Thyroïdectomie endoscopique radicale assistée par réalité mixte

Résumé

La thyroïdectomie endoscopique radicale est associée à diverses complications chirurgicales. Cette étude utilise des techniques de réalité mixte pour aider les chirurgiens à effectuer une thyroïdectomie endoscopique radicale, dans le but d’améliorer sa sécurité et d’abaisser le seuil chirurgical.

Résumé

La thyroïdectomie endoscopique radicale (TE) offre des résultats esthétiques supérieurs et une meilleure visibilité du champ opératoire par rapport à la chirurgie ouverte. Cependant, les fonctions physiologiques uniques de la thyroïde et l’anatomie complexe qui l’entoure peuvent entraîner diverses complications chirurgicales. La réalité mixte (MR), une technologie de visualisation holographique en temps réel, permet de créer des modèles 3D très réalistes dans le monde réel et facilite de multiples interactions homme-machine. L’IRM peut être utilisée à la fois pour l’évaluation préopératoire et la navigation peropératoire. Tout d’abord, une reconstruction 3D semi-automatique du cou à partir d’images de tomodensitométrie améliorées est réalisée à l’aide de 3Dslicer. Ensuite, le modèle 3D est importé dans Unity3D pour créer un hologramme virtuel qui peut être affiché sur un écran MR monté sur casque (HMD). Pendant l’opération, les chirurgiens peuvent porter le HMD MR pour localiser les lésions et l’anatomie environnante grâce à l’hologramme virtuel. Dans cette étude, les patients nécessitant une TE radicale ont été répartis au hasard dans le groupe expérimental ou dans le groupe témoin. Les chirurgiens ont effectué une TE radicale assistée par IRM dans le groupe expérimental. Une analyse comparative des résultats chirurgicaux et des résultats des échelles a été réalisée. Cette étude a permis de développer avec succès le modèle 3D du cou et l’hologramme virtuel. Selon l’échelle d’indice de charge de tâche de la NASA, le groupe expérimental a présenté des scores significativement plus élevés en « Propre performance » et des scores plus faibles en « Effort » par rapport au groupe témoin (p = 0,002). De plus, sur l’échelle d’évaluation subjective de Likert, les scores moyens pour toutes les questions dépassaient 3. Bien que l’incidence des complications chirurgicales ait été plus faible dans le groupe expérimental que dans le groupe témoin, les différences dans les résultats chirurgicaux n’étaient pas statistiquement significant.MR est bénéfique pour améliorer les performances et alléger le fardeau des chirurgiens pendant la période périopératoire. De plus, la RM a démontré le potentiel d’améliorer la sécurité de l’ET. Par conséquent, il est essentiel d’étudier plus avant les applications chirurgicales de l’IRM.

Introduction

Au cours de la dernière décennie, l’incidence mondiale des nodules thyroïdiens est passée à 29,29 %, soit une augmentation de 7,76 % par rapport à la décennie précédente. Cette tendance positionne les nodules thyroïdiens comme l’une des maladies les plus répandues¹. Parallèlement, l’incidence du cancer de la thyroïde a atteint 20/100 000, ce qui le classe au septième rang de tous les cancers et au troisième rang chez les femmes. La chirurgie radicale reste l’approche thérapeutique privilégiée².

La thyroïdectomie peut être classée en chirurgies ouvertes, endoscopiques et robotiques. La thyroïdectomie endoscopique (TE) est une forme de chirurgie esthétique qui utilise la longueur des instruments endoscopiques pour créer des tunnels sous-cutanés à travers des incisions pratiquées dans l’aréole, l’aisselle, la cavité buccale et d’autres zones cachées, facilitant ainsi une apparence sans cicatrice dans le cou. Cette approche est particulièrement attrayante pour les femmes, qui constituent la majorité des patients atteints d’un cancer de la thyroïde³. Cependant, l’ET doit encore être optimisée d’un point de vue chirurgical. Tout d’abord, la TE est mise à l’épreuve par un espace chirurgical limité et un manque de retour tactile, ce qui complique l’opération et contribue à une courbe d’apprentissage prolongée⁴. Deuxièmement, la thyroïde possède des fonctions physiologiques spéciales et une anatomie locale complexe, ce qui rend la TE vulnérable à des complications graves, telles que l’hypoparathyroïdie et les lésions récurrentes du nerf laryngé (RLN)⁵. De plus, le cancer de la thyroïde se manifeste souvent par des métastases lymphatiques occultes, et un curage ganglionnaire cervical incomplet peut augmenter davantage le risque de récidive lymphatique postopératoire⁶, entraînant la nécessité de chirurgies secondaires ou même multiples chez certains patients.

L’intelligence artificielle (IA) est un domaine émergent qui cherche à simuler et à améliorer l’intelligence humaine grâce à des algorithmes informatiques. La réalité étendue (XR) est une catégorie de techniques d’IA capables de fournir des informations audiovisuelles très réalistes en temps réel, particulièrement adaptées aux applications chirurgicales⁷. La réalité mixte (MR), un sous-ensemble de la XR, intègre des hologrammes virtuels à des entités du monde réel, permettant aux utilisateurs d’interagir de manière transparente entre la réalité et les environnements virtuels⁸. La reconstruction tridimensionnelle (3D) est une technique d’infographie qui consiste à transformer des images bidimensionnelles (2D) composées de pixels en modèles 3D constitués de voxels. La présentation de modèles 3D est cruciale, et l’application principale de l’IRM en chirurgie consiste à afficher des modèles 3D construits à partir d’images tomographiques, telles que la tomodensitométrie (TDM) et l’imagerie par résonance magnétique (IRM).

Dans cette étude, l’IRM a été utilisée pour aider à la TE radicale dans le but d’améliorer son efficacité et son innocuité tout en réduisant la complexité chirurgicale. Les patients diagnostiqués avec un cancer de la thyroïde qui répondaient à des critères d’inclusion et d’exclusion spécifiés ont été répartis au hasard dans le groupe expérimental ou le groupe témoin. Ceux du groupe expérimental ont subi une ET radicale assistée par IRM. Une analyse comparative des résultats chirurgicaux entre les deux groupes a été réalisée. De plus, l’échelle NASA-TLX (National Aeronautics and Space Administration Task Load Index Scale) et l’échelle d’évaluation subjective de Likert ont été utilisées pour évaluer l’impact de l’ET assistée par IRM sur les chirurgiens. NASA-TLX est reconnu comme la référence en matière d’évaluation subjective de la charge de travail et comprend six dimensions : la demande mentale (DM), la demande physique (DP), la demande temporelle (TF), la performance personnelle (OP), l’effort (EF) et la frustration (FR)⁹. Chaque dimension est évaluée indépendamment sur une échelle de 0 à 100. L’échelle d’évaluation subjective de Likert comprend une série de questions avec cinq niveaux de réponse allant de très satisfait (5 points) à très insatisfait (1 point), les niveaux intermédiaires étant satisfait (4 points), acceptable (3 points) et insatisfait (2 points).

Protocole

Le protocole suit les directives du comité d’éthique de la recherche humaine de l’Université Sun Yat-Sen. Aucune approbation éthique spécifique n’est requise puisque ce traitement a été effectué dans le cadre de soins cliniques de routine.

1. 3D reconstruction

1. Importez des données DICOM à partir de tomodensitogrammes améliorés par le cou dans 3DSlicer¹⁰, en utilisant une largeur de fenêtre de 350 unités Hounsfield (HU) et un niveau de fenêtre de 40 HU.
2. Segmentez et reconstruisez le modèle 3D du cou à l’aide d’une approche semi-automatique.
   1. Segmentez et reconstruisez l’habillage à l’aide des fonctions Threshold et Hollow . Tout d’abord, créez une segmentation pour les valeurs TC supérieures à -250 HU à l’aide de la fonction Seuil . Ensuite, utilisez la fonction Hollow pour supprimer l’intérieur de cette segmentation.
   2. Segmentez et reconstruisez la thyroïde, les lésions, la trachée et l’œsophage à l’aide de la fonction Grow from seeds basée sur des images de phase artérielle ou veineuse. Délimitez manuellement les graines dans les structures cibles à travers des images en coupe, sagittales et coronales. Ensuite, générez automatiquement la segmentation cible à l’aide de la fonction Grow from seeds .
   3. Segmentez et reconstruisez l’os à l’aide de la fonction Seuil basée sur des images de numérisation simples. Créez cette segmentation pour les valeurs CT supérieures à 200 HU.
   4. Segmentez et reconstruisez des artères à l’aide de la fonction de seuil local basée sur des images de phase artérielle. Délimitez manuellement les graines dans les artères dans les images coronales. Par la suite, créez une segmentation avec une plage de valeurs CT cohérente avec les valeurs initiales à l’aide de la fonction de seuil local et répétez la procédure pour étendre progressivement la segmentation.
   5. Segmentez et reconstruisez les veines à l’aide de la fonction de seuil local basée sur des images de phase veineuse. Utilisez les opérations spécifiques identiques à celles décrites à l’étape précédente.
3. Reconstruisez automatiquement le modèle 3D du cou à l’aide du rendu volumique.
   1. Sélectionnez des images de phase artérielle ou des images de phase veineuse dans le module de rendu de volume.
   2. Optez pour un protocole de reconstruction automatique optimal, généralement le protocole de reconstruction par tomodensitométrie coronaire, mettant l’accent sur la visualisation des vaisseaux thyroïdiens supérieurs et inférieurs.
   3. Minimisez les reconstructions inutiles en ajustant précisément la région d’intérêt.

2. Construction de l’hologramme virtuel du cou

1. Exportez le modèle 3D du manche reconstruit semi-automatiquement à partir de 3DSlicer sous forme de fichier OBJ.
2. Créez un nouveau projet dans Unity3D à l’aide du Mixed Reality Toolkit (MRTK) et configurez les composants nécessaires.
   1. Ajoutez une bordure de contrôle à l’aide du composant Collisionneur de boîtes .
   2. Implémentez un curseur mobile à l’aide du composant Cursor Context Object Manipulator .
   3. Ajoutez des fonctions de mouvement, de mise à l’échelle et de rotation via les composants Manipulateur d’objet, Interaction proche saisissable et Contrainte d’échelle minimale max .
   4. Activez le contrôle de la transparence à l’aide du composant Slider Transparency Controller .
3. Importez le fichier OBJ dans le projet et associez les composants susmentionnés au modèle 3D du manche.
4. Déboguer l’hologramme virtuel du cou sur le dispositif monté sur la tête (HMD) MR à l’aide du programme de communication à distance holographique , puis empaqueter et exporter le projet à partir de Unity3D¹¹.
5. Installez l’hologramme virtuel du cou sur le HMD MR à l’aide du programme Visual Studio .

3. Manipulation du dispositif MR

1. Portez le HMD MR avant la chirurgie ou demandez aux infirmières circulantes de vous aider à porter le HMD pendant la chirurgie.
2. Utilisez MR HMD pour manipuler les hologrammes virtuels du cou.
   1. Contrôlez le mouvement, la mise à l’échelle et la rotation de l’hologramme virtuel du cou à l’aide d’un geste de saisie .
   2. Ajustez la transparence de l’hologramme virtuel du cou en faisant glisser le curseur virtuel correspondant.
   3. Alignez l’hologramme virtuel du cou avec la position du patient, en assurant un bon alignement des marqueurs anatomiques tels que la mandibule et la clavicule.
3. Importez des données cliniques telles que des images de tomodensitométrie du cou, des échographies et des résultats d’examens de laboratoire dans le HMD MR pour accéder à ces informations à tout moment pendant l’opération.
4. Contrôlez le HMD pour capturer des images et des vidéos MR à l’aide de commandes vocales.
5. Partagez le point de vue à la première personne via le HMD MR via une connexion Wi-Fi.

4. Phase préopératoire

1. Critères d’inclusion
   1. Inclure les patients atteints d’un carcinome papillaire de la thyroïde (CTP) d’un diamètre maximal ≤ 3 cm.
   2. Incluez les patients qui expriment une exigence de beauté.
2. Critères d’exclusion
   1. Exclure les patients qui ne peuvent pas tolérer la chirurgie ou l’anesthésie générale.
   2. Exclure les patients présentant une invasion extrathyroïdienne ou des métastases à distance du CTP.
   3. Exclure les patients ayant des antécédents de chirurgie de la thyroïde, d’ablation ou de traitement à l’iode radioactif.
   4. Exclure les patients présentant des déformations du thorax ou de la clavicule.
   5. Exclure les patients atteints d’hypoparathyroïdie ou de dysfonctionnement des cordes vocales.
3. Examen auxiliaire
   1. Effectuez une tomodensitométrie et une échographie améliorées du cou pour évaluer le CTP et l’anatomie environnante.
   2. Effectuez une radiographie thoracique, un électrocardiogramme, une formule sanguine complète, des tests de la fonction hépatique et rénale et des tests de coagulation pour exclure toute contre-indication chirurgicale absolue.
   3. Effectuez des tests de fonction thyroïdienne et parathyroïdienne, ainsi que les taux de thyroglobuline.
   4. Effectuer une laryngoscopie par fibre optique pour évaluer la fonction des cordes vocales.
4. Préparation préopératoire
   1. Jeûnez les patients pendant 10 h et administrez une solution saline de glucose par voie intraveineuse ou une solution de Ringer.
   2. Administrer du midazolam, du propofol, du sufentanil et de l’atracurium par voie intraveineuse pour induire une anesthésie générale, suivie d’une intubation trachéale transorale. Évitez d’utiliser des relaxants musculaires pendant la phase d’entretien de l’anesthésie.
   3. Effectuer un cathétérisme urétral.
   4. Connectez l’appareil de neurosurveillance peropératoire (IONM).
   5. Positionnez le patient dans une configuration de jambes fendues et étendez son cou en inclinant la tête vers l’arrière. Positionnez le système d’endoscope à l’avant de la tête du patient.

5. Intervention chirurgicale (approche mammaire)

1. Désinfectez le champ opératoire, déposez les serviettes opératoires aseptiques et connectez l’endoscope, le crochet d’électrocoagulation, l’unité d’aspiration et le couteau à ultrasons.
2. Identifiez le trou d’observation situé à 2 cm à droite du point médian de la ligne reliant les mamelons bilatéraux. Injectez le liquide d’expansion par voie sous-cutanée et disséquez à l’aide d’une tige de décapage.
3. Placez un trocart de 10 mm et introduisez du dioxyde de carbone pour établir un espace de fonctionnement avec une pression interne maintenue à moins de 6 mmHg.
4. Utilisez le bord supérieur des deux aréoles comme canal opératoire. Disséquer les cavités sous-cutanées des deux côtés avec deux aiguilles Trocart de 5 mm ou 10 mm sous visualisation laparoscopique à 30°. Insérez le couteau à ultrasons et la pince sans cinglant, et étendez l’espace sous-cutané vers l’avant du cou.
5. Séparez la ligne blanche cervicale pour libérer la glande thyroïde. Suspendez les muscles du ruban avec des sutures pour étendre le champ de vision.
6. Injectez des nanoparticules de carbone dans la glande thyroïde pour la colorer ainsi que les ganglions lymphatiques cervicaux.
7. Déconnecter l’isthme de la thyroïde pour exposer la trachée et détacher le ligament suspenseur de la thyroïde.
8. Utilisez le couteau à ultrasons pour coaguler l’artère et la veine thyroïdiennes supérieures, l’artère thyroïde inférieure et la veine thyroïdienne moyenne. Fixez les plus gros vaisseaux sanguins à l’aide de pinces résorbables.
9. Effectuer une auto-transplantation de PG dans le muscle sternocléido-mastoïdien homolatéral si le PG est retiré ou si son approvisionnement en sang est détruit.
10. Identifiez le RLN et le nerf laryngé supérieur à l’aide de la sonde IONM. Protégez les nerfs avec de la gaze humide pour éviter les blessures thermiques.
11. Séparez et excisez soigneusement la glande thyroïde lésionnelle, en vous assurant qu’elle est complètement récupérée à l’aide d’un sac à échantillons.
12. Effectuer une lymphadénectomie homolatérale dans la région centrale cervicale. Si nécessaire, procéder à une thyroïdectomie controlatérale et à une lymphadénectomie.
13. Assurez-vous que tous les saignements sont soigneusement contrôlés et rincez le champ opératoire avec de l’eau distillée stérile. Insérez un tube de drainage dans le canal opératoire et suturez l’incision couche par couche.

6. Prise en charge postopératoire

1. Fournir une surveillance par électrocardiogramme et une oxygénothérapie lorsque les patients retournent dans le service. Par la suite, administrez des traitements qui comprennent le remplacement des liquides, le calcium par voie intraveineuse, le soulagement de la douleur, le traitement médicamenteux par inhalation et l’élimination des mucosités. Si nécessaire, administrez des médicaments hémostatiques et commencez une thérapie physique.
2. Le premier jour postopératoire, interrompez la surveillance par électrocardiogramme et l’oxygénothérapie et retirez la sonde urinaire. Les patients peuvent reprendre un régime alimentaire complet et prendre des doses orales quotidiennes de lévothyroxine et de calcium.
3. Le deuxième ou le troisième jour postopératoire, retirez le tube de drainage et préparez-vous à la sortie du patient.
4. Demandez au patient de se rendre au service de consultation externe pour un suivi au cours de la première semaine après la chirurgie, ainsi qu’à 1 mois, 3 mois, 6 mois et 12 mois après l’opération. Examinez régulièrement la fonction thyroïdienne et les taux de thyroglobulines, et effectuez une échographie du cou.

Résultats

Cette étude a réussi à construire le modèle 3D du cou de patients atteints de CTP (Figure 1) et a réalisé 14 cas de TE radical assisté par IRM (Figure 2).

Au total, 32 TE ont été effectuées par un chirurgien senior, qui a complété le NASA-TLX et l’échelle d’évaluation subjective de Likert (tableau 1 et tableau 2) à la suite des chirurgies. Dans l’...

Discussion

La RM est une technologie d’IA de pointe basée sur divers modèles algorithmiques et dispositifs de détection. Le but de ce protocole est d’utiliser la RM pour aider à l’extraterrestre radical. De plus, la procédure clé est la construction du modèle 3D du cou et de l’hologramme virtuel. Les échelles subjectives indiquent des résultats positifs, démontrant que l’IRM est bénéfique pour les chirurgiens dans la réalisation d’une TE radicale avec facilité. De plus, la...

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
3DSlicer	Slicer		https://www.slicer.org/
HoloLens2	Microsoft		a type of mixed reality helmet mounted display https://www.microsoft.com/en-us/hololens/hardware#document-experiences