L'équipe VISE travaille au développement d'un système de navigation 3D pour mieux traiter les calculs rénaux

par Jill Clendening

Une équipe multidisciplinaire de l'Institut Vanderbilt de chirurgie et d'ingénierie (VISE) travaille à la création d'un système de navigation en temps réel pour réduire les fragments de calculs résiduels laissés après une chirurgie de calculs rénaux.

Sur les 100 000 patients qui subissent chaque année une ablation endoscopique des calculs rénaux aux États-Unis, 25 % auront besoin d’une nouvelle opération de calculs rénaux dans les 20 mois. Cela est presque toujours dû aux fragments de calculs laissés sur place, qui peuvent entraîner une obstruction urétérale, une infection des voies urinaires et des lésions rénales. Selon la National Kidney Foundation, on estime qu’une personne sur dix aura un calcul rénal à un moment de sa vie.

« Nous espérons transformer les soins chirurgicaux des patients atteints de calculs rénaux », a déclaré le co-chercheur principal Nicholas Kavoussi, MD, professeur adjoint d'urologie au centre médical de l'université Vanderbilt. « La chirurgie endoscopique des calculs nécessite que le chirurgien visualise l’ensemble du système collecteur rénal pour localiser chaque calcul rénal, et cela comporte de nombreux défis. Pendant l’intervention chirurgicale, du sang ou des débris peuvent obscurcir le champ de vision déjà limité. En outre, pour naviguer avec succès dans le système de collecte rénale, le chirurgien doit créer mentalement un modèle 3D de l'anatomie du patient à partir d'images de tomodensitométrie (TDM) 2D préopératoires.

« Lors d’une intervention chirurgicale, les calculs rénaux peuvent se fragmenter et se disperser, compliquant encore davantage le suivi peropératoire. Nous pensons qu’un système de navigation pendant la chirurgie des calculs peut améliorer les taux d’absence de calculs, réduisant ainsi les chirurgies récurrentes et les complications dues aux fragments résiduels.

En superposant un modèle 3D de l'imagerie préopératoire d'un patient et en la mettant à jour pendant l'intervention chirurgicale, la carte de navigation résultante permettra au chirurgien de suivre avec plus de précision les calculs et les fragments de calculs. Le premier système de navigation en son genre devrait identifier les fragments de pierre de moins de 250 micromètres de diamètre, une taille généralement considérée comme de la poussière, qui pourra ensuite être éliminée pour atténuer les problèmes futurs. Le système de navigation est conçu pour fonctionner avec les caméras chirurgicales endoscopiques existantes, permettant ainsi l'intégration à tout système chirurgical utilisé.

Le co-chercheur principal Ipek Oguz, PhD, professeur adjoint au département d'informatique de l'Université Vanderbilt, est un expert en méthodes d'apprentissage automatique/d'apprentissage profond pour la segmentation d'images médicales. Elle et son équipe analyseront les vidéos et les images obtenues au cours de l'étude pour déterminer l'efficacité du nouveau système et son impact sur les résultats pour les patients.

"À la fin de notre étude de deux ans, nous espérons avoir collecté les données nécessaires pour justifier un essai multicentrique à grande échelle visant à évaluer les résultats des chirurgies d'élimination des calculs rénaux avec et sans le système de navigation", a déclaré Oguz. "De plus, notre système est généralisable, de sorte que les futurs chercheurs développant des systèmes automatisés de suivi et de segmentation vidéo pourraient potentiellement appliquer notre approche de base à d'autres chirurgies endoscopiques."

Le département d'urologie dispose d'un cabinet actif en matière de calculs rénaux, voyant plus de 60 patients souffrant de calculs rénaux chaque semaine. Dans la région, le VUMC sert de centre de référence tertiaire pour les patients atteints de calculs rénaux complexes.

« J'ai pu constater par moi-même l'impact des interventions chirurgicales répétées sur les patients lorsque des fragments résiduels de calculs rénaux entraînent des complications », a déclaré Kavoussi. « Ils sont généralement frustrés, souffrent souvent et la dernière chose qu’ils souhaitent, c’est une autre procédure. Ajoutez à cela le temps perdu au travail et dans leurs activités quotidiennes, et il est facile de comprendre pourquoi il s'agit d'un défi chirurgical que nous devons résoudre.

VISE est une structure interdisciplinaire et trans-institutionnelle conçue pour faciliter les interactions et les échanges entre ingénieurs et médecins. Sa mission est la création, le développement, la mise en œuvre, l'évaluation clinique et la traduction de méthodes, dispositifs, algorithmes et systèmes conçus pour faciliter les processus interventionnels et leurs résultats.

Cette recherche est soutenue par l'Institut national du diabète et des maladies digestives et rénales (R21DK133742). VISE a fourni un soutien initial à ce projet via une bourse de médecin en résidence à Kavoussi et Oguz, qui a été mise à profit pour mener des études préliminaires.