Développements originaux des techniques de navigation en traumatologie
Original developments of navigation techniques in traumatology
Cet article présente une méthode originale de modélisation d’objets longs et deux applications de navigation en traumatologie. Toutes deux concernent le traitement des fractures des os longs. La méthode de modélisation nécessite seulement deux vues radiographiques. Les cônes de projection de l’objet sont déterminés et leur intersection est calculée, fournissant un modèle 3D approché. Celui-ci peut être amélioré par injection de connaissance a priori ou par d’autres informations. La première application concerne le contrôle de la réduction de fractures diaphysaires traitées par fixation externe. Des systèmes de référence sont fixés aux fragments osseux et suivis par un localisateur optique 3D, permettant le calcul de leur position relative. Des modèles 3D approchés des fragments sont affichés en temps réel selon les manipulations effectuées par le chirurgien. Les axes principaux des fragments, particulièrement utiles pour la réduction de la fracture, sont aussi affichés. L’alignement des fragments osseux est quantifié par plusieurs paramètres fournis en temps réel pendant la réduction. La seconde application concerne le verrouillage distal de clous centromédullaires. Un modèle 3D du clou et de ses orifices de verrouillage est construit à partir de deux vues fluoroscopiques calibrées. Le clou et l’instrument chirurgical sont suivis à l’aide de systèmes de référence fixés à chacun d’entre eux. Une vue 3D de ces deux éléments est affichée en temps réel, guidant le chirurgien lors de la tâche difficile du verrouillage distal. Les expérimentations et résultats sont présentés pour les deux applications. Ces techniques fournissent des modèles 3D au chirurgien pendant l’opération, permettant un guidage précis du geste chirurgical et une réduction considérable de l’irradiation du patient et de l’équipe chirurgicale. Rev Med Brux 2011 ; 32 : S 23-9
This article presents an original method for long objects modeling and two navigation applications in trauma surgery. Both concern long bone fracture treatment. Our modeling method requires only two x-ray views. The projection cones of the object are determined and their intersection is computed, providing an approached 3D model, which can be improved by adding a priori knowledge or other information. The first application concerns the control of diaphyseal fracture reduction treated by external fixation. Reference frames are fixed to the bone fragments and tracked by a 3D optical localizer, allowing the computation of their relative position. Approached 3D models of the fragments are displayed in real time according to the manipulation effected by the surgeon. The principal axes of the fragments, very useful for the fracture reduction, are also displayed. The alignment of the bone fragments is quantified by parameters provided in real time during the reduction. The second application concerns the distal locking of intra-medullary nails. A 3D model of the nail and its locking holes is built from two calibrated fluoroscopic views. The nail and the surgical tool are tracked thanks to reference frames fixed to each of them. A 3D view of these two elements is displayed in real time, guiding the surgeon in the difficult task of distal targeting. Experiments and results are presented for both applications. These techniques provide real 3D models to the surgeon during the operation, allowing precise guidance of the surgical gesture and considerable reduction of the irradiation to the patient and the surgical team. Rev Med Brux 2011 ; 32 : S 23-9