Réalité augmentée versus impression 3D pour la radiologie


L’impression tridimensionnelle (3-D) et deux des technologies les plus passionnantes explorées en radiologie aujourd’hui. Chacune de ces technologies, à leur manière, donne forme et profondeur aux données d'imagerie médicale, offrant ainsi une nouvelle perspective aux médecins et aux patients. Les premières explorations ont promis de nouvelles façons de planifier les interventions chirurgicales et interventionnelles, ainsi que de nouvelles méthodes pour aider les patients à comprendre quels soins sont prodigués et comment. Pour le moment, toutefois, les deux technologies sont encore largement considérées comme nouvelles, avec au mieux des preuves anecdotiques de la manière dont elles peuvent être traduites en utilisation clinique. Deux études récentes à grande échelle peuvent donner une idée de la manière de recueillir des preuves quantitatives du fait que ces technologies peuvent profiter à tous les membres de l'équipe soignante.

La technologie de réalité augmentée, qui superpose des images virtuelles à l’environnement réel de l’utilisateur, créant ainsi une «réalité mixte» – a pris son envol en 2016, lorsque Microsoft a lancé le premier casque de réalité mixte grand public, HoloLens. La Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis a approuvé la première technologie d'AR axée sur les soins de santé, Novarad, en novembre 2018. OpenSight utilise un casque HoloLens pour enregistrer une superposition virtuelle de la résonance magnétique (RM) ou de la tomodensitométrie (CT) d'un patient le patient.

Le chemin de l'AR et en 3D

, professeur adjoint au département de radiologie du Collège de médecine Albert Einstein à New York, a commencé à explorer la visualisation avancée tout en poursuivant ses études de doctorat. thèse à l'école de médecine de l'Université de New York. «Dans notre laboratoire, nous avions une imprimante 3D industrielle qui avait été achetée pour imprimer des boîtiers sur mesure pour des bobines de radiofréquence (RF). J'ai commencé à utiliser cette imprimante pour créer des modèles anatomiques spécifiques au patient », a-t-elle expliqué. «Ensuite, le processus de création de modèles de RA et de réalité virtuelle (VR) à partir de données d'imagerie radiologique est similaire à celui de l'impression. Il était donc logique d'explorer également ces technologies.»

Lors de sa première sortie, Wake travaillait déjà en impression 3D, mais il a reconnu les limites de la technologie, principalement le temps requis pour créer un modèle imprimé en 3D. Selon Wake, la création du modèle numérique qui sert de modèle à l'imprimante peut ne prendre qu'une heure ou deux, mais le processus d'impression proprement dit peut prendre plusieurs heures. «Les temps d'impression varient en fonction de la technologie utilisée et des volumes. Les reins peuvent prendre environ 10 heures pour l’impression, peut-être un peu plus ou moins, en fonction de la taille de chacun », a-t-elle déclaré. La création d'un modèle tridimensionnel d'un bassin complet peut prendre jusqu'à 30 heures.

Conscient du potentiel de l'AR pour remédier à ces limitations, Wake a demandé une licence de développeur HoloLens et a appris à programmer avec la technologie. Le processus est similaire à la création d’un modèle numérique avant le processus d’impression 3D. Une fois l'image CT ou MR initiale acquise, l'utilisateur effectue la segmentation de l'image. «Une fois que vous avez les images, vous devez diviser les régions d’intérêt que vous souhaitez montrer dans le modèle», a-t-elle déclaré. Cette étape peut prendre beaucoup de temps en fonction du type d’image acquise, du logiciel de segmentation et de l’expérience de l’utilisateur. À partir de là, le modèle est importé dans le logiciel d’impression AR ou 3-D pour un traitement complet.

Wake a noté que, même si une expérience de programmation antérieure était utile pour travailler avec HoloLens, une grande partie de l'interface était plutôt intuitive.

Impression 3D pour la planification de procédures

L'une des premières applications de modélisation 3D analysée par Wake portait sur la planification procédurale. À l'époque, elle travaillait sur son doctorat thèse avec Hersh Chandarana, M.D., radiologue abdominale à la NYU Langone Health, ses recherches initiales se sont concentrées sur la modélisation 3D pour aider les patients atteints de cancer du rein et de la prostate.

Dans une étude publiée en 2017, Wake a exploré l'utilisation de l'impression 3D et de la réalité augmentée pour aider les chirurgiens à planifier leurs procédures. En évaluant rétrospectivement les cas de patients ayant reçu une indication clinique et en effectuant une IRM de recherche avant une intervention chirurgicale sur des masses rénales, l'équipe de recherche a créé des modèles imprimés en 3D spécifiques au patient. Trois urologues expérimentés ont examiné tous les cas de patients, d'abord avec une imagerie bidimensionnelle uniquement, puis avec une imagerie conventionnelle et les modèles tridimensionnels. les modèles 3D ont entraîné une modification du type de procédure planifiée jusqu'à 50% du temps.1

Impression AR versus 3D pour l'éducation des patients

Wake et ses collègues ont entrepris une deuxième étude, publiée cette année, sur l’impact de l’impression 3D et de la RA sur la compréhension par le patient d’une procédure à venir. L’équipe de recherche a travaillé avec 200 patients dans deux groupes maladie / procédure:

• Un groupe avait un cancer de la prostate invisible par résonance magnétique (MR) et subissait une prostatectomie radicale assistée par robot ou un traitement ablatif focal; et

• Un groupe avait des masses rénales et subissait une néphrectomie partielle.

Tous les patients ont subi des protocoles d'imagerie de routine; les patients atteints de cancer de la prostate ont été soumis à un examen multiparamétrique par IRM, tandis que les patients rénaux ont été soumis à un examen IRM 1,5 T ou à un scanner. Tous les patients ont ensuite été randomisés pour planifier à l'avance avec une imagerie seule ou une imagerie plus un modèle 3D spécifique au patient. Les modèles du deuxième groupe étaient soit imprimés en 3D, visualisés en RA ou visualisés en 3D sur un moniteur 2D. Pour mesurer la réponse des patients, Wake et ses collègues ont utilisé une enquête sur une échelle de Likert en cinq points – sur une échelle de 1 à 5, les patients ont évalué leur compréhension des points suivants:

• leur cancer / maladie même;

• la taille de la tumeur / du cancer;

• la localisation de la tumeur / du cancer;

• Pourquoi le chirurgien a-t-il choisi son plan de traitement? et

• Leur confort avec le plan chirurgical.

Les patients randomisés dans des modèles 3D ont participé à l'enquête deux fois, une fois après avoir visualisé uniquement l'imagerie conventionnelle et une seconde fois après avoir visualisé le modèle 3D. Indépendamment du type de maladie et de toutes les variables mesurées, la compréhension du patient était la plus élevée avec les modèles imprimés en 3D par rapport à toute autre méthode de visualisation. Dans la cohorte de patients rénaux, les modèles imprimés 3-D ont réellement aidé le patient à prendre une décision en ce qui concerne la procédure: un patient a finalement subi une néphrectomie plutôt que de renoncer à la procédure, et un autre a pu choisir entre .2

«Le simple fait de visualiser l'anatomie en 3D, qu'il s'agisse d'un modèle virtuel ou physique, est beaucoup plus puissant que de simplement regarder des images médicales en niveaux de gris sur un écran 2D, en particulier pour les patients qui n'auraient peut-être pas vu d'image médicale auparavant. ils ne savent pas vraiment ce qu'ils regardent », a déclaré Wake.

Bien que tous les modèles tridimensionnels aient été jugés utiles par les patients, aucun n’a trouvé que les modèles de réalité augmentée étaient aussi utiles que les modèles physiques imprimés en 3D. Wake a noté qu'il peut être difficile de travailler avec une configuration AR, en raison d'un casque lourd et d'un champ de vision limité avec les HoloLens de première génération. «En fonction de la taille de votre modèle, vous devrez peut-être bouger la tête pour voir différentes parties, ou reculer pour que vous puissiez voir davantage dans la fenêtre», a-t-elle déclaré.

Malgré l'utilité des deux technologies, le coût reste un facteur prohibitif bloquant une adoption généralisée. Wake a déclaré qu'une future étude prospective prévue fournirait une analyse des coûts plus approfondie dans l'espoir de développer l'utilité de l'impression 3D et de la RA.

Références

1. Wake N., Rude T., Kang S.K., et al. . Radiologie abdominale, le 1er mai 2018. doi: 10.1007 / s00261-016-1022-2.

2. Wake N., Rosenkrantz A.B., Huang R. et al. . L'impression 3D en médecine, février 2019