Modélisation de la qualité de gestes chirurgicaux laparoscopiques

modelling the quality of surgical gestures in laparoscopy

• Auteur / Autrice : Arthur Derathé
• Direction : Sandrine Voros, Alexandre Moreau-Gaudry, Bernard Gibaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Modèles, méthodes et algorithmes en biologie, sante et environnement
• Date : Soutenance le 04/06/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Techniques de l’ingénierie médicale et de la complexité - Informatique, mathématiques et applications (Grenoble, Isère, France)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Christine Jaulent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Voros, Bernard Gibaud, Jean-Luc Faucheron
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Germain Forestier, Eric Vibert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chirurgie endoscopique

Coelioscopie

Gastrectomie longitudinale

Pratique médicale

Mots clés libres

Évaluation de la pratique chirurgicale

Coelioscopie

Annotation de vidéos

Analyse de données chirurgicales

Assessment of surgical practice

Coelioscopy

Video annotation

Surgical data science

Résumé

La chirurgie laparoscopique est une pratique de plus en plus communément utilisée dans différentes spécialités chirurgicales, du fait des grands avantages pour le patient en termes de complications et de temps d’hospitalisation. En revanche, cette pratique est très différente de la chirurgie dite « ouverte », et présente ses propres difficultés, notamment dans la manipulation des instruments chirurgicaux, et la maîtrise de l’espace opératoire. Une meilleure compréhension du geste chirurgical en laparoscopie permettrait d’améliorer les outils utilisés pour la formation des jeunes chirurgiens.L’objectif de ce travail était de développer et valider une méthode visant à expliquer certains aspects clés de la pratique du geste chirurgical en termes cliniques, à partir d’une approche algorithmique. La compréhension du contexte clinique de cette thèse étant essentielle, un important travail d’explicitation et de formalisation des connaissances du chirurgien a été effectué. La deuxième partie de ce travail a consisté à développer une méthode algorithmique visant à prédire la qualité du geste chirurgical et le chirurgien pratiquant. Enfin à travers l’analyse de données décrivant la qualité et la pratique du geste chirurgical, nous avons étudié et validé la pertinence clinique de nouveaux éléments de connaissances cliniques.Nous avons travaillé sur une cohorte de 30 patients opérés par gastrectomie longitudinale au sein du département de chirurgie digestive du CHU de Grenoble. Cette technique chirurgicale est aujourd’hui communément utilisé pour traiter les patients atteints d’obésité morbide ou accompagné de comorbidités. Grâce à une réflexion commune avec notre partenaire chirurgien, nous avons pu formaliser les notions importantes de cette procédure chirurgicale. Pour chacune des chirurgies de la cohorte, nous avons effectué trois annotations distinctes : une annotation de la procédure et des actions des mains du chirurgien, une évaluation de la qualité d’exposition de la scène chirurgicale à chaque geste de dissection effectué par le chirurgien, et enfin la segmentation complète de l’image associée à chacun des gestes de dissection évalués. L’annotation de la procédure et la segmentation ont rendu possible l’extraction de métriques caractéristiques du geste et de la scène chirurgicale.Ensuite, nous avons développé un algorithme dont l’objectif était la prédiction de la qualité d’exposition à partir des métriques. Nous avons également développé un environnement dédié à l’optimisation des hyper-paramètres de notre algorithme pour maximiser les performances en prédiction. L’intérêt de cet environnement était notamment de gérer les spécificités de notre jeu de données.Dans un troisième temps, nous avons mis en place une méthode permettant de confronter l’analyse algorithmique quantitative de nos données à l’expertise clinique des chirurgiens ayant effectué les chirurgies. Pour ce faire, nous avons d’abord extrait les variables les plus importantes pour notre tâche de prédiction. Puis nous avons traduit l’information portée par ces variables sous forme d’énoncés présentant une signification clinique. Enfin nous avons extrait des échantillons vidéos représentatifs de chacun de ces énoncés. A partir de ces énoncés accompagnés de leurs échantillons vidéos, nous avons pu construire un questionnaire de validation, et le présenter à nos partenaires chirurgiens. Nous avons ainsi mené une validation clinique visant à recueillir leur avis quant à la pertinence clinique de notre approche.Nous avons donc proposé une méthode d'analyse quantitative explicitant le lien entre des observations visuelles et temporelles et des critères cliniques relatifs à des chirurgies laparoscopiques. Une meilleure compréhension de ces liens permettrait, à terme, de proposer des systèmes d'aide à la formation des chirurgiens sur cette pratique complexe.hick up

Sous cœlioscopie, le traitement chirurgical permet une meilleure prise en charge du patient, et sa pratique est de plus en plus fréquente en routine clinique. Cette pratique présente néanmoins ses difficultés propres pour le chirurgien, et nécessite une formation prolongée pendant l’internat et en post-internat. Pour faciliter cette formation, il est notamment possible de développer des outils d’évaluation et d’analyse de la pratique chirurgicale.Dans cette optique, l’objectif de ce travail de thèse est d’étudier la faisabilité d’une méthodologie proposant, à partir d’un traitement algorithmique, des analyses à portée clinique pertinente pour le chirurgien. J’ai donc traité les problèmes suivants : Il m’a fallu recueillir et annoter un jeu de données, implémenter un environnement d’apprentissage dédié à la prédiction d’un aspect spécifique de la pratique chirurgicale, et proposer une approche permettant de traduire mes résultats algorithmiques sous une forme pertinente pour le chirurgien. Dès que cela était possible, nous avons cherché à valider ces différentes étapes de la méthodologie.