Tout comme les athlètes s’entraînent pour un match ou les acteurs répètent pour une représentation, les chirurgiens se préparent à une opération. Aujourd’hui, Atlas Meditech permet aux chirurgiens cérébraux d’atteindre un nouveau niveau de réalisme dans leur préparation préopératoire grâce à l’IA et à des simulations physiquement exactes.
Atlas Meditech, une plateforme d’intelligence en chirurgie cérébrale, adopte des outils – notamment le cadre d’imagerie médicale MONAI et la plateforme de développement 3D Nvidia Omniverse – pour créer des plateformes d’aide à la décision alimentées par l’IA et des plateformes de répétition chirurgicale haute fidélité. Sa mission : améliorer les résultats chirurgicaux et la sécurité des patients.
« L’Atlas fournit une collection d’outils multimédias aux chirurgiens du cerveau, leur permettant de répéter mentalement une opération la nuit précédant une opération réelle », explique le Dr Aaron Cohen-Gadol, fondateur d’Atlas Meditech et de son homologue à but non lucratif, Neurosurgical Atlas. « Grâce à l’informatique accélérée et aux jumeaux numériques, nous voulons transformer cette répétition mentale en une répétition hautement réaliste dans le cadre d’une simulation.
Neurosurgical Atlas propose des études de cas, des vidéos chirurgicales et des modèles 3D du cerveau à plus d’un million d’utilisateurs en ligne. Le Dr Cohen-Gadol, également professeur de chirurgie neurologique à la faculté de médecine de l’université d’Indiana, estime que plus de 90 % des programmes de formation en chirurgie cérébrale aux États-Unis – ainsi que des dizaines de milliers de neurochirurgiens dans d’autres pays – utilisent l’Atlas comme ressource clé pendant leur internat et au début de leur carrière de chirurgien.
Le logiciel Pathfinder d’Atlas Meditech intègre des algorithmes d’IA qui peuvent suggérer aux experts des voies chirurgicales sûres pour naviguer dans le cerveau afin d’atteindre une lésion.
Et avec Nvidia Omniverse, une plateforme pour connecter et construire des pipelines 3D personnalisés et des applications métavers, l’équipe vise à créer des représentations virtuelles personnalisées des cerveaux des patients individuels pour la répétition de la chirurgie.
Modèles 3D personnalisés de cerveaux humains
L’un des principaux avantages des simulations avancées d’Atlas Meditech – à l’écran ou en réalité virtuelle immersive – est la possibilité de personnaliser les simulations afin que les chirurgiens puissent s’entraîner sur un cerveau virtuel dont la taille, la forme et la position de la lésion correspondent à celles du cerveau du patient.
« L’anatomie de chaque patient est légèrement différente », explique le Dr Cohen-Gadol. « Ce que nous pouvons faire aujourd’hui avec la physique et les graphiques avancés, c’est créer un modèle de cerveau spécifique au patient et travailler avec lui pour voir et opérer virtuellement une tumeur. La précision des propriétés physiques permet de recréer l’expérience que nous avons dans le monde réel au cours d’une opération ».
Pour créer des jumeaux numériques du cerveau des patients, l’outil Atlas Pathfinder a adopté MONAI Label, qui peut aider les radiologues en annotant automatiquement les IRM et les tomodensitogrammes pour segmenter les structures normales et les tumeurs.
« MONAI Label est la porte d’entrée de tout projet de soins de santé, car il nous donne la possibilité de segmenter les structures critiques et de les protéger », explique le Dr Cohen-Gadol. « Pour l’Atlas, nous formons MONAI Label à agir comme les yeux du chirurgien, en mettant en évidence ce qui est un vaisseau normal et ce qui est une tumeur dans le scanner d’un patient individuel.
Grâce à une vue segmentée du cerveau du patient, Atlas Pathfinder peut ajuster son modèle cérébral 3D pour qu’il s’adapte à l’anatomie spécifique du patient, en saisissant la façon dont la tumeur déforme la structure normale de son tissu cérébral.
Sur la base de cette visualisation – que les radiologues et les chirurgiens peuvent modifier pour en améliorer la précision – Atlas Pathfinder suggère les approches chirurgicales les plus sûres pour accéder à la tumeur et la retirer sans endommager d’autres parties du cerveau. Chaque approche renvoie au site web d’Atlas, qui comprend un tutoriel écrit du plan opératoire.
« L’aide à la décision par l’IA peut faire une grande différence dans la navigation au sein d’une structure 3D très complexe où chaque millimètre est critique », explique le Dr Cohen-Gadol.
Des environnements de répétition réalistes pour les chirurgiens en exercice
Atlas Meditech utilise Nvidia Omniverse pour développer une salle d’opération virtuelle qui peut plonger les chirurgiens dans un environnement réaliste pour répéter les procédures à venir. Dans la simulation, les chirurgiens peuvent modifier la position du patient et de l’équipement.
À l’aide d’un casque VR, les chirurgiens pourront travailler dans cet environnement virtuel en suivant pas à pas la procédure et en recevant un retour d’information sur la façon dont ils respectent la voie cible pour atteindre la tumeur. Des algorithmes d’IA peuvent être utilisés pour prédire comment le tissu cérébral se déplacera lorsque le chirurgien utilisera des instruments médicaux au cours de l’opération et appliquer ce déplacement estimé au cerveau simulé.
« Le pouvoir de permettre aux chirurgiens d’entrer dans un espace virtuel en 3D, de couper un morceau du crâne et de répéter l’opération avec un cerveau simulé ayant des propriétés physiques très similaires à celles du patient serait énorme », déclare le Dr Cohen-Gadol.
Pour mieux simuler les propriétés physiques du cerveau, l’équipe a adopté Nvidia PhysX, un moteur avancé de simulation physique en temps réel qui fait partie de Nvidia Omniverse. En utilisant des dispositifs haptiques, ils ont pu expérimenter l’ajout d’un retour haptique à l’environnement virtuel, imitant la sensation de travailler avec des tissus cérébraux.
Envisager l’IA et la robotique dans l’avenir de la formation en chirurgie
Le Dr Cohen-Gadol pense que dans les années à venir, les modèles d’IA seront en mesure d’améliorer encore la chirurgie en fournissant des informations supplémentaires au cours de l’intervention. Il s’agit par exemple d’avertir les chirurgiens de la présence de structures cérébrales critiques à proximité de la zone sur laquelle ils travaillent, de suivre les instruments médicaux pendant l’opération et de fournir un guide pour les prochaines étapes de l’opération.
Atlas Meditech prévoit d’explorer la plateforme Holoscan de Nvidia pour des applications d’IA en continu afin d’alimenter ces informations peropératoires en temps réel. L’application de l’analyse de l’IA aux actions d’un chirurgien pendant une procédure peut fournir au chirurgien un retour d’information utile pour améliorer sa technique.
En plus d’être utilisés par les chirurgiens pour répéter leurs opérations, le Dr Cohen-Gadol affirme que les jumeaux numériques du cerveau et de la salle d’opération pourraient aider à former des instruments médicaux intelligents tels que des robots microscopiques à l’aide d’Isaac Sim, une application de simulation robotique développée sur Omniverse.
