a pas encore reçu les approbations qui permettraient à ses membres de commencer à tester la Pico Lantern sur des sujets humains.

En septembre 2019, l’équipe a reçu une excellente nouvelle : la US Patent and Trade Office lui a décerné officiellement le brevet pour la Pico Lantern. « Maintenant que nous avons la protection conférée par un brevet pour la Pico Lantern, nous prévoyons qu’il sera beaucoup plus facile de recueillir des fonds qui serviront aux essais en laboratoire, au perfectionnement de notre produit et à son homologation sur des sujets humains », se réjouit M. Edgcumbe.

L’aspiration la plus profonde de Philip Edgcumbe serait de voir passer le projecteur Pico Lantern d’idée novatrice à produit éprouvé et que les données montrent que le projecteur améliore véritablement la fonction rénale et la qualité de vie des patients.

« Dans les domaines du génie et de l’innovation, on accorde en général la priorité à la nouveauté et aux idées tape-à-l’œil qui captent l’imagination des collègues, mais comme médecin en formation qui a le privilège de travailler régulièrement avec des patients, ce qui compte réellement pour moi, ce sont les effets positifs qu’aura cette invention sur la qualité de vie des patients », soutient Philip Edgcumbe. 

À propos de l’auteur

Mme Nicole Forget

Gestionnaire de contenu chez Joule, Nicole Forget est animée par la curiosité, le pouvoir des anecdotes et les approches visant à améliorer les soins de santé pour tous. Le jour, elle développe du contenu, effectue du travail de révision et planifie le calendrier de rédaction. Le soir, elle court, fait du vélo le long du canal Rideau ou écoute des films.

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