Le système d’affichage 3D en chirurgie ophtalmique (heads-up surgery / 3D digital microscopy) est une méthode où le système optique du microscope chirurgical est filmé par une caméra et l’image est affichée sur un grand écran 3D, permettant au chirurgien d’opérer. Le chirurgien ne regarde pas directement dans les oculaires du microscope, mais porte des lunettes 3D polarisées ou à obturation LCD et opère en regardant le moniteur.
Contexte historique : Le concept de heads-up surgery a été rapporté pour la première fois en 2010 par Weinstock et al. Par la suite, son application à la chirurgie vitréorétinienne a été rapportée par Eckardt et Paulo, et son adoption s’est répandue dans tout le domaine ophtalmique.
Dans la chirurgie au microscope optique traditionnelle, le chirurgien devait approcher ses yeux des oculaires et maintenir une posture penchée en avant pendant de longues périodes. Le système d’affichage 3D est une innovation technologique qui élimine fondamentalement cette charge posturale.
Dans la chirurgie au microscope traditionnelle, on maintient une posture penchée en avant avec les yeux près des oculaires, tandis que dans la chirurgie heads-up, le chirurgien opère en regardant un grand écran 3D dans une posture naturelle, la tête relevée. Cela réduit la charge posturale sur le cou et le bas du dos, et facilite l’observation simultanée par plusieurs personnes à des fins pédagogiques.
Voici les principaux avantages offerts par le système d’affichage 3D par rapport au microscope optique conventionnel.
Ergonomie (amélioration de la posture) : 62 % des ophtalmologistes présentent des symptômes cervicaux, ce qui fait de la santé du chirurgien un enjeu majeur. Le système d’affichage 3D permet au chirurgien d’opérer en position assise naturelle, tête relevée, réduisant ainsi considérablement la charge sur le cou et le bas du dos.
Contribution à l’enseignement et à la collaboration : Les images du champ opératoire peuvent être simultanément affichées sur plusieurs moniteurs. Le chirurgien superviseur et le résident peuvent partager la même image tout en opérant, améliorant ainsi l’efficacité de l’enseignement. Les observateurs visiteurs et le personnel de la salle d’opération peuvent également visualiser la situation peropératoire avec le même champ de vision.
Amélioration numérique de l’image : Les images numériques acquises par la caméra peuvent être traitées en temps réel. L’accentuation du contraste, la réduction du bruit, les filtres numériques et la correction des couleurs peuvent être appliqués en peropératoire, améliorant par exemple la visibilité de la coloration de la membrane limitante interne (ILM).
Réduction de l’exposition lumineuse rétinienne : Le système d’affichage 3D permet une chirurgie sous faible éclairage, réduisant l’exposition lumineuse de la rétine par rapport au microscope conventionnel1). Il s’agit d’une caractéristique importante pour réduire le risque de lésion rétinienne due à la phototoxicité.
Amélioration du confort du chirurgien : La fatigue du chirurgien lors d’interventions longues est réduite, ce qui devrait permettre de maintenir la concentration1).
Comparaison des principales caractéristiques entre le système d’affichage 3D et le microscope optique conventionnel.
| Caractéristique | Système d’affichage 3D | Microscope conventionnel |
|---|---|---|
| Posture du chirurgien | Tête haute (posture naturelle) | Penché en avant (vision directe à travers les oculaires) |
| Exposition lumineuse | Réduite1) | Standard |
| Traitement d’image | Amélioration numérique possible | Optique uniquement |
Il a été confirmé que le système d’affichage 3D présente une efficacité équivalente à celle du microscope optique conventionnel1). En termes de résultats chirurgicaux (récupération visuelle et résultats anatomiques), il n’est pas inférieur au microscope optique existant et possède des caractéristiques supérieures en matière d’ergonomie, de réduction de l’exposition à la lumière et d’amélioration numérique de l’image.
Le système d’affichage 3D peut être appliqué à diverses procédures ophtalmiques.
Chirurgie de la cataracte : Le système TrueVision a été développé comme plateforme pionnière pour la chirurgie 3D heads-up de la cataracte. La fragmentation du noyau, la phacoémulsification et l’insertion de l’IOL peuvent toutes être réalisées sous visualisation 3D.
Chirurgie vitréorétinienne : C’est le domaine où la chirurgie heads-up est la plus largement évaluée. Pour la chirurgie du trou maculaire, il a été confirmé que le système d’affichage 3D a une efficacité équivalente au microscope conventionnel et réduit l’exposition de la rétine à la lumière1). La vitrectomie, le pelage membranaire et la photocoagulation au laser peuvent également être réalisés sous visualisation 3D.
Chirurgie cornéenne : Pour l’application à la DSAEK (kératoplastie endothéliale de la membrane de Descemet), il existe des rapports sur la nDSAEK (nanoultrathin DSAEK). La manipulation de greffons ultra-minces et l’injection de bulles d’air peuvent être effectuées avec précision sous visualisation numérique.
Chirurgie du glaucome : L’application à la chirurgie du segment antérieur telle que la trabéculotomie et la chirurgie filtrante a également été rapportée, et l’expansion des procédures éligibles progresse.
Voici les systèmes d’affichage 3D représentatifs actuellement commercialisés.
NGENUITY
Fabricant : Alcon
Écran : Moniteur 3D OLED 4K
Méthode stéréoscopique : Polarisation
Caractéristiques : Conçu pour la chirurgie vitréorétinienne. Option d’intégration OCT peropératoire disponible. Équipé de filtres numériques et de fonctions d’amélioration du contraste. Système commercial le plus répandu actuellement.
TrueVision
Fabricant : TrueVision 3D Surgical
Chirurgie cible : Chirurgie de la cataracte et du segment antérieur
Méthode stéréoscopique : Obturateur actif
Caractéristiques : Plateforme pionnière de la chirurgie heads-up. A réalisé la visualisation 3D numérique en chirurgie de la cataracte dès le début. Intégration possible avec ORA (aberrométrie peropératoire).
Sony HMS-3000MT
Fabricant : Sony
Format : Casque (HMD)
Méthode stéréoscopique : HMS (Head-Mounted System)
Caractéristiques : Fournit l’image à un HMD porté par le chirurgien. Pas besoin d’écran, s’adapte facilement aux différences individuelles. Exemple d’une méthode offrant une expérience stéréoscopique active plutôt que passive.
Comparaison des spécifications des trois principaux systèmes.
| Système | Résolution | Stéréoscopie |
|---|---|---|
| NGENUITY | 4K | Polarisation |
| TrueVision | HD à 4K | Obturateur actif |
| HMS-3000MT | HD | Casque HMD |
Cette section décrit les principales technologies intégrées dans les systèmes d’affichage 3D.
Affichage HDR (plage dynamique élevée) : reproduit un large contraste allant des hautes aux basses luminosités. Il affiche naturellement la différence entre la cavité vitréenne sombre et la lumière d’éclairage vive, améliorant la visibilité des tissus.
Haute résolution 4K à 8K : la résolution 4K (3840×2160 pixels) est actuellement la norme, et la 8K est en développement pour la prochaine génération. La haute résolution améliore la visibilité de la limitante interne et des structures rétiniennes fines.
Filtres numériques : permettent d’appliquer des traitements de filtrage en temps réel pendant l’intervention. L’accentuation des couleurs du colorant de la limitante interne (bleu brillant G, etc.), la correction du contraste et l’affichage en fausses couleurs sont disponibles.
Intégration OCT peropératoire : une technologie a été développée pour intégrer la tomographie par cohérence optique (OCT) au microscope chirurgical et superposer les images tomographiques en temps réel sur le moniteur 3D1). Cela permet de vérifier la fermeture du trou maculaire et d’évaluer le décollement de la membrane pendant l’opération.
Amplification du signal et prise de vue en basse lumière : L’augmentation de la sensibilité du capteur de la caméra permet d’obtenir des images de haute qualité tout en réduisant la quantité de lumière d’éclairage. C’est le principal mécanisme de réduction de l’exposition lumineuse de la rétine.
La vision stéréoscopique par système d’affichage 3D génère la perception de la profondeur en présentant des images indépendantes à chaque œil. Deux méthodes principales sont utilisées.
Vision stéréoscopique active (méthode active) : Utilise des lunettes à obturateurs à cristaux liquides. Les lunettes bloquent alternativement et rapidement les lentilles gauche et droite, en synchronisation avec le moniteur pour basculer entre les images pour l’œil gauche et l’œil droit à chaque image. Adopté par le système TrueVision.
Vision stéréoscopique passive (méthode passive) : Utilise des lunettes à filtres polarisants. Le moniteur affiche simultanément des images polarisées horizontalement et verticalement, et les lunettes polarisées correspondantes séparent les images pour chaque œil. Adopté par le système NGENUITY. L’avantage est des lunettes légères et sans pile.
Méthode HMS (casque) : L’image est affichée directement sur le HMD porté par le chirurgien. Comme l’image est présentée directement devant les yeux du chirurgien sans passer par un moniteur, l’adaptation à la distance interpupillaire individuelle est facile. Le Sony HMS-3000MT adopte cette méthode.
L’unité de caméra capte la lumière via le séparateur de faisceau du microscope opératoire. Les images capturées par le capteur CMOS sont traitées en temps réel et sorties en tant qu’image 3D. La minimisation de la latence est un enjeu important pour maintenir la précision chirurgicale, et elle est réduite à un niveau imperceptible dans les systèmes actuels.
Que ce soit par méthode polarisée ou à obturateur, la latence est réduite à un niveau imperceptible, et l’impact sur la précision chirurgicale du chirurgien est considéré comme minime. De plus, l’efficacité du système d’affichage 3D a été confirmée comme équivalente à celle du microscope conventionnel1). Il est reconnu qu’il existe une courbe d’apprentissage lors de l’introduction initiale en raison de l’adaptation.
Ultra haute résolution 8K : Le développement de systèmes compatibles 8K en tant que successeurs de la résolution 4K actuelle est en cours. Avec une résolution 8K (7680×4320 pixels), on s’attend à pouvoir observer les structures fines de la membrane limitante interne et les détails des vaisseaux rétiniens avec une précision supérieure à celle actuelle.
Développement des systèmes montés sur la tête (HMS) : L’amélioration des HMD parfaitement adaptés aux caractéristiques visuelles individuelles (distance interpupillaire, correction réfractive) se poursuit. Les HMD de nouvelle génération à haute luminosité et faible latence, spécialisés pour la chirurgie, sont en phase de développement.
Fusion avec la réalité augmentée (RA) : La recherche sur les systèmes chirurgicaux en RA qui superposent en temps réel les images OCT peropératoires, l’angiographie par fluorescence et les informations du patient sur l’image chirurgicale progresse. L’objectif est de réaliser un environnement où le chirurgien peut accéder à diverses informations sans quitter des yeux le champ opératoire.
Application du système heads-up à la lampe à fente : Des tentatives d’introduction du système 3D heads-up non seulement au microscope opératoire mais aussi au microscope à lampe à fente utilisé en consultation externe ont été rapportées. Les avantages incluent l’amélioration de l’ergonomie lors de l’examen et la facilitation de l’enregistrement des images.
Intégration avec l’analyse d’images par IA : Le développement de systèmes qui analysent en temps réel les images vidéo acquises par intelligence artificielle (IA) pour l’identification des tissus et l’assistance au décollement est en cours. La combinaison avec des robots d’assistance chirurgicale est également étudiée.
Avec la réduction des coûts technologiques et l’accumulation de preuves cliniques, la diffusion des systèmes d’affichage 3D s’accélère. Les multiples avantages tels que l’amélioration de l’ergonomie du chirurgien, la réduction de l’exposition à la lumière et le traitement numérique des images sont reconnus, et leur adoption augmente en particulier dans les grands établissements. À l’avenir, l’intégration avec l’OCT peropératoire et la RA devrait progresser, conduisant à une plateforme encore plus fonctionnelle.
