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Chirurgie craniofaciale assistée par ordinateur

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Chirurgie craniofaciale assistée par ordinateur Powered By Docstoc
					Encyclopédie Médico-Chirurgicale 22-360-A-30
                                                                                                                                                                                                                                                     22-360-A-30




                                               Chirurgie craniofaciale assistée
                                               par ordinateur
                                                  B Lombard


                                                                                                   Résumé. – L’avènement d’une technologie nouvelle a fréquemment constitué, dans l’histoire moderne de la
                                                                                                   médecine, le point de départ d’une nouvelle discipline, soit en augmentant l’acuité perceptive du médecin,
                                                                                                   source de nouvelles possibilités diagnostiques, soit en s’interposant entre la main du thérapeute et le corps
                                                                                                   malade, source d’affinement de l’acte thérapeutique. Ainsi en est-il du microscope, de l’électrocardiographe,
                                                                                                   ou encore des rayons X, chacun à l’origine de spécialités médicales majeures. Il est bien tôt encore pour se
                                                                                                   prononcer sur l’impact qu’auront sur l’art chirurgical les techniques d’assistances numériques, disponibles
                                                                                                   que depuis très peu de temps. Mais, outre le fait qu’elles risquent de devenir rapidement incontournables, il se
                                                                                                   pourrait qu’elles conduisent non seulement à une nouvelle manière d’opérer, mais aussi à une façon différente
                                                                                                   de penser la chirurgie.
                                                                                                   Le but du présent article est de présenter dans leurs grandes lignes les concepts qui président à la chirurgie à
                                                                                                   assistance numérique, certains aspects techniques inévitables pour concevoir la manière d’utiliser ces
                                                                                                   systèmes et ce qu’il est raisonnable d’en attendre en l’état actuel des connaissances.
                                                                                                   © 2003 Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés.



                                                                                                   Mots-clés : chirurgie assistée par ordinateur, chirurgie craniofaciale, chirurgie maxillofaciale, assistance
                                                                                                               numérique.




                                               Introduction                                                                                                       logique de la considérer comme le prolongement naturel de la
                                                                                                                                                                  chirurgie stéréotaxique, née bien avant l’ère des ordinateurs, puisque
                                               La chirurgie assistée par ordinateur a pour but d’offrir au chirurgien                                             les premiers cadres stéréotaxiques sont apparus à la fin du siècle
                                               une assistance sous forme de guidage lors d’interventions portant                                                  dernier.
                                               sur des régions anatomiques complexes, à haut risque fonctionnel
                                               ou vital, et où l’étroitesse de la voie d’abord pratiquée ne permet
                                               pas un repérage direct constant, visuel et tactile. Cette définition                                                               CHIRURGIE STÉRÉOTAXIQUE SUR CADRE
                                               élimine les situations périopératoires où l’ordinateur est présent,                                                En 1908, Clarke et Horsley décrivent une méthode de topographie
                                               comme il l’est d’ailleurs devenu dans la plupart des actes, même les                                               rectilinéaire du cerveau de macaque Rhésus et mettent au point le
                                               plus courants, de toute activité professionnelle. Nous écartons                                                    premier cadre stéréotaxique moderne, dont la complexité préfigure
                                               également de ce cadre la cyberchirurgie ou chirurgie réalisée par                                                  le problème général du référencement et du recalage (cf infra) (fig 1).
                                               robot, car elle pose des problèmes différents, encore imparfaitement                                               Ce système leur permet d’appliquer des courants électriques
                                               résolus, et elle n’est pas chirurgie puisque, stricto sensu, la chirurgie                                          lésionnels en différents points du cerveau à travers des aiguilles
                                               est un acte manuel.                                                                                                isolées et guidées grâce à ce cadre. En 1947, Spiegel reprend les
                                               Au plan sémantique, cette technologie est trop récente pour avoir                                                  travaux de Clarke et Horsley et décrit une méthode alternative à
                                               un nom définitif. Le terme de chirurgie guidée par l’image est                                                      l’effroyable lobotomie frontale d’Egas Moniz, en générant des lésions
                                               souvent avancé, mais il ne permet pas d’en distinguer la chirurgie                                                 électriques du nucleus médian et du thalamus sécurisées grâce à un
                                               vidéoendoscopique qui se pratique sans ordinateur. Les termes                                                      cadre stéréotaxique [18]. Ses résultats ne sont guère meilleurs que
                                               « neuronavigation » et « sinusonavigation » sont trop restrictifs. Le                                              ceux de Moniz, mais aboutissent à une psychochirurgie moins
                                               terme franglais surgétique, parfois utilisé, est vide de toute                                                     hémorragique et donc moins létale.
                                               étymologie et donc de sens. L’acronyme CAO est déjà réservé pour
                                               signifier la conception assistée par ordinateur. Nous proposons le
                                               terme de chirurgie infodromique (de info et dromos : trajet, chemin).                                                                                                      1   Cadre stéréotaxique de Horsley et
                                                                                                                                                                                                                          Clarke (1908).

                                               Historique
                                               La chirurgie assistée par ordinateur a pour objet essentiel d’offrir à
                                               l’opérateur une assistance sous forme de guidage, dans le but
                                               d’améliorer la précision de son geste. Pour cette raison, il semble



                                                 Bertrand Lombard : Chirurgien spécialiste des Hôpitaux des Armées, hôpital d’Instruction des Armées
                                                 Desgenettes, service d’oto-rhino-laryngologie, 108, boulevard Pinel, 69275 Lyon cedex 03, France.



                                               Toute référence à cet article doit porter la mention : Lombard B. Chirurgie craniofaciale assistée par ordinateur. Encycl Méd Chir (Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS, Paris, tous droits réservés), Stomatologie,
                                               22-360-A-30, 2003, 8 p.
22-360-A-30                                    Chirurgie craniofaciale assistée par ordinateur                                            Stomatologie


                                                 2   Cadre stéréotaxique de                                       3   Le « Neuronavigator » de Watanabe.
                                                 Perry.




Talairach, à Paris, publie en 1949 son célèbre atlas stéréotaxique basé
sur une série de dissections cérébrales soigneusement mesurées dans
un repère cartésien triplanaire et qui, 50 ans plus tard, constitue
toujours une référence.

                                                                              proprement parler de système de navigation, mais simplement
            RADIOLOGIE CRANIOENCÉPHALIQUE
                                                                              d’accessoires de visée balistique. Les neurochirurgiens qui les
Mais les travaux précités ignorent le potentiel formidable de                 utilisent savent le temps consommé par leur installation et les calculs
l’imagerie médicale et s’appuient sur une analyse statistique de la           trigonométriques qui s’y associent obligatoirement. On comprend
topographie encéphalique humaine, acquise à travers la dissection             dès lors le formidable intérêt suscité en 1987 par la publication des
post mortem. C’est probablement Cushing, vers 1914, qui le premier            travaux de Watanabe, neurochirurgien du Tokyo General
a pressenti l’intérêt considérable de la radiographie craniofaciale.          Hospital [22]. Le « Neuronavigator » (fig 3) qu’a mis au point son
Pour déterminer une stratégie d’abord opératoire de la selle turcique         équipe pour pratiquer l’exérèse de tumeurs cérébrales diverses
pour hypophysectomie, il développe une méthode de mensuration                 utilise un bras mécanique relié à un ordinateur dans lequel ont été
de clichés radiologiques pris sous des incidences précises [4]. Et ainsi,     préalablement introduites les images tomodensitométriques du
pendant un demi-siècle, les techniques vont s’affiner peu à peu,              patient. La précision est médiocre, l’erreur atteint parfois 10 mm.
aboutissant à une multitude d’indices, repères et autres ratios utilisés      L’ordinateur ne peut stocker que six images. La présence d’un
comme guides par les neurologues qui deviendront peu à peu                    ingénieur en salle d’opération est indispensable au fonctionnement
neurochirurgiens avec l’individualisation de cette discipline. L’idée         de l’appareil. Le Neuronavigator, trop cher et peu précis ne sera
d’utiliser un ordinateur pour piloter un générateur de rayons X               jamais commercialisé, mais la chirurgie assistée par ordinateur est
remonte au début des années 1960 avec le neurologue californien               inventée.
Oldendorff, qui publie un rapport sur l’insuffisance de l’imagerie
encéphalique traditionnelle comparée aux possibilités d’exploration
d’autres organes et souligne le danger des méthodes                                     CHIRURGIE CRANIO-MAXILLO-FACIALE
d’encéphalographie iodée, gazeuse ou d’angiographie cérébrale. Il                           ASSISTÉE PAR ORDINATEUR
suggère l’utilisation d’un ordinateur pour piloter avec précision un          Initialement développés pour leurs applications en neurochirurgie,
tomographe classique. Mais le problème est complexe et les
                                                                              les systèmes de navigation suscitent très vite l’intérêt d’équipes
ordinateurs encore rudimentaires. Il faut attendre 1972 pour que la
                                                                              chirurgicales oto-rhino-laryngologiques et maxillofaciales, elles aussi
pugnacité de l’ingénieur anglais Hounsfield, prix Nobel de
                                                                              confrontées aux problèmes du repérage anatomique peropératoire.
médecine, aboutisse à la première coupe transversale de la tête d’un
                                                                              En effet, l’avènement de l’endoscope moderne permet une chirurgie
patient en 5 minutes. La médecine numérique est née et la chirurgie
                                                                              mini-invasive permettant l’accès à des régions très enclavées comme
assistée par ordinateur n’en sera qu’une conséquence. L’apparition
                                                                              le labyrinthe ethmoïdal, la base antérieure du crâne ou encore la
ultérieure de l’imagerie par résonance magnétique (IRM) étendra le
                                                                              fosse ptérygomaxillaire. Des interventions comme celle de De Lima,
champ de l’imagerie, mais sa précision est encore limitée comparée
à celle de la tomodensitométrie : l’IRM fait de belles images, mais           abandonnées pour leur très haut risque fonctionnel ou vital, sont
elles sont peu précises topographiquement.                                    alors repensées sous l’angle de l’endoscopie par des équipes comme
                                                                              celle de l’Autrichien Messercklinger, avec des résultats autrement
Désormais, la stéréotaxie ne sera plus envisagée autrement que                meilleurs et une morbidité raisonnable. La chirurgie endoscopique
couplée au scanner : Leksell imagine un nouveau cadre [12], que
                                                                              s’impose. Mais elle a aussi ses désavantages : les optiques
perfectionnent Berstrom et Greitz. Le cadre de Brown [2] permet de
                                                                              panoramiques modernes entraînent une déformation sphérique de
placer une sonde cérébrale avec une précision moyenne de 1,8 mm,
                                                                              l’image aboutissant à des erreurs de perception du champ opératoire
précision que Perry améliore encore grâce à des marqueurs opaques
                                                                              qui peuvent atteindre près de 1 cm pour un opérateur non entraîné.
repérés avec plus de finesse (fig 2). Aujourd’hui, les cadres
                                                                              Les voies d’abord utilisées, essentiellement endonasales, sont très
stéréotaxiques sont peu à peu abandonnés au profit de systèmes dits
                                                                              exiguës et rendent difficile un geste hémostatique. La chirurgie
frameless.
                                                                              infodromique craniofaciale, introduite vers 1997, apparaît comme
                                                                              une solution très intéressante à ces problèmes de repérage
                  STÉRÉOTAXIE SANS CADRE                                      topographique.
Les cadres précédemment décrits, quoique fiables et précis, sont               Ailleurs, des équipes d’implantologie dentaire savent qu’un facteur
encombrants pour le chirurgien, douloureux et angoissants pour le             important pour la pérennité de leur implant est son positionnement
patient qui doit rester la tête emprisonnée plusieurs heures dans un          axial optimal, de manière à ce que les contraintes s’exercent
carcan métallique avant d’entrer en salle d’opération. De plus, leurs         essentiellement en compression et le moins possible en cisaillement.
possibilités se limitent à guider précisément une aiguille poussée            Là encore, les systèmes de navigation sont à même de résoudre ce
sur une certaine distance à partir d’un point de coordonnées                  problème, avec une résolution angulaire nettement supérieure à celle
relatives connues et selon un angle calculé. Il ne s’agit pas à               de l’œil de l’opérateur.

2
Stomatologie                                       Chirurgie craniofaciale assistée par ordinateur                                           22-360-A-30


                                                                                   distance du champ opératoire. Ces caméras analysent par
                Écran d’affichage                   4    Principe général de la
                                                                                   triangulation la position d’un minimum de deux diodes
                                                    chirurgie assistée par ordi-
                                                    nateur.                        électroluminescentes émettant dans le proche infrarouge et fixées sur
                                                    TDM : tomodensitométrie ;      l’instrument chirurgical. Ces diodes peuvent éventuellement être
                                                    IRM : imagerie par réso-       remplacées par des sphères réfléchissant la lumière infrarouge émise
                                                    nance magnétique.              par un projecteur placé dans la baie de caméra (système passif), ce
                     Station
                  informatique                                                     qui permet de s’affranchir du câble alimentant les diodes, au prix
                                                                                   d’une légère dégradation de performance. Leur précision est
                                                                                   excellente, de l’ordre du demi-millimètre. Mais ils ont pour
                                                                                   inconvénients un angle de vision réduit et d’interrompre leur
                                                                                   fonctionnement dès qu’un objet s’interpose entre la ligne de vue des
                                                                                   caméras et les diodes émettrices. Il en résulte une ergonomie difficile
   Imagerie                         Système de                                     à gérer, puisque le chirurgien n’est plus libre de positionner ses
     TDM                            localisation
                                      spatiale
                                                                                   aides, ses instruments et ses mains à sa guise. La baie de caméra est
     IRM
                                                                                   encombrante et surtout fragile, car elle contient un système de
                                                                                   lentilles cylindriques susceptibles de se défocaliser lors de chocs,
Concepts généraux et technologiques                                                entraînant une perte de précision. Aussi, si ces systèmes
                                                                                   apparaissent très adaptés à la gestuelle quasi statique de la
de la chirurgie assistée par ordinateur                                            neurochirurgie pour laquelle ils ont été primitivement conçus, ils
                                                                                   semblent l’être beaucoup moins pour la dynamique gestuelle des
La chirurgie assistée par ordinateur consiste à utiliser la puissance              interventions cranio-maxillo-faciales.
de calcul, la capacité à stocker de l’information et les possibilités
d’affichage graphique des micro-ordinateurs modernes pour mettre                   ¶ Systèmes électromagnétiques
en correspondance, en temps réel, les coordonnées d’un capteur
spatial solidaire de l’instrument utilisé par l’opérateur avec le point            Ils sont d’apparition récente. Ils reposent sur la réalisation d’un
homologue situé sur l’imagerie du patient. Le résultat de cette                    champ magnétique alternatif selon trois axes orthogonaux. Un
opération est exprimé sur un écran visible du chirurgien, qui a ainsi              capteur constitué de bobinages également orthogonaux, déduit sa
l’illusion de naviguer au sein des structures anatomoradiologiques                 position vis-à-vis de l’émetteur en fonction du champ induit dans
du patient qu’il opère. Au fur et à mesure de sa progression, il peut              chacun de ses bobinages. Les champs magnétiques décroissant avec
ainsi connaître avec précision la position de son instrument, y                    une puissance cubique de la distance à la source, la sensibilité et la
compris dans des régions exiguës, noyées par l’hémorragie,                         résolution de ces systèmes sont excellentes, de l’ordre du dixième
remaniées par la pathologie ou encore la fibrose d’un geste                         de millimètre. En outre, ils sont robustes et suffisamment
chirurgical antérieur.                                                             miniaturisables pour pouvoir faire oublier au chirurgien leur
Cette technologie suppose donc la mise en œuvre d’un système de                    présence sur le site opératoire. Autre avantage, ils fonctionnent sans
localisation spatiale, d’une station informatique, et la réalisation               restriction, quelle que soit la position du chirurgien, de ses
d’une imagerie adéquate : tomodensitométrie ou IRM (fig 4).                         instruments ou de ses aides, puisqu’ils ne sont pas tributaires d’une
                                                                                   ligne de vue à préserver. L’émetteur, mesurant généralement 1 ou
                                                                                   2 cm3, peut être fixé directement sur le patient, supprimant le
          SYSTÈMES DE LOCALISATION SPATIALE                                        capteur de référence requis par les systèmes infrarouges et divisant
Ils constituent un maillon important de cette technologie en                       ainsi par deux l’erreur de mesure. Les premiers prototypes avaient
convertissant en coordonnées cartésiennes relatives la position d’un               un inconvénient majeur, celui d’être sensibles aux masses
capteur assujetti à un instrument.                                                 métalliques inévitablement présentes dans le champ opératoire. Ce
                                                                                   défaut est à présent corrigé grâce à une technologie
¶ Systèmes électromécaniques                                                       d’échantillonnage spécial à haute fréquence du signal, éliminant la
                                                                                   plupart des distorsions métalliques. En outre, l’emploi d’un capteur
Ils ont été les premiers utilisés en raison de leur simplicité. Une                témoin permet de détecter une distorsion résiduelle et d’en avertir
potence supporte un bras constitué de plusieurs segments articulés                 aussitôt l’utilisateur, conférant à ces localisateurs la même fiabilité
entre eux de manière à offrir cinq ou six degrés de liberté. Les                   que celle des systèmes infrarouges, sans leur inconvénients.
articulations contiennent un potentiomètre de précision renseignant
sur l’angle relatif formé par chaque segment. Robustes et peu
onéreux, ils ont été abandonnés en raison de leur ergonomie                            MISE EN ŒUVRE D’UN SYSTÈME DE NAVIGATION
                                                                                                     CHIRURGICALE
médiocre et de leur précision intrinsèque réduite à 2 ou 3 mm.
                                                                                   Quel que soit le type de système considéré, sa mise en œuvre
¶ Systèmes à faisceau ultrasonore                                                  requiert invariablement les étapes suivantes :

Ils sont constitués d’un émetteur piézoélectrique fixé sur                          – réalisation d’une imagerie, transfert de la série d’images sur la
l’instrument et d’une baie de trois microphones située à distance du               station informatique du navigateur (via un réseau ou un support tel
champ opératoire et analysant le temps de vol des impulsions                       qu’un CD-Rom) et traitement de ces images, généralement au format
ultrasonores émises par l’émetteur. Connaissant le temps de                        DICOM (norme internationale des systèmes d’imagerie médicale,
propagation du son dans l’air, on peut en déduire, par simple                      signifiant Digital Imaging and Communication in Medicine), pour les
triangulation, la position relative de l’instrument. Malheureusement,              rendre accessibles à la navigation ;
ce temps de propagation est largement dépendant de la température                  – recalage de ces images pour les placer dans le même système de
et de l’hygrométrie ambiantes, entraînant des erreurs cumulées de                  coordonnées que celui du localisateur spatial ;
plusieurs centimètres, même après un calibrage soigneux. En outre,
                                                                                   – calibrage de l’instrument chirurgical ; en effet, le localisateur ne
l’interposition d’objets (mains de l’opérateur, instrumentation)
                                                                                   connaît que la position de son capteur fixé à l’instrument ; or, le
entraîne des aberrations difficilement détectables. Pour cette raison,
                                                                                   chirurgien, lui, ne s’intéressant qu’à la position de l’extrémité active
ces systèmes sont restés à l’état de prototypes.
                                                                                   de son instrument, il convient donc d’indiquer à la machine les
¶ Systèmes optoélectroniques                                                       caractéristiques dimensionnelles de cet instrument ; c’est le calibrage,
                                                                                   opération simple et rapide, mais qui doit être renouvelée chaque
Ils sont apparus un peu plus tard. Ils reposent sur l’emploi d’une                 fois que l’instrument chirurgical choisi comme sonde par l’opérateur
baie de deux ou trois caméras CCD à haute résolution située à                      est modifié ;

                                                                                                                                                         3
22-360-A-30                                   Chirurgie craniofaciale assistée par ordinateur                                           Stomatologie


– enfin, vérification de la cohérence des informations retournées par        sa compensation. La manière dont ce capteur est fixé sur le patient
le système avant de débuter l’intervention.                                est cruciale puisqu’elle doit être à la fois très stable, ne pas gêner
                                                                           l’opérateur et autoriser tout type de voie d’abord. Selon les systèmes,
¶ Recalage des images                                                      le capteur de référencement peut être solidarisé au crâne du patient
                                                                           par un arceau métallique, un casque, un bandeau, un trépied vissé
Principe                                                                   dans la table externe de la calvaria ou encore une petite pièce
                                                                           buccale autostatique immobilisée entre maxillaire et mandibule.
La position et l’orientation de la tête du patient sur les images
dépendent de la manière dont celui-ci a été installé sur la table          Le référencement mandibulaire pose un problème particulier,
radiologique vis-à-vis du tube radiogène. Il n’y a aucune raison pour      puisque l’angle d’ouverture buccale et l’éventuelle latéro- ou
que, une fois allongé sur la table d’opération, sa position vis-à-vis      propulsion de la mandibule sont variables entre l’instant où a été
du localisateur soit identique. Le but du recalage est de déterminer       réalisée l’imagerie et celui où le patient est installé intubé sur la table
les équations de transfert permettant de convertir les coordonnées         d’opération. L’utilisation d’un système de navigation pour guider la
de tout point retourné par le localisateur, de sorte qu’il corresponde     réalisation d’ostéotomies mandibulaires ou encore pour positionner
exactement au point homologue dans le système de coordonnées               avec précision des implants mandibulaires ostéo-intégrables
des images. C’est un problème complexe. La manière la plus simple          nécessite un recalage spécial sur la mandibule pour assurer son
de le résoudre consiste à fournir à la machine un certain nombre de        référencement de manière indépendante du reste de l’extrémité
points répartis sur le visage et le crâne du patient, et à sélectionner    céphalique.
ces mêmes points sur les images. Pour ce faire, on peut utiliser soit
                                                                           ¶ Navigation
des repères anatomiques naturels (nasion, canthus interne et externe,
tragus, jonction nasolabiale), soit des marqueurs fiduciaires radio-        Une fois réglé et opérant, un système de navigation ne doit pas être
opaques collés sur la peau ou vissés dans la table externe du crâne.       utilisé aveuglément. Au début de l’intervention, il importe à
Cette deuxième technique est la plus contraignante pour le patient         l’opérateur de vérifier la pertinence et la précision des informations
comme pour l’opérateur, puisqu’elle nécessite un examen                    graphiques renvoyées par le système, sur des repères anatomiques
radiologique spécial suivi du geste chirurgical dans un délai aussi        fiables et indiscutables. Il y a lieu de multiplier ces vérifications sur
court que possible, pour éviter la gêne entraînée par des plots vissés     des repères variés, de manière à valider cette fiabilité sur les trois
ou le risque de déplacement de marqueurs collés. Mais elle est plus        axes de l’espace. Tout au long de l’intervention, il est souhaitable
précise que la précédente puisqu’elle n’est pas tributaire de l’habileté   d’observer le comportement du système de manière à connaître sa
de l’opérateur à repérer un point tridimensionnel sur l’imagerie et à      pertinence et à savoir, le moment venu, face à un problème de
viser avec exactitude ce même point sur le patient.                        repérage ou d’identification anatomique crucial, quelle confiance
                                                                           accorder à la machine. C’est là une philosophie essentielle, sans
Recalage surfacique                                                        laquelle l’usage d’un système de navigation peut s’avérer plus
                                                                           dangereux que bénéfique.
Certains systèmes (VectorVision IIt, BrainLab GmbH ; Système
DigiPointeurt, Collin-ORL-CMF) résolvent élégamment ce problème
grâce à un algorithme de recalage surfacique. Son principe consiste
à recréer un modèle surfacique tridimensionnel à partir du volume
                                                                           Systèmes disponibles
d’images, puis, après acquisition de quelques centaines de points          Il existe essentiellement cinq modèles de navigateurs chirurgicaux
prélevés de manière aléatoire sur le visage du patient à l’aide d’une      disponibles pour la chirurgie craniofaciale (fig 5, 6, 7, 8). Leurs
sonde assujettie au localisateur, d’ajuster rotations et translations de   performances sont variables d’un modèle à l’autre et pour un même
manière itérative, jusqu’à obtenir la superposition optimale des           modèle, selon les options qui les équipent.
points sur le modèle surfacique. Cet ajustage, qui ne réclame que
                                                                           Le tableau I présente ces systèmes et leurs caractéristiques
quelques secondes de calcul, est réalisé automatiquement par
                                                                           essentielles. Des efforts considérables ont été faits par les
l’ordinateur. Cette technologie présente des avantages pratiques
                                                                           concepteurs pour tenter de simplifier en apparence une technologie
importants :
                                                                           complexe et la rendre utilisable pour des actes de pratique
– il n’est pas nécessaire de prévoir un examen radiologique spécial        quotidienne. Cet aspect nous paraît essentiel, car seul un matériel
pour l’intervention ;                                                      utilisé en pratique de routine, donc simple et rapide à installer, est
                                                                           suffisamment maîtrisé pour des interventions plus lourdes où la
– le procédé, simple et très rapide, est peu opérateur-dépendant ;
                                                                           machine devient significativement contributive.
– l’appariement des points est réalisé avec une précision                  Le choix d’un système, à notre sens, doit prendre en compte divers
mathématique théorique plusieurs milliers de fois supérieure à la          paramètres, parfois contradictoires :
main d’un opérateur ;
                                                                           – l’ergonomie globale du système ; de ce point de vue, les systèmes
– mais surtout, le nombre de points mis en jeu pour le recalage peut       électromagnétiques sont très performants [5, 6, 11, 14] ;
être très élevé comparativement aux quelque cinq ou dix points des
méthodes traditionnelles ; l’optimisation mathématique du recalage
                                                                                                                 5 Système DigiPointeurt      (Collin-
dépendant de la racine carré du nombre de points mis en jeu, il en                                               ORL-CMF, France).
résulte un gain sensible de précision.

¶ Problème du référencement
Après recalage, la tête du patient doit être maintenue dans une
position constante vis-à-vis du système localisateur, faute de quoi
les informations délivrées par le navigateur deviennent inexactes.
Les systèmes destinés à la neurochirurgie résolvent cette difficulté
en immobilisant la tête du patient dans une têtière à pointes (étrier
de Mayfield). Cette modalité est inapplicable dans les spécialités
cranio-maxillo-faciales, lesquelles requièrent une dynamique
gestuelle très différente. Pour maintenir valide le recalage malgré la
mobilisation de la tête du patient, on fixe sur celle-ci un capteur
secondaire, dit capteur de référencement, qui renseigne le système
de tout déplacement relatif vis-à-vis du localisateur, pour permettre

4
Stomatologie                                                             Chirurgie craniofaciale assistée par ordinateur                                                      22-360-A-30



                                                         6    Système Instatrackt (VTI, Wilming-                                                        8  Système VectorVision (BrainLab,
                                                         ton, États-Unis).                                                                              Munich, Allemagne).




                                                         7    Système Landmar xt (Medtronic,
                                                         Jacksonville, États-Unis).                          – sa simplicité de mise en œuvre et plus précisément le temps
                                                                                                             effectif requis par un utilisateur ordinaire pour installer et lancer le
                                                                                                             système ; un appareillage trop compliqué n’est qu’exception-
                                                                                                             nellement utilisé et donc peu fiable entre les mains d’un utilisateur
                                                                                                             occasionnel ;
                                                                                                             – sa capacité à s’adapter à tous les types de procédure chirurgicale,
                                                                                                             quelle que soit la voie d’abord choisie ;
                                                                                                             – ses possibilités d’adaptation instrumentale ; le fait de pouvoir
                                                                                                             utiliser l’instrumentation auquel l’opérateur est habitué est une
                                                                                                             donnée importante ;
                                                                                                             – sa capacité à être piloté directement par l’opérateur d’une façon
                                                                                                             simple et efficace ; les systèmes utilisant un pédalier de commande
                                                                                                             nous semblent peu pratiques, mais ceci relève d’un choix personnel ;
                                                                                                             – l’encombrement, le poids, la fragilité globale du système, sont à
                                                                                                             considérer avant de les faire pénétrer dans des blocs opératoires déjà
                                                                                                             surchargés de consoles d’anesthésie, microscopes, lasers, moteurs
                                                                                                             suspendus et autres amplificateurs de brillance ;
– la fiabilité et la précision réelles du système, souvent très éloignées                                     – enfin, le coût d’un système tout autant que celui des
des prétentions du constructeur ;                                                                            consommables qui lui sont nécessaires est, bien sûr, un élément

Tableau I. – Systèmes de navigateurs chirurgicaux disponibles et leurs caractéristiques esssentielles.
     Type de navigateur                       VectorVision-IIt                    DigiPointeur 6300-Vt            Instatrackt                 LandMar Xt                    SNSt
            Fabricant                     Brainlab GmbH, Munich,                Collin-ORL-CMF, Cachan,     GEMS/VTI, Wilmington,         Medtronic, Louisville,      Strycker-Leibinger,
                                                 Allemagne                               France                  États-Unis                    États-Unis             Portage, États-Unis

          Technologie                           Optique passive                      Électromagnétique         Électromagnétique        Optique active ou passive       Optique active
         du localisateur                                                                Superpulsée

 Système de référencement                       Bandeau frontal                  Bandeau frontal ou pièce    Casque temporofrontal      Arceau métallique péricrâ-      Trépied frontal
                                                                                   buccale autostatique                                          nien

   Applications couvertes                       Neurochirurgie                   ORL - Chirurgie latérale            ORL                         ORL                      ORL-CMF
                                                    ORL                         de la base du crâne - CMF        Neurochirurgie              Neurochirurgie
                                                 Orthopédie                                                       Orthopédie                  Orthopédie

  Adaptation instrumentale                     Tous instruments                       Tous instruments      Instruments spéciaux ou à     Instruments spéciaux       Instruments spéciaux
                                                                                                                  usage unique

        Type de recalage                 Recalage automatique sur-              Recalage automatique sur-     Recalage préétabli sur      Recalage manuel sur        Recalage manuel sur
                                                  facique                                facique                     casque                points de repères          points de repères

   Nécessité de porter un
                                                       Non                                    Non
  dispositif spécial durant
                                                                                                                  Oui : casque               Oui : marqueurs           Oui : marqueurs
    l’imagerie pour une                        Clichés standards                      Clichés standards
     précision optimale

    Capacités de planning                  Analyse 3D volumique                   Analyse 3D volumique                Non                Analyse 3D volumique                Non
         chirurgical

     Mode de pilotage                            Écran tactile                             Souris                    Souris                       Souris                    Stylet
  peropératoire du système                    Télécommande IR                        Télécommande IR              Écran tactile                  Pédales                   Pédales
                                                                                    Commandes vocales

     Temps d’installation                               NC                              7 minutes [14]           10 minutes [11]            20 à 40 minutes [7]              NC
       (selon référence
    bibliographique citée)

ORL : oto-rhino-laryngologie ; CMF : chirurgie maxillofaciale ; IR : infrarouge ; NC : non communiqué.



                                                                                                                                                                                            5
22-360-A-30                                            Chirurgie craniofaciale assistée par ordinateur                                                     Stomatologie


important de choix, d’autant plus que les systèmes les plus onéreux
ne sont pas nécessairement les plus performants.


Précision
Les spécifications techniques des constructeurs de navigateurs
chirurgicaux, tout comme les études menées par des cliniciens, sont
souvent fantaisistes quant à la précision et ne s’appuient
généralement sur aucune méthodologie métrologique [5, 6, 11]. La
plupart des chiffres exprimés représentent la magnitude moyenne
(RMS ou root mean square) d’un vecteur erreur, apprécié
empiriquement par l’observateur, sur les trois axes x, y, z, pour n
échantillons (où i représente un échantillon de mesure renvoyé par
le système de navigation et r la position réelle de ce même point,
après correction) :


            e =
                  Σ   i=l   (xi _ xr)2 + (yi _ yr)2 + (zi _ zr)2


Une telle formulation a l’avantage d’exprimer par une valeur
numérique unique des données à trois dimensions. Mais elle tend à
minimiser l’erreur et ne permet pas de connaître la pertinence ou               9    Tumeur ostéolytique de la paroi latérale du sinus sphénoïde gauche.
fiabilité du système, à moins d’être associée (ce qui est rarement le            Cette lésion, quoique de petite taille, est située à 4,3 mm du nerf optique. Son caractère
                                                                                ostéolytique fait craindre un processus néoplasique. L’imagerie par résonance magné-
cas), à l’écart-type, au minimum et au maximum de ces mesures.
                                                                                tique n’apporte pas d’orientation étiologique supplémentaire. L’injection de contraste
Mais, même dans ce cas, si le bruit d’erreur n’a pas une répartition            n’a pas été réalisée. Une biopsie est indispensable pour préciser la nature exacte de cette
normale, c’est-à-dire de type gaussienne, la fiabilité métrologique              lésion, mais fait courir un risque certain pour le pédicule optique de ce patient. L’utili-
du système ne peut être appréciée. Or, la plupart des erreurs étant             sation d’un système de navigation permet de mesurer avec précison ses rapports avec
dues à un biais dans la chaîne de mesure, il serait préférable                  la masse tumorale, puis de l’aborder avec une précision inframillimétrique, dans des
d’adopter la bonne habitude d’exprimer la précision de ces systèmes             conditions de sécurité optimales. L’image vidéoendoscopique, dans le quadrant infé-
sous forme de quantiles, par exemple au 95e percentile. Une telle               rieur gauche, montre la canule aspiratrice au contact de la lésion. L’intersection des li-
                                                                                gnes correspond à la position de l’extrémité de la canule (Système DigiPointeurt).
méthode aurait l’avantage de donner à l’opérateur un intervalle de
confiance utilisable [13]. Une norme devra sans doute être créée pour
                                                                                    CHIRURGIE ENDOSCOPIQUE DES SINUS DE LA FACE
éviter à des fabricants d’annoncer une précision nettement meilleure                     ET DE LA BASE ANTÉRIEURE DU CRÂNE
que la taille du pixel (ou point élémentaire) des images affichées !
                                                                                Les risques de blessure vasculaire, neuro-optique ou de plaie
Le volume englobé dans la mesure est également important à
                                                                                méningée avec ou sans pénétration cérébrale inhérents à cette
préciser : 100 mesures prises à quelques millimètres de distance ne
                                                                                chirurgie expliquent que les premiers essais de chirurgie
représentent pas la même précision que 100 autres mesures réparties
                                                                                craniofaciale infodromique aient porté sur cette indication.
dans un volume de 1 dm 3 . Or, ce volume de mesure n’est
                                                                                L’association endoscope-navigateur permet d’accroître très
qu’exceptionnellement rapporté dans les études disponibles.
                                                                                sensiblement la qualité de l’exérèse chirurgicale, avec certainement
Par ailleurs, les études de précision menées par des équipes                    une morbidité sensiblement réduite (fig 9). Les gestes de réparation
chirurgicales indépendantes ne reposent le plus souvent que sur une             de brèches méningées ou de décompression du nerf optique,
appréciation visuelle perendoscopique du vecteur erreur, avec                   notamment pour des atteintes d’origine traumatique, idéalement, ne
néanmoins des résultats exprimés généralement en centièmes de                   devraient plus être réalisés autrement que sous l’assistance d’un
millimètre. Or, seuls des protocoles utilisant des marqueurs de                 système de navigation [10, 11, 20].
référence implantés de manière stable dans l’os permettent une
analyse rigoureuse de la distribution volumique de l’erreur. Mais de
telles études sont bien sûr lourdes à mener et éthiquement                              VOIES D’ABORD EXTERNES CRANIOFACIALES
discutables car sans bénéfice direct pour le patient. Et celles menées           Les voies externes bénéficient également de la navigation, sous
en laboratoire sur des pièces fantômes sont trop éloignées de la                réserve que l’ancillaire de référencement soit compatible avec
réalité chirurgicale pour être intéressantes.                                   l’incision et le décollement du lambeau musculocutané envisagés.
À ces remarques près, la plupart des systèmes de navigation ont                 L’utilisation d’un ancillaire de référencement buccal autostatique
une précision inférieure à 3 mm et jouxtent le plus souvent le                  peut s’avérer précieux pour réaliser sans encombre une incision
millimètre dans le volume opératoire utile. Il convient cependant de            bitragienne en vue d’aborder un sinus frontal. Le navigateur permet
remarquer que cette précision dépend d’une chaîne où interviennent              le repérage exact de la projection des contours des sinus frontaux au
de nombreux facteurs : précision avec laquelle est calibré l’imageur            cas où un volet ostéoplastique est décidé. La résection de tumeurs
et ses paramètres de réglage, immobilité plus ou moins complète du              du complexe ethmoïdo-fronto-orbitaire devrait être menée plus
patient durant l’examen, précision intrinsèque du système                       sûrement lorsqu’un navigateur est capable de donner une
localisateur spatial, précision de l’opérateur réalisant le recalage,           appréciation rigoureuse de profondeur et de renseigner sur la
performance de l’algorithme de calcul du recalage, précision du                 proximité du pédicule neuro-optique ou de la méninge.
calibrage dimensionnel de l’instrument, lequel doit être parfaitement
rigide pour n’induire aucune erreur supplémentaire due à sa
déformation.                                                                     GUIDAGE BIOPSIQUE. CHIRURGIE « MINI-INVASIVE »
                                                                                La biopsie de lésions situées dans des régions profondes, par
                                                                                exemple étage antérieur ou moyen de la base du crâne, peut être
Indications craniofaciales                                                      réalisée de manière performante et peu invasive, avec des
de la chirurgie infodromique                                                    délabrements limités au strict minimum. Les abords endoscopiques
                                                                                endonasaux assistés par ordinateur de lésions traditionnellement
Elles sont nombreuses et tendent à augmenter de jour en jour. Aussi,            considérées comme du seul ressort de la neurochirurgie
n’en citerons-nous que quelques exemples.                                       stéréotaxique autorisent dans bon nombre de cas un diagnostic

6
Stomatologie                                             Chirurgie craniofaciale assistée par ordinateur                                                           22-360-A-30




                                                                                                                                                                               *
                                                                                                                                                                               B

                                                                                                                                  *
                                                                                                                                  A




                                                                                                                                                        *
                                                                                                                                                        C
10    Kyste dermoïde de la ptérygoïde droite, étendu à la grande aile du sphénoïde, à
l’origine d’un syndrome comitial majeur avec état de mal épileptique.                      11    Reconstructions volumiques avec rendu surfacique (A. choanes ; B. sinus fron-
Abord de la tumeur par voie transantrale avec fraisage de la paroi postérieure du sinus    taux et recessus frontal droit ; C. massif facial).
maxillaire. Après repérage du pédicule sphénopalatin, la tumeur kystique est marsu-        L’intérêt de telles reconstructions est évident lorsqu’il s’agit d’apprécier les rapports
pialiséee et sa matrice épidermique réséquée au maximum. Le système de navigation          spatiaux d’une lésion traumatique ou malformative complexe, ou encore de modéliser
permet d’optimiser la voie d’abord tout en repérant précisément fente et pédicule sphé-    dans les trois plans de l’espace un greffon de reconstruction, puis de le positionner de
nopalatins. L’évidement de la lésion est un geste aveugle contrôlé par le navigateur et    façon optimale. Certains systèmes sont également dotés de capacités d’endoscopie vir-
les sensations de contact osseux avec la canule aspiratrice permettant de suivre les li-   tuelle, dont l’utilité en pratique de routine reste à démontrer, mais d’un intérêt didac-
mites de la masse kystique. Sans l’assistance d’un système de navigation, la voie en-      tique certain.
doscopique aurait probablement été abandonnée au profit d’une voie neurochirurgicale
autrement plus lourde et plus délabrante.
                                                                                                              IMPLANTATION PROTHÉTIQUE
                                                                                           Le rôle joué par les systèmes de navigation est encore au stade
histologique, voire l’éradication de la lésion, avec des séquelles                         expérimental, mais devrait rapidement se développer. Comme en
esthétiques et fonctionnelles sans commune mesure avec celles                              orthopédie des membres inférieurs, les navigateurs sont capables de
générées par les voies d’abord externes traditionnelles (fig 10). Sur                       déterminer un centre géométrique et de renvoyer avec précision un
ce même principe, nous avons pu réaliser à titre antalgique, lors de                       jeu de valeurs angulaires pour les trois plans de l’espace. Il en
carcinomes ethmoïdaux incontrôlables, des infiltrations                                     résulte la possibilité de positionner d’emblée de manière optimale
neurolytiques de la deuxième branche du nerf trijumeau à son                               un implant dentaire sans avoir à en corriger secondairement les axes
émergence au trou grand rond, avec une précision et une sécurité                           par des pièces intermédiaires. Il est également possible d’effectuer
difficiles à atteindre par les techniques manuelles classiques.                            des reconstructions en trois dimensions avec rendu volumique
                                                                                           (fig 11) pour simuler la position et les contraintes de l’implant vis-à-
                                                                                           vis des dents adjacentes et sus-jacentes [23, 24]. La situation exacte de
               EXTRACTION DE CORPS ÉTRANGERS                                               l’outil de forage vis-à-vis du canal dentaire ou du plancher du sinus
                                                                                           maxillaire ainsi que la distance qui les sépare peuvent être connues
Les corps étrangers, notamment ceux localisés dans la fosse
                                                                                           au millimètre près.
infratemporale, balistiques ou à type de foret dentaire cassé et migré,
quoique peu fréquents, posent des problèmes considérables de
localisation lorsque leur extraction s’impose, par exemple après                           Conclusion : intérêt et limites
constitution d’un granulome réactionnel extensif. L’emploi de
clichés radiologiques sous plusieurs incidences ou même d’un                               de la chirurgie infodromique
amplificateur de brillance ne permet pas toujours de venir à bout de
ce problème comme peut le faire un système de navigation                                   Depuis ses premières apparitions dans les blocs opératoires, la chirurgie
tridimensionnel.                                                                           assistée par ordinateur a considérablement évolué dans ses
                                                                                           performances en même temps que sa mise en œuvre s’est simplifiée. Son
                                                                                           coût, il y a encore peu, n’était accessible qu’à de gros services
     CÉPHALOMÉTRIE PRÉOPÉRATOIRE ET MÉTHODES                                               universitaires occidentaux. Aujourd’hui, le prix de tels systèmes, du
         MORPHOMÉTRIQUES PEROPÉRATOIRES                                                    même ordre de grandeur que celui d’un bon microscope opératoire, est
                                                                                           accessible à tout bloc chirurgical de moyenne capacité.
La mesure des angles céphalométriques et le tracé de lignes d’appui
                                                                                           À ce jour, aucune étude prospective contrôlée n’a pu apporter la preuve
menés traditionnellement sur des calques apposés sur des clichés                           que les navigateurs chirurgicaux aient réduit morbidité et mortalité
xéroradiographiques sont sensiblement facilités par la technologie                         opératoires. La raison en est tout simplement d’ordre éthique et tend
numérique. Elle permet, par exemple, une simulation des                                    implicitement à démontrer l’intérêt de ces systèmes de navigation,
ostéotomies d’avancement ou de recul mandibulaire dans le cadre                            puisque les services qui en sont équipés tendent à les utiliser
d’un projet de profiloplastie avec calcul automatique chiffré des                           systématiquement, empêchant dès lors toute étude comparative
angles et distances relatifs [9]. En peropératoire, elle offre la possibilité              prospective. Les études rétrospectives sont d’intérêt moindre,
de mesurer très précisément l’importance des déplacements osseux                           puisqu’elles comparent généralement des résultats à différentes périodes
effectifs, même après que se soient constitués œdèmes ou                                   (avant, puis après acquisition d’un navigateur) de groupes d’opérateurs
hématomes. La pose de greffons est également facilitée par la mesure                       dont l’expérience s’est accrue au fil des années [6, 18]. Toutes ces études,
simultanée de distances et d’angles comparatifs avec le côté opposé,                       en revanche, expriment un bénéfice sensible pour l’opérateur, plus
permettant leur positionnement précis et symétrique [4].                                   détendu dans la réalisation de son acte, généralement plus complet [14,

                                                                                                                                                                                  7
22-360-A-30                                                   Chirurgie craniofaciale assistée par ordinateur                                                                        Stomatologie


  , avec parfois un gain de temps non négligeable [14]. Toutes aussi
18]
                                                                                                      calculs d’espérance statistique, plus ou moins empiriques, peuvent
insistent sur les capacités didactiques indiscutables de ces systèmes,                                renseigner sur la qualité présumée du recalage des images. Mais seule la
susceptibles d’améliorer la performance d’un opérateur confirmé et                                     vérification directe, in situ, par l’opérateur permet de savoir la précision
d’accélérer la formation d’opérateurs en apprentissage [9].                                           effective de la machine. Et ce n’est qu’après avoir vérifié la bonne
Les limites actuelles de la chirurgie infodromique sont essentiellement                               concordance d’un certain nombre de points circonscrivant la zone
liées à celles de l’imagerie. L’apparition de nouveaux scanners                                       opératoire qu’il est possible d’accorder au système un crédit suffisant
multibarrettes à très haute résolution permet d’obtenir des images dont                               pour s’appuyer, avec une sécurité raisonnable, sur son assistance
la résolution spatiale, quasiment isométrique, est de l’ordre de 0,2 mm.                              durant le geste à effectuer. En cas d’incohérence entre la perception
Mais les systèmes de contention du patient sont encore trop                                           anatomique de l’opérateur et la perception électronique du système de
rudimentaires pour immobiliser efficacement le crâne et ses inévitables                               navigation, seul l’esprit critique du chirurgien correctement entraîné
micromouvements, même si les temps d’acquisition sont désormais                                       est à même de trancher entre son sentiment et l’information numérique.
inférieurs à la minute. Il est probable que les générations de systèmes                               Cette mise en garde est d’ailleurs inscrite en première page des notices
d’imagerie à venir vont intégrer peu à peu un ensemble de moyens                                      d’emploi de tous ces systèmes.
destinés à optimiser l’intégration chirurgicale d’images devenues, non                                Mais même ainsi limitées, les possibilités actuelles et les perspectives de
plus de simples outils diagnostiques, mais d’authentiques instruments                                 la chirurgie infodromique la rendent peu à peu incontournable dans les
thérapeutiques.                                                                                       spécialités cranio-maxillo-faciales, comme elle l’est déjà en
Par ailleurs, aucun algorithme n’est capable d’assurer l’utilisateur que                              neurochirurgie, où elle constitue une obligation médico-légale pour bon
les informations affichées par la machine sont exactes et précises. Des                               nombre d’interventions.




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