Utilisation de la réalité augmentée lors des interventions chirurgicales de l'oreille moyenne et interne

Augmented reality based middle and inner ear surgical procedures

• Auteur / Autrice : Raabid Hussain
• Direction : Alexis Bozorg-Grayeli, Alain Lalande
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation et informatique de l'image
• Date : Soutenance le 26/11/2020
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Imagerie et Vision Artificielle (ImVia) (Dijon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
• Jury : Président / Présidente : Marco-Domenico Caversaccio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dan Gnansia
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nicolas Padoy, Yann Nguyen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Membrane du tympan

Réalité augmentée

Infographie

Mots clés libres

Chirurgie d'implant cochléaire

Chirurgie mini-Invasive

Otologie

Procédures transtympaniques

Réalité augmentée

Segmentation d’image de l'oreille

Augmented reality

Cochlear implant surgery

Medical image segmentation

Minimally invasive surgery

Otology

Transtympanic procedures

Résumé

Les procédures otologiques impliquent la manipulation de petites structures délicates et complexes de l'anatomie de l'os temporal qui se trouvent à proximité de nerfs et de vaisseaux sanguins critiques. La réalité augmentée (RA) peut grandement être benéfique au domaine otologique en fournissant des informations supplémentaires anatomiques et de navigation fusionnée sur un seul écran. Cependant, bien que la navigation conventionnelle ait prouvé son utilité en otologie, le développement de la RA dans ce domaine reste limitée. Ce projet vise à développer des solutions RA pour les interventions chirurgicales de l'oreille moyenne et interne.Nous proposons deux applications de la RA à cet égard. Dans la première application, des informations sur les structures de l'oreille moyenne sont obtenues à partir d'un examen tomodensitométrique préopératoire et sont superposées à la vidéo chirurgicale de la membrane tympanique. Cela permet au chirurgien d'avoir des informations en temps réel sur les structures anatomiques cibles et l'instrument chirurgical localisés derrière la membrane tympanique sans élévation du volet tympanoméatal. En prolongement de ce système, nous proposons également de visualiser le modiolus cochléaire sur la vidéo chirurgicale de l'oreille moyenne et interne permettant l'implantation transmodiolaire de l'implant cochléaire à travers le conduit auditif externe.Les deux systèmes de RA proposés sont conçus de manière mini-invasive et sont uniquement basés sur des algorithmes de vision, éliminant la nécessité de systèmes traditionnels de suivi magnétique et/ou optique que l'installation dans l'environnement du bloc opératoire est facile. Ce travail ouvre des perspectives importantes sur les procédures otologiques mini-invasives grâce à des solutions basées sur la RA.

Otologic procedures involve manipulation of small, delicate and complex structures in the temporal bone anatomy which are in close proxmity of critical nerves and blood vessels. Augmented reality (AR) can highly benefit the otological domain by providing supplementary anatomical and navigational information unified on a single display. However, despite being composed of mainly rigid bony structures, the awareness and acceptance of possibilities of AR systems in otology is fairly low. This project aims at developing video-based AR solutions for middle and inner ear surgical procedures.We propose two applications of AR in this regard. In the first application, information about middle ear cleft structures is obtained from a preoperative CT-scan exam and overlayed onto the surgical video of the tympanic membrane. This system provides the surgeon with real-time information about the anatomical target structures and the surgical instrument behind the tympanic membrane without tympanomeatal flap elevation. As an extension of this system, we also propose to visualize the cochlear modiolus in the real-time surgical video of the middle and inner ear cleft enabling transmodiolar implantation of the cochlear implant through the external auditory canal.Both proposed AR systems are designed in a minimally invasive manner and are solely based on vision algorithms eliminating the need for traditional magnetic and optical tracking systems. The first trials showed an easy installation in the operating room environment. This work opens important perspectives into minimally invasive otologic procedures through AR-based solutions.