Par K. Aubert (prix du poster lors du congrès de la Société de Biomécanique 2020).

Depuis plusieurs années, les chirurgiens orthopédistes s’orientent vers des méthodes chirurgicales mini-invasives. Ces méthodes permettent de réduire le temps opératoire, le saignement et les cicatrices. Aujourd’hui, même pour des fractures en compression complexes comme les fractures du plateau tibial, les méthodes mini-invasives sont pratiquées. Celles-ci consistent notamment à insérer et à gonfler un ballonnet sous les fragments compressés afin de les élever progressivement jusqu’à restaurer la surface articulaire.

Les avantages des méthodes mini-invasives sont cependant au détriment de la visualisation directe des fragments osseux par le chirurgien comme c’est le cas en chirurgie ouverte. Alors que la qualité de la réduction de fracture est essentielle pour la poursuite de vie du patient, l’évaluation du déplacement du fragment et sa quantification reste aujourd’hui complexe. En parallèle, des algorithmes sont développés pour mesurer des micro-déplacements et micro-déformations dans l’os à l’aide de système d’imagerie 3D dédiés à la recherche et l’industrie. Ces algorithmes sont regroupés sous le nom Digital Volume Correlation (DVC). Dans cette étude, nous évaluons l’utilisation de la DVC sur des images 3D issues de systèmes d’imagerie clinique. Puis, nous avons évalué l’utilisation de DVC pour mesurer les déplacements volumiques des fragments osseux pendant la réduction de fractures.

Premièrement, nous avons utilisé des os synthétiques en polyuréthane représentant la porosité de l’os. Ces os synthétiques ont été placés dans un scanner à rayons X clinique puis translatés de manière contrôlée. Une image 3D était acquise à chaque incrément de translation. Les déplacements mesurés par DVC à partir des images 3D ont été comparés aux déplacements imposés afin de vérifier la faisabilité et l’incertitude de la mesure.

Dans un second temps, nous avons recréé une fracture du plateau tibial sur un tibia humain issu du don du corps. La fracture a été réduite, par un chirurgien, dans un scanner à rayons X clinique. Une image 3D était acquise chaque incrément de 0,5cm3 de liquide injecté dans le ballonnet permettant la réduction de fracture. Les images 3D ont été utilisées pour mesurer, à l’aide de la DVC, les déplacements volumiques des fragments au cours de la chirurgie. Afin de vérifier les mesures obtenues, les déplacements sur la surface du plateau tibial ont également été mesurés indépendamment en 32 points de contrôle par stéréo suivi de marqueurs.

illustration Aubert comp

Dans la première phase, les différences entre le déplacement mesuré et imposé étaient respectivement de 8,41±6,17µm (moyenne±écart-type) et 12,81±10,38µm dans les directions axiale et radiale du scanner. En condition de réduction de fracture, nous avons pu mesurer les déplacements volumiques des fragments osseux. L’évaluation des champs a montré une erreur inférieure à 0,50mm en chacun des 32 points de contrôle.

Cette étude a montré que la Corrélation d’Images Volumiques (DVC) est compatible avec des images 3D acquises avec un scanner à rayons X clinique, pour mesurer les déplacements des fragments osseux dans le contexte de réduction de fracture. L'analyse per-opératoire des déplacements des fragments osseux serait une aide précieuse pour les chirurgiens afin de réaliser la procédure chirurgicale la plus adaptée au patient. En cas de réduction incomplète, les chirurgiens seraient en mesure, en observant les déplacements des fragments, de déterminer si les outils chirurgicaux doivent être repositionnés.

Publication

Aubert, K., Vendeuvre, T., Michel, N., Rochette, M., Brèque, C., Rigoard, P., Valle, V., & Germaneau, A. (2020). Characterization of bone fragment displacement during minimally invasive surgical procedures by digital volume correlation (DVC). Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, 23(sup1), S18–S19. https://doi.org/10.1080/10255842.2020.1811495

L’auteur

Kévin AUBERT, (Institut Pprime UPR3346 – CNRS – Université de Poitiers – ISAE-ENSMA, Poitiers, France / Ansys France, Villeurbanne, France)

Photo Trama

 Kévin Aubert est doctorant à l’Institut Pprime, UPR 3346 CNRS – Université de Poitiers dans l’équipe Photomécanique & analyse Expérimentale en Mécanique. Sa thèse résulte d’un partenariat avec Ansys France, le laboratoire PRISMATICS du CHU de Poitiers et l’Institut Pprime. Il participe au développent d’outils numériques et de jumeaux numériques de patient pour aider les chirurgiens orthopédistes particulièrement en traumatologie.

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