Vito Giovanni Ruggieri, Hui Li, Reda Belhaj Soulami, Amedeo Anselmi, Miguel Castro, Antoine Lucas, Hervé Corbineau, Pascal Haigron, Jean-Philippe Verhoye
Service de chirurgie thoracique et cardio-vasculaire, CHU Pontchaillou, Rennes – INSERM U1099, LTSI (laboratoire Traitement du signal et de l’image), université de Rennes-I, Rennes
Durant la dernière décennie, la chirurgie valvulaire aortique mini-invasive a connu un essor important. Néanmoins, sa diffusion demeure limitée par sa complexité technique et sa courbe d’apprentissage. Le planning préopératoire doit représenter une étape incontournable permettant aussi de choisir la voie d’abord (mini-sternotomie en J ou T inversé ou mini-thoracotomie) la plus appropriée à chaque patient. Dans cette perspective, nous avons développé un outil automatique pour simuler et optimiser l’approche mini-invasive à la valve aortique.
L’angioscanner thoracique de chaque patient était segmenté afin d’extraire et reconstruire la cage thoracique et les structures cardiaques. La détection automatique de la ligne centrale et du bord latéral droit du sternum et leur rapport à la position de l’aorte ascendante étaient utilisés pour définir l’approche mini-invasive. La détection automatique des espaces intercostaux et leur rapport à l’anneau aortique étaient utilisés pour définir l’espace intercostal approprié. De plus, le plan de l’anneau était visualisé dans la reconstruction 3D incluant le plan cutané du patient.
L’outil développé a été testé sur 30 cas. La qualité des résultats automatiques a été évaluée par 2 chirurgiens habitués au contexte mini-invasif : 93 % des espaces intercostaux, 96 % des bords latéraux droits et 93 % des lignes centrales du sternum étaient jugés parfaitement concordants. Dans les autres cas, l’erreur détectée était minime. La possibilité de modifier la taille de l’incision ainsi que l’intensité de l’écartement sternal/costal permettait d’optimiser l’accès. Enfin, une alerte liée à d’éventuelles difficultés techniques anatomiques a été implémentée (aorte ascendante trop profonde et anneau aortique trop bas).
Notre outil prévoit la simulation de la vision chirurgicale réelle lors des abords mini-invasifs à la valve aortique, permettant au chirurgien de planifier sa procédure, d’identifier et d’optimiser la voie d’abord la plus appropriée. Une telle approche pourrait être particulièrement bénéfique pour les chirurgiens désireux de commencer un programme de chirurgie valvulaire aortique mini-invasive.
During the last decades different less invasive surgical approaches to the aortic valve have been developed. However their global diffusion is still limited because of technical complexity comparing to full sternotomy. Preoperative planning allows to reduce the risk of anatomical unknowns, the rate of conversion to sternotomy and finally the risk for the patient. We developed an automatic tool for 3D preoperative planning to simulate, optimize and choose the patient-specific minimally invasive approach to the aortic valve.
Patient-specific thoracic angio-CT-scan images were segmented to visualize 3D chest bones and heart structures meshes. The automatic detection of sternum right bordering and centerline related to the ascending aorta position allowed to identify the best minimally invasive patient-specific approach (J- or T-shaped mini-sternotomy or right mini-thoracotomy). The intercostal spaces from first to fourth were automatically detected by extracting the information of rib contour and related to the aortic valve position to choose the best intercostal space to approach the valve. The aortic valve plane and also its normal vector projected through the chest wall were computed and visualized into the 3D mesh including the patient skin.
The automatic tool was tested on 30 datasets. The quality of automatic results was verified by 2 surgeons that felt comfortable in minimally invasive setting and during different sessions: 93% of intercostal spaces, 96% of right sternum bordering and 93% of sternum centerlines were judged as perfectly detected by both surgeons. In remaining cases the error was minimal allowing to reach anyway a minimally invasive planning result. The possibility to modify the skin incision length and the sternal/ribs retraction width was also implemented in order to optimize the access. Moreover a warning concerning technical difficulty to anatomical features such as deep ascending aorta or very low aortic valve was included.
The 3D reconstruction allowed to simulate the real surgical vision during minimally invasive approach to the aortic valve in order to choose the best access for each patient and to optimize it. This automatic tool could be helpful especially for surgeons starting their experience in minimally invasive aortic valve surgery.
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