Une jeune entreprise née à McGill met au point une plateforme de réalité mixte innovante pour assister les chirurgiens

Article rédigé par Diane Lynn Weidner

SOURCE : Centre de simulation et d'apprentissage interactif Steinberg. Une jeune entreprise interdisciplinaire née à McGill exploite le regroupement de compétences pour créer Holo-Ray, une plateforme infonuagique intégrée qui permettra aux chirurgiens de générer rapidement des modèles anatomiques holographiques en 3D à partir de l’imagerie diagnostique des patients.

La technologie de réalité mixte immersive sera utilisée aux fins d’éducation, de diagnostic et de planification de traitement en vue d’interventions à effraction minimale. En ce moment, l’équipe se concentre sur le système cardiovasculaire, mais la technologie a le potentiel d’être appliquée à d’autres structures anatomiques.

Renzo Cecere, chirurgien cardiaque renommé pour son expertise en matière de dispositifs d’assistance cardiaque novateurs, est l’un des trois cofondateurs et le médecin chef d’Holo-Ray. Le Dr Cecere est professeur agrégé au Département de chirurgie de l’Université McGill et directeur de la Division de chirurgie cardiaque au Centre universitaire de santé McGill. Il est également scientifique au sein du Programme de recherche en santé cardiovasculaire au long de la vie à l’Institut de recherche du Centre universitaire de santé McGill (IR-CUSM).

Lorsque nous nous sommes rencontrés, le Dr Cecere venait de passer la matinée à faire une sternotomie totale. Pour cette intervention, il faut pratiquer une incision à travers le sternum et ouvrir la cage thoracique du patient pour voir le cœur et les organes avoisinants et y travailler. Cependant, le Dr Cecere explique que la tendance actuelle en cardiologie est de réduire le recours aux techniques chirurgicales ouvertes, qui sont associées à un risque accru de complications et à une convalescence prolongée.

Quand c’est possible, les chirurgiens pratiquent des interventions à effraction minimale grâce à l’insertion d’un cathéter dans un vaisseau sanguin afin d’atteindre le cœur, et s’appuient sur l’imagerie médicale pour le guidage visuel.

« Avant toute chose, cependant, le travail doit être parfait, dit le Dr Cecere. Pour tirer avantage du cathétérisme, il faut voir ce que l’on fait. Rappelez-vous, le cœur se trouve à l’intérieur du corps, c’est une structure mobile remplie de sang : on ne peut pas simplement insérer une caméra et le regarder. En se fiant aux radiographies traditionnelles, les possibilités restent très limitées, parce qu’on ne voit pas vraiment bien. Nous avons besoin de techniques d’imagerie spécialisées, des yeux artificiels qui nous montrent ce qui se passe à l’intérieur. »

Voilà donc l’impulsion derrière Holo-Ray, une plateforme infonuagique qui met diverses méthodes technologiques et d’imagerie holographique de pointe à contribution pour reconstituer de différentes façons les images obtenues par tomodensitométrie (TDM) et par imagerie par résonance magnétique (IRM).

Un aperçu historique de l’imagerie cardiaque

« Il y a vingt ans, les chirurgiens prenaient des moyens indirects, comme les rayons X, pour voir ce qui se passait dans le patient, explique le Dr Cecere. Mais la radiographie est en deux dimensions; elle en dit très peu sur la profondeur et est limitée par l’angle d’observation. La perception peut changer radicalement suivant l’angle. C’est très rudimentaire, et c’est ce qui était initialement utilisé en chirurgie. »

« Nous nous servions aussi de la coronarographie, un examen qui localise les occlusions dans les artères coronariennes. Étudiant en médecine, j’étais toujours très impressionné de voir que la gravité de l’occlusion puisse changer suivant l’angle : sur la première image, il n’y avait rien et tout semblait parfait… sur l’image suivante, tout à coup, j’observais ce qui ressemblait à un blocage à 90 %. C’était notre réalité à l’époque, donc nous étions toujours très prudents. »

« C’est encore la réalité aujourd’hui, mais nous sommes beaucoup plus habiles et disposons de diverses technologies qui sont meilleures pour évaluer même des cas aussi simples que l’occlusion coronarienne. Nous avons l’échographie et même la pression artérielle nous renseigne sur le blocage — toutes sortes d’outils qui viennent pallier les limites de la radiographie. »

« Holo-Ray est une initiative emballante, car elle va offrir aux chirurgiens une perception qui se rapproche de la réalité. Elle fait appel à des technologies intéressantes qui trompent, en quelque sorte, le système d’imagerie et lui fait voir la réalité. À l’aide de la robotique et de la mécatronique, nous pouvons déplacer les cathéters dans le cœur pour visualiser des angles auparavant hors de portée. Nous sommes ainsi capables d’entraîner ces cathéters en utilisant des algorithmes d’apprentissage profond en intelligence artificielle : plus le cathéter travaille, plus il est habile, et moins il y a de place pour l’erreur humaine, » conclut le Dr Cecere.

L’équipe prévoit également utiliser la plateforme à des fins éducatives et enrichir la formation chirurgicale grâce à l’accès à une base de données d’hologrammes 3D composés à partir de pathologies réelles et de structures anatomiques complexes. Notons que toutes ces images sont sécurisées et anonymisées en conformité avec la Health Insurance Portability and Accountability Act (HIPAA) des États-Unis.

Miser sur la force d’une équipe interdisciplinaire

Les cofondateurs d’Holo-Ray attribuent le succès de la mise au point de ce nouveau concept à la collaboration interdisciplinaire entre médecine et ingénierie ainsi qu’à un appui institutionnel important.

Amir Hooshiar, Ph. D., est directeur de la technologie à Holo-Ray et boursier postdoctoral au sein du Programme de recherche : blessure, réparation, récupération à l’IR-CUSM. Ingénieur mécanique, il possède une expertise en appareils biomédicaux et en robotique chirurgicale. Ses études doctorales portaient sur les systèmes à retour haptique de chirurgie assistée par robot dans les interventions cardiovasculaires. Il s’est joint à l’Université McGill en juin 2021 pour diriger la mise en place du nouveau Centre de chirurgie robotique.

« Le Département de chirurgie de McGill a accordé la priorité à cette initiative de chirurgie robotique parce que le domaine évolue très vite dans le monde, et nous voulons suivre le rythme. C’est très important pour moi, » dit M. Hooshiar. Il est impatient de constituer ce nouveau centre d’excellence qui rassemblera des équipes interdisciplinaires afin de stimuler l’innovation.

Un vol à l’intérieur du cœur

C’est peu après son arrivée à McGill que M. Hooshiar a croisé le Dr Cecere. Ils se sont découvert un intérêt commun, ont établi une collaboration étroite et créé un nouveau programme de recherche qui vise les besoins en chirurgie cardiovasculaire, en médecine et en robotique.

Amir Sayadi, récent diplômé du programme de chirurgie expérimentale de McGill, a été recruté en tant que premier étudiant au doctorat de ce programme de recherche. Troisième cofondateur et chef de la direction de Holo-Ray, M. Sayadi a une formation en génie mécanique et une expérience considérable en robotique chirurgicale, en réalité mixte et en développement de logiciels médicaux.

L’ancien technicien de simulateur de vol se souvient très bien des mots de M. Hooshiar à leur première rencontre, alors qu’ils discutaient de la manière d’exploiter leur expertise pour mettre au point ce dispositif biomédical innovant : « Nous allons voler à l’intérieur du cœur! »

« J’ai tout de suite vu le potentiel de cette nouvelle technologie et j’avais hâte qu’on brasse des idées ensemble. Je veux vraiment terminer ce travail important, le mener à terme, parce qu’il va appuyer de bons chirurgiens et aider beaucoup de patients. Pas seulement à McGill, mais partout dans le monde, » dit M. Sayadi, qui a dirigé plusieurs jeunes entreprises prospères dans sa carrière.

Une solide planification pour la suite

Selon les cofondateurs de Holo-Ray, pour que l’innovation réussisse, il est important de s’entourer de la bonne équipe, de compter sur des mentors chevronnés et d’arriver au bon équilibre entre expertise et autonomie. Ils soulignent aussi l’importance de persévérer.

« Il ne faut pas abandonner! Il faut de la patience et de la persévérance pour faire arriver un dispositif médical sur le marché. C’est un long processus en raison des exigences réglementaires et des nombreuses étapes – essentielles – de validation et de tests qui sont imposés dans le cycle de vie du dispositif médical, mais ça en vaut la peine, et nous avons de très bonnes ressources qui aident au soutien des jeunes entreprises à McGill. »

Récipiendaire du Prix Simnovation Marika Zelenka Roy, décerné en partenariat avec la Fondation de l’Hôpital général de Montréal dans le cadre du Concours d’innovation clinique 2022 de McGill, l’équipe de Holo-Ray consacre sa bourse en argent et son crédit de développement à cette initiative innovante. Dans les prochains mois, l’équipe ira de l’avant avec des études de validation de principe et la collecte de fonds de démarrage pour soutenir la croissance continue de Holo-Ray.

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Le 9 septembre 2022