Un système anatomique analogue au GPS révolutionne la neurochirurgie

Une technologie canadienne de cartographie cérébrale et d'imagerie informatisée fait avancer la chirurgie assistée par imagerie médicale dans une optique d'amélioration du taux de survie et de la qualité de vie des patients.

Dr Louis Collins

Professeur, neurologie et neurochirurgie, Centre d'imagerie cérébrale McConnell, Institut neurologique de Montréal et Département du Génie biomédical, Université McGill, Montréal, Québec

Associés et partenaires

Dre T. Arbel, Génie électrique et informatique, Université McGill
Dr J. Cooperstock, Génie électrique et informatique, Université McGill
Dr R. F. Del Maestro, Neurologie et neurochirurgie, Université McGill
Dre D. Klein, Neurologie et neurochirurgie, Université McGill
Dr A. Olivier, Neurologie et neurochirurgie, Université McGill
Dr T. M. Peters, Génie électrique et informatique, Université de Western Ontario
Dr K. P. Petrecca, Neurologie et neurochirurgie, Université McGill
Dr M. Petrides, Psychologie, Université McGill
Instituts de recherche en santé du Canada
Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie

Problème

Le recours à la neurochirurgie pour enlever des tumeurs et d'autres lésions peut sauver énormément de vies. Il existe toutefois des risques d'endommager des zones névralgiques du cerveau. Des patients peuvent ainsi perdre l'usage de la parole ou leur autonomie au quotidien. Dans un contexte où d'autres percées dans le domaine du traitement du cancer permettent de prolonger la vie, les médecins et les patients doivent considérer ces questions relatives à la qualité de vie lorsqu'ils optent pour une intervention chirurgicale.

Le Dr Collins et son équipe multidisciplinaire de l'Institut neurologique de Montréal, de l'Université McGill et de l'Université de Western Ontario ont conçu un nouveau système peu coûteux de neurochirurgie assistée par imagerie médicale (NAIM) qui permet de mieux évaluer ces avantages et inconvénients et peut permettre aux chirurgiens de réaliser davantage d'interventions risquées qui sauveront des vies.

Malheureusement, les technologies antérieures en NAIM n'ont pas tout à fait tenu leurs promesses. L'idée générale consiste à recueillir des images et des renseignements avant la chirurgie afin d'obtenir une cartographie individualisée du cerveau du patient, sur laquelle le chirurgien pourra se fier au cours de l'intervention. Cependant, la plupart des systèmes commerciaux actuellement sur le marché ne tiennent pas compte des mouvements des tissus cérébraux : certaines zones du cerveau peuvent prendre de l'expansion ou rétrécir et se déplacer de trois à cinq centimètres pendant la chirurgie. Avec des tissus aussi mobiles, le chirurgien ne peut plus se fier à la « carte » du cerveau du patient.

Recherche

Le Dr Collins et son équipe ont mis au point une technique qui combine des images médicales préopératoires obtenues par résonance magnétique et tomographie par ordinateur et des tests cognitifs pour créer un atlas virtuel de l'ossature, de la vascularisation et des centres de commande du cerveau du patient. Cette « carte » initiale du cerveau peut être employée pour planifier la chirurgie. L'innovation de ce projet consiste en l'utilisation peropératoire de l'imagerie ultrasonore, qui permet une mise à jour rapide de la « carte » en cours d'intervention grâce à des images obtenues par échographie et à une analyse informatique qui effectue une comparaison entre les nouvelles données et la cartographie originale. Le résultat obtenu s'apparente à un système de localisation GPS qui peut s'adapter aux mouvements du cerveau et aider l'équipe chirurgicale à atteindre son objectif sans devoir surmonter d'obstacles indésirables.

Une subvention des IRSC pour le projet de recherche concertée sur la santé intitulé Computational and statistical tools for image-guided neurosurgery of brain tumours [Outils informatiques et statistiques pour la neurochirurgie des tumeurs cérébrales assistée par imagerie médicale] a permis aux chercheurs de réussir à faire fonctionner la technologie dans un environnement « non linéaire ». En effet, l'équipement doit prendre des images et interpréter les données lorsque le cerveau change de forme dans plusieurs directions.

« La rétroaction que nous obtenons grâce à notre travail au sein d’une équipe multidisciplinaire nous permet de continuer à cibler la recherche, explique le Dr Collins. En collaborant avec des chirurgiens à chacune des étapes, nous travaillons toujours sur des problèmes réels. En fait, l'idée même d'enregistrer des images en cours d'intervention vient des chirurgiens, qui nous ont raconté les problèmes qu'ils éprouvaient avec les systèmes de NAIM sur le marché. C'est aussi pourquoi nous nous efforçons de présenter les images et les données superposées : nous ne voulons pas inonder l'équipe médicale en lui présentant trop de données en même temps. »

La subvention obtenue des IRSC dans le cadre du Programme de projets de recherche concertée sur la santé permettra maintenant de passer à la prochaine étape, c'est-à-dire la mise à l'essai de la technique lors de vraies chirurgies.

Résultats

En fin de compte, l'objectif est d'intégrer ce nouveau procédé à la pratique clinique au quotidien, ce qui fait de l'application des connaissances une condition primordiale à la réussite du projet.

« Il s'agit d'une technique qui pourrait sauver des vies, en plus d'améliorer la qualité de vie des survivants du cancer, explique le Dr Collins. Davantage de patients dont le cas est complexe auront accès à une intervention chirurgicale. La survie devrait être prolongée, et le patient aura plus de temps avant de devoir être opéré à nouveau. En nous fiant aux images obtenues par échographie, nous pouvons limiter les coûts pour le système de soins de santé. »

Le Dr Collins et son équipe, qui en sont toujours à l'étape « fondamentale » de la recherche, communiquent leurs constatations au public le plus vaste possible dans le but d'améliorer cette technologie.

Une base de données d'images préopératoires et postopératoires autorisées par les patients est mise à la disposition d'autres chercheurs sur Internet. Les images des « cerveaux artificiels » fabriqués sur mesure et utilisés au cours de l'étape de recherche sont aussi disponibles, tout comme la marche à suivre pour les fabriquer. Ces cerveaux artificiels, qui sont utilisés pour remplacer les vrais patients au cours des essais, sont faits de matériaux qui imitent la structure et la consistance du cerveau pendant l'analyse et les chirurgies d'essai.