• IDS085 - Utilisations et apports de la réalité virtuelle dans les pratiques médicales en 2020

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    Bonne lecture...

    Auteurs

    Contacts

    Citation

    A rap­pe­ler pour tout usage : M.BENKHALED, M. PINCEMAIL, E. VEREBI et M. AMBER « La réa­li­té vir­tuelle dans les pra­tiques médi­cales en 2020 », Uni­ver­si­té de Tech­no­lo­gie de Com­piègne (France), Mas­ter Ingé­nie­rie de la San­té, Par­cours Tech­no­lo­gies Bio­mé­di­cales et Ter­ri­toires de San­té (TBTS) et Dis­po­si­tifs Médi­caux et Affaires Régle­men­taires (DMAR), Mémoire de Pro­jet, réf n° IDS085, décembre 2020, https://travaux.master.utc.fr/formations-master/ingenierie-de-la-sante/ids085/ ; https://doi.org/10.34746/6ysz-0x06

    Article publié

    Suite à ces tra­vaux, un article a été publié : ID interne : 2021_05_idsap

    Résumé

    Déve­lop­pée pour des rai­sons non médi­cales, mais plu­tôt mili­taires et ludiques, la réa­li­té vir­tuelle s’impose aujourd’hui de plus en plus dans les hôpi­taux et notam­ment au bloc opé­ra­toire. La réa­li­té vir­tuelle est un terme lar­ge­ment uti­li­sé, par­fois à tort, pour dési­gner des tech­niques de visua­li­sa­tion res­pec­tant ses trois règles : immer­sion, navi­ga­tion et inter­ac­tion. Cette tech­nique est mise au ser­vice du patient tout en s’adaptant à la varia­bi­li­té de cha­cun. On constate que l’utilisation de la réa­li­té vir­tuelle en méde­cine est peu docu­men­tée sur­tout en matière de règlementation. 

    Inno­vantes, la réa­li­té vir­tuelle et la réa­li­té aug­men­tée occupent une place de plus en plus impor­tante dans le pay­sage de la san­té. On les retrouve au ser­vice du méde­cin dans sa pra­tique, du patient en thé­ra­pie mais aus­si dans l’aide à la for­ma­tion des dif­fé­rents pro­fes­sion­nels de santé. 

    Dans l’optique de connaitre les champs d’action de la réa­li­té vir­tuelle, le pré­sent rap­port pro­pose un des­crip­tif de cette tech­no­lo­gie dans le milieu médi­cal et ses enjeux ain­si qu’une revue exhaus­tive des réelles uti­li­sa­tions et appli­ca­tions dans les pra­tiques médi­cales de rou­tine en 2020. 

    Mots clés : réa­li­té vir­tuelle ; réa­li­té aug­men­tée ; cyber­thé­ra­pie ; uti­li­sa­tions médi­cales ; immer­sion ; navi­ga­tion ; interaction

    Abstract

    Deve­lo­ped for non-medi­cal, but rather mili­ta­ry and play­ful rea­sons, vir­tual rea­li­ty is nowa­days beco­ming more and more essen­tial in hos­pi­tals and par­ti­cu­lar­ly in the ope­ra­ting theatre. Vir­tual rea­li­ty is a term wide­ly used, some­times incor­rect­ly, to desi­gnate visua­li­sa­tion tech­niques that res­pect its three rules : immer­sion, navi­ga­tion, and inter­ac­tion. This tech­nique is put at the ser­vice of the patient while adap­ting to indi­vi­dual varia­bi­li­ty. We note that the use of vir­tual rea­li­ty in medi­cine is poor­ly docu­men­ted, espe­cial­ly in terms of regulations. 

    Inno­va­tive, vir­tual rea­li­ty and aug­men­ted rea­li­ty occu­py an increa­sin­gly impor­tant place in the heal­th­care land­scape. They are used by doc­tors in their prac­tice, patients in the­ra­py and also in the trai­ning of various health professionals. 

    With a view to unders­tan­ding the fields of action of vir­tual rea­li­ty, this report pro­vides a des­crip­tion of this tech­no­lo­gy in the medi­cal envi­ron­ment and its issues, as well as an exhaus­tive review of its real uses and appli­ca­tions in rou­tine medi­cal prac­tices in 2020. 

    Key­words : vir­tual rea­li­ty ; aug­men­ted rea­li­ty ; cyber­the­ra­py ; medi­cal uses ; immer­sion ; navi­ga­tion ; interaction

    Téléchargements

    IDS085_Mémoire

    Mémoire d’Intelligence Métho­do­lo­gique :Uti­li­sa­tions et apports de la réa­li­té vir­tuelle dans les pra­tiques médi­cales en 2020 au for­mat pdf

    IDS085_Catalogue_interactif

    Lien direct vers le cata­logue inter­ac­tif sur la réa­li­té vir­tuelle en chirurgie.

    IDS085_Poster

    Pos­ter sur les uti­li­sa­tions et les apports de la réa­li­té vir­tuelle dans les pra­tiques médi­cales en 2020 au for­mat pdf

    Mémoire complet :

    Utilisations et apports de la réalité virtuelle dans les pratiques médicales en 2020

    Remerciements

    L’ensemble du groupe tient à remer­cier en prio­ri­té Mme CLAUDE Isa­belle, res­pon­sable de l’unité d’enseignement « Pro­jet d’intégration » et tutrice de ce pro­jet, qui a ini­tié et super­vi­sé ce tra­vail. Sa dis­po­ni­bi­li­té et ses conseils nous ont gui­dés tout au long du pro­jet. Son expé­rience et son regard cri­tique nous ont fait avan­cer effi­ca­ce­ment, dans la bonne direc­tion à chaque étape afin d’améliorer la qua­li­té de notre travail.

    Nous tenons à remer­cier Mme LOURDEAUX Domi­tile, ensei­gnante-cher­cheuse en infor­ma­tique au labo­ra­toire Heu­dia­syc de l’Université Tech­no­lo­gique de Com­piègne et M. KIRCHE Sté­phane, de la Direc­tion de l’Innovation et de l’Ingénierie Bio­mé­di­cale de Ter­ri­toire du Grou­pe­ment Hos­pi­ta­lier Nord Saône Loire Bresse Mor­van pour avoir accep­té de répondre à nos ques­tions, leurs dis­po­ni­bi­li­tés et leurs retours d’expériences pré­cieux dans la réa­li­sa­tion de ce projet. 

    Nous remer­cions ensuite Mme KONIG Béa­trice pour son exper­tise biblio­gra­phique sur l’intégralité de notre pro­jet et notam­ment ses conseils dans la rédac­tion de notre mémoire d’intelligence méthodologique.

    Enfin nous remer­cions l’ensemble des per­sonnes ayant contri­bué de près ou de loin au pro­jet, notam­ment nos proches pour avoir appor­té un regard nou­veau à chaque étape de notre pro­jet, nous per­met­tant ain­si de l’ancrer dans une pra­tique médi­cale réelle et actuelle, au béné­fice du patient. 

    Glossaire et Abréviations

    • AP-HP : Assis­tance Publique des Hôpi­taux de Paris
    • CAVE : Cave Auto­ma­tic Vir­tual Environment
    • CH : Centre Hospitalier
    • CHU : Centre Hos­pi­ta­lier Universitaire
    • FDA : Food and Drug Administration
    • IA : Intel­li­gence Artificielle
    • IRM : Ima­ge­rie par Réson­nance Magnétique
    • MAR : Réduc­tion des Arté­facts Métalliques
    • RA : Réa­li­té Augmentée
    • RV : Réa­li­té Virtuelle
    • TERV : Thé­ra­pie Expo­si­tion à la Réa­li­té Virtuelle
    • UTC : Uni­ver­si­té de Tech­no­lo­gie de Compiègne
    • L’haptique : désigne la dis­ci­pline qui explore et exploite le sens du tou­cher et des phé­no­mènes kines­thé­siques, ain­si que la per­cep­tion du corps dans l’environnement
    • Un anal­gé­sique : est une sub­stance qui a pour but de réduire ou sup­pri­mer la sen­si­bi­li­té à la douleur. 
    • Concepts de la RV : Immer­sion, navi­ga­tion et interaction 
    • La réso­lu­tion spa­tiale : déter­mine le plus petit élé­ment visible
    • Le rap­port signal/bruit : désigne la qua­li­té de trans­mis­sion d’information par rap­port aux para­sites enregistrés 

    Avant-propos

    Dans le cadre du Mas­ter 2 Ingé­nie­rie de la San­té de l’Université Tech­no­lo­gique de Com­piègne, l’Unité d’Enseignement IDCD « Pro­jet d’intégration », a pour objec­tif de mettre en œuvre ses com­pé­tences en ges­tion de pro­jet sur un pro­jet pro­fes­sion­na­li­sant en rela­tion directe avec notre for­ma­tion. C’est au tra­vers d’un pro­jet por­tant sur « La réa­li­té vir­tuelle dans les pra­tiques médi­cales » que le groupe n°6 com­po­sé de BENKHALED Mélin­da du par­cours Dis­po­si­tifs Médi­caux et Affaires Régle­men­taires et AMBER Mathias, PINCEMAIL Marie et VEREBI Emile du par­cours Tech­no­lo­gies Bio­mé­di­cales et Ter­ri­toires de San­té découvre les uti­li­sa­tions et appli­ca­tions de la réa­li­té vir­tuelle dans les pra­tiques médi­cales en 2020. 

    Choi­si par l’ensemble des membres du groupe par l’intérêt et la curio­si­té de la dis­ci­pline, ce pro­jet a ryth­mé notre semestre. Nous espé­rons pou­voir faire décou­vrir les réels usages de la réa­li­té vir­tuelle dans le monde de la san­té et que vous retrou­ve­rez l’intérêt et la curio­si­té que nous avions pour ce sujet. 

    Introduction

    Pour illus­trer l’évolution de notre socié­té, une frise chro­no­lo­gique retra­çant les grandes décou­vertes scien­ti­fiques de notre his­toire pour­rait être dres­sée. En effet, chaque inven­tion et chaque décou­verte a influen­cé son époque. Ain­si, elles peuvent être consi­dé­rées comme des tour­nants impor­tants dans la trans­for­ma­tion de nos socié­tés. Par exemple, Isaac New­ton et la gra­vi­té, James Watt et la machine à vapeur ou encore Edward Jen­ner et son vac­cin contre la variole sont des pion­niers dans le pro­grès de notre mode vie. De plus, cer­taines de ces décou­vertes ont été béné­fiques pour l'essor de la méde­cine moderne.

    La tech­nique du sonar en est un bon exemple. Déve­lop­pée à l’origine par l’armée pour détec­ter et loca­li­ser les objets sous l’eau comme des sous-marins lors de la Pre­mière Guerre Mon­diale ou encore pour car­to­gra­phier les fonds marins. Cette tech­no­lo­gie a per­mis, des années plus tard, à l’ingénieur Tom Brown et au gyné­co­logue Ian Donald de confec­tion­ner le pre­mier « appa­reil à balayage manuel pour exa­men du corps par réflexion des ultra­sons » [17]. Ces cher­cheurs ont fina­le­ment décli­né l’utilisation du sonar pour un usage pure­ment médi­cal. Il s’agit actuel­le­ment d’un des dis­po­si­tifs de diag­nos­tic médi­cal majeurs pour la gyné­co­lo­gie et d’autres domaines. 

    De la même façon, la tech­no­lo­gie de la réa­li­té vir­tuelle (RV) pour­rait être un de ces exemples. Déve­lop­pé pour des rai­sons non médi­cales, mais plu­tôt mili­taires et ludiques, la réa­li­té vir­tuelle s’impose aujourd’hui de plus en plus dans les hôpi­taux et notam­ment au bloc opé­ra­toire. Elle est aujourd’hui uti­li­sée par les méde­cins pour des for­ma­tions ou inter­ven­tions chi­rur­gi­cales ou par les patients eux-mêmes pour sou­la­ger la dou­leur. Le pré­sent rap­port pro­pose un des­crip­tif de cette tech­no­lo­gie dans le milieu médi­cal et ses enjeux ain­si qu’une revue exhaus­tive des appli­ca­tions uti­li­sées actuel­le­ment en médecine. 

    L’objectif de ce mémoire est de four­nir un cadre ana­ly­tique de la réa­li­té vir­tuelle au sein des pra­tiques médi­cales. Ain­si, notre but est de répondre à la ques­tion sui­vante : Pour­quoi uti­lise-t-on la réa­li­té vir­tuelle actuel­le­ment en méde­cine, de quelles manières, et quelle est son inté­gra­tion dans le monde de la san­té actuel ?

    De plus, un cata­logue inter­ac­tif sera mis en place afin d’informer les patients et le grand public de l’utilisation de la réa­li­té vir­tuelle en chi­rur­gie ; une acti­vi­té dans laquelle l’ensemble des uti­li­sa­tions en rou­tine de la réa­li­té vir­tuelle sont présentes. 

    I. Contexte de la réalité virtuelle

    a. Définition et composants de la réalité virtuelle

    D’après le Minis­tère de la Culture et le site Légi­france, la réa­li­té vir­tuelle (ou réa­li­té de syn­thèse) est un « envi­ron­ne­ment créé à l'aide d'un ordi­na­teur et don­nant à l'utilisateur la sen­sa­tion d'être immer­gé dans un uni­vers arti­fi­ciel » [26]. Il pré­cise éga­le­ment que « la créa­tion d'une réa­li­té de syn­thèse néces­site des dis­po­si­tifs d'entrée-sortie par­ti­cu­liers tels des gants numé­riques, un visio­casque, un sys­tème de res­ti­tu­tion sonore évo­lué, etc., asso­ciés à des logi­ciels gra­phiques tri­di­men­sion­nels » [26].

    Cette défi­ni­tion à elle seule ne per­met pas de clas­ser ce qui peut être consi­dé­ré comme réa­li­té vir­tuelle et ce qui ne peut pas l’être. Dans son article datant de 2016 « What is Vir­tual Rea­li­ty ? », Bren­da Lau­rel, concep­trice de jeu, cher­cheuse, et experte dans le domaine de la réa­li­té vir­tuelle, déplore que l’étiquette de « réa­li­té vir­tuelle » soit de nos jours atta­chée à cer­taines formes de médias dans un but de pur mar­ke­ting [12]. Elle annonce alors que beau­coup d’expériences sont ven­dues comme étant de la réa­li­té vir­tuelle, mais ne le sont pas. 

    Le but de ce tra­vail n’est pas d’en débattre, mais sa réflexion pré­cède ce qu’elle défi­nit comme étant les carac­té­ris­tiques essen­tielles de la réa­li­té vir­tuelle, en voi­ci quelques-unes :

    • Un envi­ron­ne­ment entou­rant com­plè­te­ment l’utilisateur : quelle que soit la direc­tion qu’observe l’utilisateur, l’environnement vir­tuel doit être présent.
    • La sté­réop­sie et la paral­laxe : la sté­réop­sie peut être résu­mée comme étant la per­cep­tion du relief. Dans le contexte de la réa­li­té vir­tuelle, la paral­laxe est l’impact que vont avoir les mou­ve­ments et dépla­ce­ments de l’utilisateur sur la per­cep­tion d’un objet. Ces carac­té­ris­tiques sont donc essen­tielles pour une per­cep­tion et donc une expé­rience qui se rap­prochent du « réel ».
    • Le son spa­tia­li­sé : la sté­réo (son pro­ve­nant de deux direc­tions) ne suf­fit pas. Sur la même logique que la carac­té­ris­tique pré­cé­dente, le son lui aus­si doit être proche de la réa­li­té, et donc spa­tia­li­sé. Le but est que l’utilisateur puisse détec­ter la pro­ve­nance d’un élé­ment dans l’espace uni­que­ment avec le son que celui-ci pour­rait émettre.
    • Une dis­so­cia­tion entre la direc­tion que veut prendre l’utilisateur dans le monde vir­tuel et la direc­tion de son regard : cap­tu­rer les mou­ve­ments de l’utilisateur est essen­tiel pour une bonne expé­rience de réa­li­té vir­tuelle, que ce soit grâce aux casques, aux manettes, et même aux tapis. Bren­da Lau­rel affirme que les expé­riences de RV plus anciennes n’autorisaient pas la dis­so­cia­tion entre direc­tion de mou­ve­ment et direc­tion de regard, dimi­nuant ain­si gran­de­ment l’immersion promise.
    • Une sen­sa­tion de mou­ve­ments et de gestes natu­relle.

    Ces expé­riences de réa­li­té vir­tuelle sont donc du soft­ware, mais bien enten­du, pour que l’immersion décrite plus haut soit res­pec­tée, l’utilisateur (et le déve­lop­peur éga­le­ment) peut uti­li­ser plu­sieurs outils, comme un CAVE (Cave Auto­ma­tic Vir­tual Envi­ron­ment, pièce dont les murs affichent une pro­jec­tion de l’univers vir­tuel) ou bien plus fré­quem­ment : le casque de réa­li­té virtuelle.

    b. Éléments matériels

    De manière géné­rale, le casque est com­po­sé de cap­teurs (comme des accé­lé­ro­mètres), d’écrans, de len­tilles, de dis­po­si­tifs audio (micro­phone et écou­teurs), et cela sans comp­ter l’armature du sys­tème, les pro­ces­seurs ou encore les autres cir­cuits et câbles néces­saires comme il est pos­sible de le voir en figure 1. On peut éga­le­ment selon le modèle retrou­ver des émet­teurs de lumière infra-rouge, soit une lumière cap­tée par des camé­ras dis­po­sées dans la pièce (c’est le fonc­tion­ne­ment de l’Oculus Rift et de l’Oculus Rift S) [14]. Le HTC Vive quant à lui, fonc­tionne dif­fé­rem­ment mais sur le même fond. En effet, des cap­teurs sont situés sur le casque, et ce sont des sta­tions posi­tion­nées dans la pièce qui font office de phares (HTC « Ligh­thouse ») et qui émettent des lasers balayant cette même pièce, cap­tés alors par le casque [11].

    Une des autres méthodes consiste à scan­ner la pièce qui entoure l’utilisateur avec des camé­ras situées sur le casque et de com­bi­ner ces infos avec des cap­teurs (gyro­mètre, accé­lé­ro­mètre…) eux aus­si situés dans le casque. C’est le cas par exemple de l’Oculus Quest [14]. Un casque peut être relié à une uni­té de trai­te­ment (géné­ra­le­ment un ordi­na­teur) ou non, dans ce cas, il devra pos­sé­der une bat­te­rie rechar­geable et son propre pro­ces­seur graphique. 

    Figure 1 – Une vue "en éclaté" de l'Oculus Rift CV1 [10].

    Selon les modèles, le casque est sou­vent accom­pa­gné de manettes, et il est même pos­sible de trou­ver des tapis de réa­li­té vir­tuelle sur le mar­ché (exemple : Omni de Vir­tuix [16]), pour tou­jours plus d’immersion dans la détec­tion de mouvements.

    Pour appro­fon­dir sur le fonc­tion­ne­ment des manettes, il sera ques­tion dans ces para­graphes d’évoquer les HTC Vive Control­lers (Figure 2), uti­li­sés notam­ment dans le cadre du pro­jet Vic­teams. Coor­don­né par le labo­ra­toire Heu­dia­syc, ce pro­jet repose sur la concep­tion d’un simu­la­teur dédié à la for­ma­tion des lea­ders d’équipes médi­cales d’urgence [38]. Sur le prin­cipe, les Vive Control­lers pos­sèdent des cap­teurs (au nombre de 24 par manette, situés sur « l’anneau » [1], visible sur la figure 3) tout comme le casque, cap­teurs récep­tion­nant la lumière émise par les sta­tions HTC Ligh­thouse citées plus haut.

    Figure 2 – Le HTC Vive Controller [8].
    Figure 3 – Un aperçu des composants de la manette HTC Vive Controller [1].

    C’est de cette façon que, comme pour la tête avec le casque, le tra­cking des mains de l’utilisateur est pos­sible. En plus des cap­teurs de lumière, ce tra­cking est assis­té par le MPU-6500 Six-Axis de Inven­Sense (Figure 4), il s’agit d’une com­bi­nai­son entre un accé­lé­ro­mètre 3 axes et un gyro­scope 3 axes au sein d’un même com­po­sant [1].

    Figure 4 – Orientation des axes de sensibilité et polarités de rotations du MPU-6500 Six-Axis [23].

    La manette contient une bat­te­rie rechar­geable (960 mAh [1], envi­ron 5 heures d’utilisation [2]) car elle fonc­tionne sans fil. Au même titre qu’une manette uti­li­sée pour les jeux vidéo, le HTC Vive Control­ler pos­sèdent plu­sieurs bou­tons, répar­tis sur l’ensemble de l’appareil (bou­tons fron­taux, laté­raux, gâchette pos­té­rieure), avec la par­ti­cu­la­ri­té de pré­sen­ter un bou­ton cen­tral qui est en réa­li­té un pad tac­tile, mul­ti­pliant ain­si les pos­si­bi­li­tés d’usage en com­pa­rai­son d’une touche standard. 

    Sur la figure 5 ci-des­sous, pro­ve­nant du site offi­ciel de Vive, on peut obser­ver une confi­gu­ra­tion « stan­dard » d’une uti­li­sa­tion du HTC Vive, avec l’utilisateur du casque et des manettes se situant dans « l’espace de jeu » (zone bleue sur l’illustration). Ici, cet espace de jeu est défi­ni par la dis­tance que doit res­pec­ter l’utilisateur avec les sta­tions : en effet, le casque et les manettes doivent res­ter à au moins 0.5m mais pas plus de 5m d’une sta­tion. Les sta­tions sont les appa­reils fixés en hau­teur sur la figure, et ici, l’unité de trai­te­ment est l’ordinateur de l’utilisateur [8].

    Figure 5 – Une configuration type d'utilisation du HTC Vive et de ses manettes [8].

    Ain­si, sur la figure 5, le rôle de chaque com­po­sant peut être plus faci­le­ment visua­li­sable :

    • Le casque per­met la visua­li­sa­tion du monde par l’utilisateur
    • Les manettes per­mettent l’interaction (essen­tielle) avec le monde virtuel
    • L’ordinateur, visible à droite, consti­tue le « moteur » du casque : il est son uni­té de trai­te­ment (cer­tains casques n’ont pas besoin d’ordinateur)
    • Les sta­tions, en haut à gauche et à droite, émettent la lumière invi­sible reçue par les cap­teurs situés sur le casque et les manettes
    • Ces cap­teurs de lumière vont per­mettre au sys­tème de recon­naître la loca­li­sa­tion de l’utilisateur dans la salle, et de l’adapter au monde vir­tuel affi­ché dans le casque. De plus, la pré­sence des cap­teurs iner­tiels dans le casque et les manettes (accé­lé­ro­mètre et gyro­scope) rend la loca­li­sa­tion tou­jours plus pré­cise, au ser­vice d’une immer­sion tou­jours plus forte.

    Pour ter­mi­ner cette par­tie, on note­ra sim­ple­ment que les construc­teurs de casques de réa­li­té vir­tuelle lea­ders sur le mar­ché sont Sony, HTC, et Face­book (qui pos­sède la socié­té Ocu­lus depuis 2014)

    c. La réalité augmentée

    Si la RV est foca­li­sée sur la créa­tion d’un monde vir­tuel, la réa­li­té aug­men­tée (RA) se pré­oc­cupe d’intégrer le vir­tuel dans le réel : au lieu de rem­pla­cer le réel, elle le com­plète. La réa­li­té aug­men­tée fait par­tie du domaine de la réa­li­té mixte, qui regroupe d'autres tech­no­lo­gies mêlant réel et virtuel.

    L’une des défi­ni­tions les plus appro­priées de la RA est née au 20e siècle. En effet, lors de la rédac­tion de son article « A Sur­vey of Aug­men­ted Rea­li­ty » publié en 1997 [27], Ronald T. Azu­ma, l’un des pion­niers de la réa­li­té aug­men­tée, affirme que 3 cri­tères sont essen­tiels pour pou­voir consi­dé­rer une tech­no­lo­gie comme RA :

    • Com­bi­nai­son du réel et du virtuel
    • Inter­ac­tion en temps réel 
    • Envi­ron­ne­ment en trois dimensions

    Cette défi­ni­tion est encore actuelle, ain­si, et c’est l’exemple que donne M. Azu­ma, un film dans lequel on retrou­ve­ra des effets spé­ciaux au sein d’images réelles ne peut pas être consi­dé­ré comme réa­li­té aug­men­tée, car la notion d’interaction est com­plè­te­ment absente. En revanche, un jeu vidéo sur mobile comme Poké­mon Go rem­plit tota­le­ment ces 3 cri­tères : envi­ron­ne­ment 3D, inter­ac­tion en temps réel, et com­bi­nai­son « réel-vir­tuel ». Cette défi­ni­tion est donc même appli­cable à des expé­riences uni­que­ment sonores, ou même olfac­tives [44].

    En somme, en plus de l’utilisateur, une expé­rience de réa­li­té aug­men­tée néces­site plu­sieurs com­po­sants : un com­po­sant d’enregistrement, un com­po­sant de tra­cking, un com­po­sant de visua­li­sa­tion pour l’utilisateur, et enfin, un modèle spa­tial, qui se charge de sto­cker les infor­ma­tions des envi­ron­ne­ments réels et vir­tuels (Figure 6) [44].

    Figure 6 – Exemple de fonctionnement d'un système de réalité augmentée [44].

    Pour conclure sur les des­crip­tions de réa­li­té vir­tuelle et réa­li­té aug­men­tée, et pour abor­der très suc­cinc­te­ment l’aspect « logi­ciel » de créa­tion des expé­riences de RV et RA, il est per­ti­nent d’énoncer deux des pla­te­formes de concep­tion d’expérience les plus popu­laires (mais éga­le­ment les plus com­plexes), qui sont par ailleurs com­munes au monde du jeu vidéo : Uni­ty et Unreal Engine.

    d. La réalité virtuelle en médecine

    La réa­li­té vir­tuelle tend à s’imposer dans le monde de la san­té comme outil d’aide à la pra­tique. Ses appli­ca­tions sont mul­tiples et il est aujourd’hui pos­sible de trai­ter de nom­breux troubles grâce à cette technologie.

    En méde­cine on dis­tingue deux pra­tiques qui guident le par­cours du patient, cœur de la santé :

    • Le diag­nos­tic qui cor­res­pond à l’identification de la nature et les causes de l’affection dont le patient est atteint.
    • La thé­ra­pie qui est le trai­te­ment médi­cal en géné­ral de cette affection. 

    Ini­tia­le­ment, la réa­li­té vir­tuelle avait pour objec­tif d’aider voire de sup­pléer le méde­cin dans sa tâche d’identification et de déci­sion de trai­te­ment à adop­ter pour son patient. Outre la vision clas­sique que l’on peut avoir du casque de réa­li­té vir­tuelle, en méde­cine l’usage est tota­le­ment dif­fé­rent. La réa­li­té vir­tuelle au sein de la méde­cine per­met l’inaccessible. La RV a été intro­duite en méde­cine comme appui et sou­tien aux méde­cins face à la quan­ti­té d’informations reçues par les sys­tèmes d’imagerie ou de thérapie.

    La réa­li­té vir­tuelle per­met aux méde­cins de mieux appré­hen­der les dif­fé­rentes étapes du par­cours du patient et cela via l’immersion du patient ou du pro­fes­sion­nel de san­té dans un envi­ron­ne­ment arti­fi­ciel créé à l’aide d’un logi­ciel 3D.

    En 2003, l’article « Tech­niques de la réa­li­té vir­tuelle en méde­cine » de Her­vé Delin­gette pose le cadre de la réa­li­té vir­tuelle en méde­cine et son his­to­rique [32]. On y découvre que l’avènement de l’imagerie médi­cale, qui s’est impo­sé comme une tech­no­lo­gie incon­tour­nable pour chaque niveau de pra­tique, a per­mis l’intégration de la réa­li­té vir­tuelle dans les pratiques. 

    On retrouve trois appli­ca­tions pri­maires de la réa­li­té vir­tuelle en médecine :

    • Aide au diag­nos­tic et la pré­pa­ra­tion du geste thé­ra­peu­tique ; par la recons­truc­tion 3D et la fusion mul­ti-moda­li­té ain­si que la visua­li­sa­tion 3D et les simu­la­tions sur modèle 3D
    • Aide en thé­ra­pie ; avec la répé­ti­tion du geste pré­opé­ra­toire, la robo­tique chi­rur­gi­cale, l’hypnose médi­cale, le trai­te­ment de la dou­leur ou de phobies
    • Com­plé­ment à la for­ma­tion des pro­fes­sion­nels ; par l’apprentissage d’une tech­nique via simu­la­tion et les mises en situa­tion d’urgence, de stress

    Ces appli­ca­tions requièrent un haut niveau d’interaction entre l’utilisateur ou l’expert médi­cal et l’ordinateur. Dans la figure 7, l’ensemble des acti­vi­tés uti­li­sant la VR sont rassemblées.

    Figure 7 – Classification des principales utilisations de la réalité virtuelle en médecine [32].

    Ici, les acti­vi­tés sont clas­sées selon leur niveau d’interaction entre l’homme et la machine avec la puis­sance de cal­cul requise. On remarque que la pla­ni­fi­ca­tion en chi­rur­gie et la simu­la­tion d’interventions chirurgicales requièrent une forte puis­sance de cal­cul. La VR per­met­tait aus­si, ini­tia­le­ment, de modé­li­ser phy­si­que­ment et phy­sio­lo­gi­que­ment le corps humain. 

    L’auteur de l’article atti­rait néan­moins l’attention sur la néces­si­té de conser­ver le contact entre le méde­cin et le patient pour des rai­sons tech­niques et sur­tout psy­cho­lo­giques [32]. La tech­no­lo­gie de la VR devait éga­le­ment être vali­dée sur un grand nombre de cas avant de pou­voir être adop­tée en pratique. 

    Les atouts de la réa­li­té vir­tuelle dans les for­ma­tions en san­té ont été des points capi­taux de son déve­lop­pe­ment au fur et à mesure des années. Pour les pro­fes­sion­nels médi­caux et para­mé­di­caux, le déve­lop­pe­ment de simu­la­tions et solu­tions numé­riques per­mettent à l’étudiant d’être confron­té à des situa­tions dans les­quelles leur sang-froid est éva­lué sans dan­ger [20].

    Le casque a ensuite été uti­li­sé comme aide pour le patient dans le cadre de thé­ra­pie et de trai­te­ment sur cer­taines patho­lo­gies. Selon Cay­ceo®, la san­té repré­sente 15% du chiffre d’affaires glo­bal du sec­teur de la réa­li­té vir­tuelle en 2020 et est le deuxième uti­li­sa­teur après les jeux vidéo [9].

    Cette tech­nique révo­lu­tionne les pra­tiques et de nou­veaux axes sont déve­lop­pés comme l’hypnose médi­cale sous réa­li­té vir­tuelle par exemple. La san­té s’est empa­rée de cet outil à son arri­vée sur le mar­ché en 2016 selon le Conseil Supé­rieur d’Audiovisuel (CSA) [19]. Des­ti­née à une uti­li­sa­tion dans les jeux vidéo, la RV a été détour­née dans plu­sieurs appli­ca­tions en san­té citées dans la par­tie III.

    II. Enjeux de la réalité virtuelle dans la santé

    a. Apports de la réalité virtuelle pour les patients

    En ce qui concerne le patient, on parle beau­coup de l’utilisation de la réa­li­té vir­tuelle dans le domaine du sou­la­ge­ment de la dou­leur et du trai­te­ment des pho­bies. Cepen­dant, d’autres appli­ca­tions existent et seront détaillées plus tard dans ce tra­vail. Ici, il est ques­tion d’enjeux du point de vue du patient. La réponse à la ques­tion est toute trou­vée : c’est la qua­li­té de la prise en charge qui est mise en jeu. 

    Des études comme celle d’Angela Li sur le trai­te­ment de dou­leur [37] ou de Damien Clus sur les troubles de l’alimentation [30] montrent une effi­ca­ci­té de la réa­li­té vir­tuelle au cours de la prise en charge. La pre­mière étude montre une dimi­nu­tion des dou­leurs chro­niques et une meilleure per­cep­tion de l’image que le patient a de son corps dans la deuxième étude. L’utilisation de la réa­li­té vir­tuelle est donc annon­cia­trice d’une meilleure prise en charge dans cer­tains domaines (et chez cer­tains patients). 

    On note­ra éga­le­ment que le prin­ci­pal acteur de la prise en charge d’un patient est le patient lui-même. L’utilisation de la réa­li­té vir­tuelle est très cer­tai­ne­ment béné­fique pour ampli­fier le sen­ti­ment d’action du patient tout au long de sa prise en charge. Si le patient est plus actif et acteur, la qua­li­té de la prise en charge aug­mente éga­le­ment. Enfin, une prise en charge de meilleure qua­li­té peut poten­tiel­le­ment signi­fier une prise en charge plus courte, ce qui est éga­le­ment une avan­cée du point de vue d’un patient.

    b. Apports de la réalité virtuelle pour les médecins et les professionnels paramédicaux

    Acteurs cen­traux de la san­té, les méde­cins jouent un rôle capi­tal dans la mise en place d’un diag­nos­tic et l’établissement d’un trai­te­ment pour les patients. En effet, ils sont res­pon­sables de la prise en charge des patients. Ensuite, le para­mé­di­cal est le domaine regrou­pant toutes les pro­fes­sions de san­té qui ne sont pas exer­cées par des méde­cins. Elles portent sur le soin et le trai­te­ment des patients en col­la­bo­ra­tion avec le méde­cin. Il existe plus d’une tren­taine de métiers para­mé­di­caux comme infir­mier, aide-soi­gnant, mani­pu­la­teur en élec­tro­ra­dio­lo­gie médi­cale, ortho­pho­niste ou encore psy­cho­mo­tri­cien. Ces pro­fes­sion­nels de san­té sont au contact du patient quo­ti­dien­ne­ment et sont des piliers du par­cours de soin. 

    La réa­li­té vir­tuelle est une dis­ci­pline inno­vante qui per­met d’aider et d’appuyer les pro­fes­sion­nels dans leurs mis­sions. Il est ques­tion ici d’utilité lors de la for­ma­tion, qu’il s’agisse d’étudiants ou non. Cette tech­no­lo­gie per­met en outre la pos­si­bi­li­té de s’entraîner à la confron­ta­tion de situa­tions dif­fi­ciles, par le biais de simulations. 

    Dans la faci­li­té d’exercice de leur pra­tique, les pro­fes­sion­nels de san­té sont confron­tés à la dif­fi­cul­té de mettre en place cer­tains exa­mens ; comme les thé­ra­pies par immer­sion. Ces thé­ra­pies réa­li­sées par l’immersion du patient dans un envi­ron­ne­ment peuvent être aus­si voire plus effi­caces que les thé­ra­pies cog­ni­ti­vo-com­por­te­men­tales dans le trai­te­ment de troubles pho­biques [36]. L’efficacité de ces thé­ra­pies a été prou­vée et consti­tue une piste inté­res­sante pour la prise en charge de nom­breux troubles. Pour le soi­gnant en ques­tion on peut retrou­ver la satis­fac­tion du tra­vail réa­li­sé et la faci­li­ta­tion de la pra­tique (notam­ment dans le gain de temps et d’énergie).

    On constate que l’utilisation de la réa­li­té vir­tuelle en méde­cine est peu docu­men­tée sur­tout en matière d’utilisation, de règle­men­ta­tion, de fré­quence et de patho­lo­gies concer­nées. L’avantage prin­ci­pal de la réa­li­té vir­tuelle est de favo­ri­ser l’apprentissage des pro­fes­sion­nels sur des modèles plus acces­sibles et de les accom­pa­gner dans leur pra­tique au contact du patient. 

    On peut éga­le­ment iden­ti­fier le rôle inno­vant de ces pra­tiques pour les soi­gnants. Une volon­té retrou­vée chez nombre de pro­fes­sion­nels médi­caux et para­mé­di­caux est celle de tra­vailler dans un domaine évo­lu­tif et en constant chan­ge­ment : la san­té. L’intégration de la RV dans les pra­tiques cor­res­pond entiè­re­ment à ces volontés.

    c. Apports de la réalité virtuelle pour les établissements de santé

    La réa­li­té vir­tuelle a bien sur un impact éco­no­mique sur les éta­blis­se­ments de san­té. Dans un sou­ci évident de réduire les coûts et d’augmenter les pro­fits, les centres hos­pi­ta­liers (CH) peuvent voir en la réa­li­té vir­tuelle un moyen d’y parvenir. 

    Tout d’abord d’un point de vue attrac­ti­vi­té pour l’établissement. En effet, un hôpi­tal se dotant de casques de réa­li­té vir­tuelle à usage thé­ra­peu­tique peut voir son nombre de patients aug­men­ter. Le côté ludique de l’expérience peut pous­ser cer­taines per­sonnes à se tour­ner vers ces centres hos­pi­ta­liers à la fois pour eux ou pour leurs familles. Par exemple, au Colo­ra­do, quo­ti­dien­ne­ment des enfants jouent à des jeux à tra­vers le casque qui per­met à la fois d’atténuer la dou­leur, mais éga­le­ment d’améliorer la qua­li­té de vie des patients [4]. Une aug­men­ta­tion de la patien­tèle signi­fie­rait un béné­fice plus éle­vé pour les hôpitaux. 

    De plus, les coûts médi­caux pour sou­la­ger la dou­leur pour­raient être réduits dras­ti­que­ment. Comme le spé­ci­fie Chrys­telle Hau­te­coeur, infir­mière au CH d’Eure-Seine : « Son uti­li­sa­tion dans un ser­vice d’urgence a mis en confiance les patients en recherche de moyens non médi­ca­men­teux de ges­tion de la dou­leur » [7]. En pre­nant en compte à la fois la dou­leur et à la fois le stress du patient, la réa­li­té vir­tuelle aura un impact posi­tif sur les coûts de soins admi­nis­trés [19]. Fina­le­ment, on constate l’importance des enjeux de la RV dans le domaine de la san­té. Ces enjeux sont capi­taux pour le déve­lop­pe­ment des pra­tiques médi­cales. Ain­si, dans une seconde par­tie l’application concrète de la RV dans ce domaine sera étudiée. 

    III. Applications de la réalité virtuelle en santé

    a. Préparation au geste thérapeutique

    La réa­li­té vir­tuelle peut être uti­li­sée par les pro­fes­sion­nels de san­té dans la pré­pa­ra­tion au geste thé­ra­peu­tique. En por­tant le casque ou en construi­sant avant le geste des outils d’aide à la pra­tique, le méde­cin opti­mise sa pra­tique dans l’intérêt du patient. Ici, seront abor­dés l’aide au diag­nos­tic et la pré­pa­ra­tion du pro­fes­sion­nel grâce à la recons­truc­tion 3D et la visua­li­sa­tion 3D.

    Le diag­nos­tic est une étape essen­tielle du par­cours de soin du patient. Ce temps cor­res­pond à la par­tie de l’acte médi­cal per­met­tant d’identifier la nature et la cause de l’affection dont un patient est atteint. Le diag­nos­tic est éga­le­ment le temps de déci­sion du par­cours thé­ra­peu­tique du patient. De ses trois grands concepts : immer­sion, navi­ga­tion et inter­ac­tion que l’on peut voir illus­trés en Figure 8, le déve­lop­pe­ment de simu­la­tion d’organe à étu­dier a per­mis une solu­tion effi­cace dans la pla­ni­fi­ca­tion de gestes ou de par­cours thérapeutiques. 

    L’utilisation de la réa­li­té vir­tuelle et de ses déri­vés dans cette phase de déci­sion et de pré­pa­ra­tion thé­ra­peu­tique est actuelle. À l’aide d’installations favo­ri­sant l’immersion, les expé­riences de RV sont pos­sibles par le biais d’écrans mono­sco­piques. Cepen­dant, les condi­tions d’utilisation cli­nique des consoles de radio­lo­gie (qui per­mettent entre autres la visua­li­sa­tion 3D men­tion­née plus bas) ne per­mettent pas d’atteindre un réel niveau d’immersion : on consi­dé­re­ra alors la visua­li­sa­tion 3D comme une « visua­li­sa­tion inter­ac­tive » lorsqu’elle est uti­li­sée, comme c’est le cas en pra­tique, sur un écran mono­sco­pique. Il est cepen­dant per­ti­nent d’aborder ces appli­ca­tions ici, étant don­né qu’elles peuvent tout à fait être visua­li­sées grâce à un casque de RV ou à un sys­tème CAVE par exemple (voir le pro­jet « Living Heart » [21]).

    Figure 8 – Les trois bases de la réalité virtuelle, de gauche à droite, immersion, navigation et interaction [42].

    i. Reconstruction 3D

    Il est éga­le­ment pos­sible de la retrou­ver sous l’appellation de modé­li­sa­tion 3D. L’usage de la réa­li­té vir­tuelle en ana­to­mie a per­mis de nou­velles pers­pec­tives en termes de com­pré­hen­sion des rap­ports en com­plé­ment des méthodes tra­di­tion­nelles de la dis­sec­tion ana­to­mique, les injec­tions ou l’étude de l’anatomie par des images en coupes 2D. La réa­li­té vir­tuelle ana­to­mique cor­res­pond donc à la mani­pu­la­tion sur ordi­na­teur de modèles 3D à par­tir de véri­tables don­nées anatomiques. 

    On retrouve cette appli­ca­tion dans de nom­breuses spé­cia­li­tés médi­cales. En gyné­co­lo­gie, un modèle ana­to­mique vec­to­riel du pel­vis fémi­nin peut être réa­li­sé par dis­sec­tion assis­tée par ordi­na­teur à par­tir de coupes ana­to­miques et d’un logi­ciel de recons­truc­tion en 3D [28]. Chaque élé­ment peut être affi­ché sépa­ré­ment en fai­sant varier la trans­pa­rence. Sque­lette, organes pel­viens, appa­reil uro-géni­tal ou encore vas­cu­la­ri­sa­tion sont autant de ren­sei­gne­ments que l’on peut retrou­ver sur l’anatomie de la patiente comme sur la figure 9 ci-dessous.

    Figure 9 – Vue d’ensemble du modèle 3D. A. Vue latérale droite. B. Vue coelioscopique [28].

    En ortho­pé­die, et notam­ment dans les recons­truc­tions du rachis en pré­opé­ra­toire, il est pos­sible de pro­duire ces modèles 3D. Une simu­la­tion et des cal­culs pré­opé­ra­toires dans la chi­rur­gie rachi­dienne sont effec­tués depuis des modèles 3D [45]. Dans les ostéo­to­mies de redres­se­ment du rachis, des cal­culs sont néces­saires pour cor­ri­ger les défor­ma­tions de la colonne. Des sys­tèmes ont été conçus pour appli­quer des cor­rec­tions d’axes en simu­la­tion et éta­blir la meilleure stratégie. 

    Uti­li­sant la tech­no­lo­gie du sys­tème EOS® qui per­met une éva­lua­tion com­plète du sys­tème osseux et de la colonne ver­té­brale, des images 2D puis 3D pre­nant en compte les pro­blèmes de dés­équi­li­brage du membre infé­rieur sont trai­tées par des logi­ciels pour connaitre la meilleure stra­té­gie opé­ra­toire. Cette tech­nique per­met de réa­li­ser des ostéo­to­mies asy­mé­triques par­ti­cu­liè­re­ment com­plexes sans ces simu­la­tions, car ces inter­ven­tions ne suivent pas de modèles pré­cis et sont dépen­dantes du patient. Des évo­lu­tions sont étu­diées concer­nant la créa­tion de modèles sur mesure grâce à l’imprimante 3D et à la simu­la­tion en réa­li­té vir­tuelle pour avoir sur la table des pièces ana­to­miques qui per­met­tront de mieux com­prendre le geste chi­rur­gi­cal envi­sa­gé [45].

    Mais d’où viennent ces don­nées ? Elles peuvent être de sources dif­fé­rentes tant que le résul­tat per­met l’empilement et la recons­truc­tion des dif­fé­rentes sur­faces ana­to­miques [28].

    • Les coupes ana­to­miques et his­to­lo­giques. Cette tech­nique par des coupes de tis­sus est pos­sible mais très peu réa­li­sée en pra­tique pour les res­sources qu’elle néces­site (extrac­tion de l’humain, modèle fas­ti­dieux à construire)
    • Les coupes issues d’examen d’imagerie médi­cale. Pro­ve­nant d’images d’IRM, scan­ner, écho­gra­phie, avec ou sans pro­duit de contraste, cette source est la prin­ci­pale dans les recons­truc­tions 3D actuelles. 

    Il s’agit ici de s’intéresser aux coupes issues d’examens d’imagerie médi­cale. D’après l’article « 3D recons­truc­tions, 4D ima­ging and post­pro­ces­sing with CT in mus­cu­los­ke­le­tal disor­ders : Past,present and future » on peut com­prendre que les images 3D dépendent de la qua­li­té des images natives [29]. La réso­lu­tion spa­tiale et le rap­port signal/bruit doivent être opti­mi­sés au maxi­mum afin d’obtenir des modèles les plus pré­cis pos­sibles. La réduc­tion des arté­facts est un enjeu pour la qua­li­té de l’image et des tech­niques comme la réduc­tion des arté­facts métal­liques (MAR) per­met ses atté­nua­tions. La taille des coupes uti­li­sées est un para­mètre qui rentre éga­le­ment en compte. 

    En effet, plus la coupe sera fine (ordre de gran­deur de 0,25 à 0,30 mm) et la matrice d’acquisition impor­tante (ordre de gran­deur 2048 x 2048) plus les images natives seront pré­cises et donc la recons­truc­tion 3D aus­si. La tech­no­lo­gie CT ou tomo­gra­phie est la moda­li­té d’imagerie la plus uti­li­sée actuel­le­ment pour ces recons­truc­tions pour sa faci­li­té à jouer sur tous ces para­mètres [29].

    La réa­li­té vir­tuelle en ana­to­mie per­met la réa­li­sa­tion de simu­la­tion de sys­tèmes com­plets en com­bi­nant réa­lisme des recons­truc­tions 3D, la vision en relief et enfin de l’interactivité dans ces modèles. Cela en fait un outil intui­tif, attrac­tif et évo­lu­tif, per­met­tant au méde­cin la navi­ga­tion dans le volume créé.

    ii. Visualisation 3D

    La prin­ci­pale contrainte des recons­truc­tions 3D est tech­nique et se trouve au niveau de la visua­li­sa­tion 3D de celles-ci. Cette der­nière néces­site des sta­tions gra­phiques lourdes et coû­teuses. Avec l’évolution de l’informatique et des consoles de visua­li­sa­tion tou­jours plus déve­lop­pées chez les construc­teurs, notam­ment en ima­ge­rie médi­cale, ces recons­truc­tions 3D se font une place tou­jours plus grande dans la rou­tine des méde­cins.

    En gas­troen­té­ro­lo­gie, la modé­li­sa­tion 3D se révèle inté­res­sante dans la chi­rur­gie hépa­tique ; qui repose sur les rap­ports ana­to­miques des struc­tures et des vais­seaux intra-hépa­tiques [42]. À par­tir de don­nées bidi­men­sion­nelles, un modèle réa­liste 3D du foie peut être aujourd’hui réa­li­sé pour per­mettre l’apprentissage ana­to­mique des struc­tures du patient et ini­tie aux concepts de la réa­li­té vir­tuelle comme il est pos­sible de le voir sur la figure 10.

    La visua­li­sa­tion 3D est le fon­de­ment de l’analyse ana­to­mique assis­tée par ordi­na­teur et per­met la défi­ni­tion de la nature des tis­sus grâce aux tech­niques de seg­men­ta­tion. La seg­men­ta­tion en ima­ge­rie médi­cale est une tech­nique de trai­te­ment d’images visant à ras­sem­bler les zones de l’image selon leur cou­leur, tex­ture et niveau de gris. Les zones déli­mi­tées sont appe­lées régions. La seg­men­ta­tion peut se faire de manière auto­ma­tique ou semi-auto­ma­tique pour faci­li­ter la pra­tique du méde­cin. D’après l’article de recherche « Accu­ra­cy and effi­cien­cy of com­pu­ter-aided ana­to­mi­cal ana­ly­sis using 3D visua­li­za­tion soft­ware based on semi-auto­ma­ted and auto­ma­ted seg­men­ta­tions », la seg­men­ta­tion manuelle, semi-auto­ma­tique ou auto­ma­tique, per­met de déli­mi­ter les fines struc­tures, comme les vais­seaux, qu’elles soient au sein de l’organe ou non [25].

    Grâce à la visua­li­sa­tion 3D, les organes humains sont désor­mais visua­li­sés sous une forme intui­tive et réa­liste, les méthodes de diag­nos­tic en sont amé­lio­rées. Des outils d’aide à la pla­ni­fi­ca­tion sont uti­li­sés au sein du sys­tème infor­ma­tique pour simu­ler une tumeur hépa­tique en regard de l’arborescence des vais­seaux. L’intérêt est que l’organe peut être mani­pu­lé en temps réel. Il est pos­sible de réa­li­ser vir­tuel­le­ment une hépa­tec­to­mie en ana­ly­sant les marges tumo­rales néces­saires, et en cal­cu­lant le volume de foie res­tant. Cet outil infor­ma­tique per­met à l’opérateur de se concen­trer uni­que­ment sur son geste lorsque le patient est sur la table d’opération car cette pla­ni­fi­ca­tion pré­opé­ra­toire est adap­tée à la cli­nique et utilisée. 

    Figure 10 – Reconstruction 3D du foie et simulation d’une hépatectomie droite pour tumeur du foie droit [42].

    Sur cette figure 10, le modèle hépa­tique per­met d’assurer la vas­cu­la­ri­sa­tion du foie res­tant après l’hépatectomie. La simu­la­tion prend en compte tous les scé­na­rios d’opérations poten­tiels et réduit le risque de complications. 

    D’après l’étude « Télé­ro­bo­tique et réa­li­té vir­tuelle : l’avenir de la chi­rur­gie hépa­tique », est évo­qué la pos­si­bi­li­té pour le chi­rur­gien de mieux per­ce­voir les lésions grâce aux recons­truc­tions 3D en RV et d’obtenir de l’aide phy­sique via la robo­tique [42]. La télé­ro­bo­tique per­met d’appliquer la ges­tuelle chi­rur­gi­cale en amont ou pen­dant la chi­rur­gie. Aujourd’hui elle est uti­li­sée dans le but de rendre les gestes moins agres­sifs et opti­mi­sés en amé­lio­rant les techniques.

    La réa­li­té vir­tuelle et la réa­li­té aug­men­tée per­mettent de super­po­ser sur l’écran du méde­cin ou de l’opérateur si c’est le cas d’une opé­ra­tion, l’anatomie du patient et les recons­truc­tions 3D obte­nues à par­tir de coupes scan­ner et/ou d’IRM. Une modé­li­sa­tion 3D per­met au chi­rur­gien de pla­ni­fier et pré­pa­rer le geste sur l’anatomie du patient directement. 

    En pra­tique il est pro­po­sé de nom­breux modèles de réa­li­té aug­men­tée pour les chi­rur­giens. Uti­li­sant les modèles 3D construits en réa­li­té vir­tuelle, ils sont ensuite appli­qués sur le modèle réel humain. Pre­nons l’exemple de Medi­vis®, une plate-forme de réa­li­té aug­men­tée appli­quée à la visua­li­sa­tion chi­rur­gi­cale fon­dée par le neu­ro­chi­rur­gien Osa­mah Choun­dry, MD et le radio­logue Chris­to­pher Mor­ley, MD [15]. Après l’obtention d’application en salle de chi­rur­gie en mai 2019 aux États-Unis par la FDA (Food and Drug Admi­nis­tra­tion), leur appli­ca­tion Sur­gi­ca­lAR® per­met la visua­li­sa­tion holo­gra­phique dans la salle d’opération et la visua­li­sa­tion des modèles 3D via la réa­li­té aug­men­tée [3].

    Il est éga­le­ment pos­sible de lire dans l’article « Aug­men­ted rea­li­ty-gui­ded neu­ro­sur­ge­ry : accu­ra­cy and intrao­pe­ra­tive appli­ca­tion of an image pro­jec­tion tech­nique » qu’un sys­tème de réa­li­té aug­men­tée a été déve­lop­pé pour la neu­ro­chi­rur­gie gui­dée par ima­ge­rie afin de pro­je­ter des images de régions d’intérêts direc­te­ment sur le crâne ou le cer­veau du patient [40].

    Cette tech­nique de pro­jec­tion sur le volume se fait pen­dant l’opération en uti­li­sant les méthodes de visua­li­sa­tion 3D. D’après cet article, l’étude a prou­vé sa fai­sa­bi­li­té cli­nique et la fia­bi­li­té du sys­tème de réa­li­té aug­men­tée. Ce sys­tème pré­sente un impor­tant avan­tage ergo­no­mique sur la pla­ni­fi­ca­tion neu­ro­chi­rur­gi­cale et per­met au chi­rur­gien d’utiliser la visua­li­sa­tion directe pour la neu­ro­chi­rur­gie. Par exemple, cela per­met au chi­rur­gien de ne pas lever la tête pour regar­der un écran pen­dant l’opération comme illus­tré sur la figure 11.

    Figure 11 – Principe de la méthode de projection d’images virtuelles sur le volume du patient [40].
    • A : Modèle 3D du cer­veau recons­truit à par­tir d’images céré­brales d’IRM avec méta­stase céré­brale en rouge.
    • B : Après enre­gis­tre­ment, l’image créée dans le cadre A est pro­je­tée sur la tête du patient dans la pla­ni­fi­ca­tion de l’incision cuta­née et de la craniotomie 
    • C : Pro­jec­tion image en per­opé­ra­toire après la 1ère inci­sion cuta­née et avant la cra­nio­to­mie avec loca­li­sa­tion de la tumeur sur le crâne pour pla­ni­fier une cra­nio­to­mie sur mesure
    • D : Sur­face du cer­veau après ouver­ture de la dure-mère. La tumeur n’est pas visible à l’œil directement
    • E : Pro­jec­tion de la tumeur à la sur­face du cerveau

    Ce sys­tème est uti­li­sable sur des tumeurs bénignes comme malignes. La créa­tion des modèles 3D de la tête et du cer­veau se fait avec des images IRM avec une seg­men­ta­tion des tumeurs céré­brales pour les iden­ti­fier. Cette aide à la navi­ga­tion per­met une iden­ti­fi­ca­tion pré­cise des fron­tières tumo­rales par rap­port aux struc­tures ana­to­miques [40].

    D’après l’article du Dr Balaya [28], ce type de modèle n’est pas encore opé­ra­tion­nel seul en rou­tine pour des simu­la­tions d’actes chi­rur­gi­caux pré­cis. En effet, il manque la repré­sen­ta­tion des pro­prié­tés méca­niques des tis­sus, notam­ment lorsqu’ils sont mani­pu­lés par le chi­rur­gien. En revanche, ces modèles sont uti­li­sés lors de l’explication au patient de l’opération qu’il va subir et dans la pré­pa­ra­tion au geste thérapeutique.

    b. Aide en thérapie

    La réa­li­té vir­tuelle n’est pas uni­que­ment des­ti­née à être uti­li­sée par des pro­fes­sion­nels de san­té. Le patient lui-même pour­ra éga­le­ment béné­fi­cier de cette tech­no­lo­gie. Contrai­re­ment à d’autres appli­ca­tions, c’est lui-même qui sera ame­né à por­ter un casque et inter­agir avec un uni­vers vir­tuel. Dans cette par­tie seront déve­lop­pées deux caté­go­ries d’usages : celles dédiées à la réduc­tion de la dou­leur, psy­chique et phy­sique ; et celles dédiées aux trai­te­ments de troubles men­taux comme les pho­bies et les addictions. 

    i. La réalité virtuelle pour lutter contre la douleur

    Pour rap­pel, la réa­li­té vir­tuelle uti­li­sant un casque per­met d’immerger l’utilisateur dans un monde vir­tuel et exté­rieur à ce qu’il est réel­le­ment en train de vivre. Il est donc évident que les per­tur­ba­tions psy­cho­lo­giques (visuelles et audi­tives) liées à son envi­ron­ne­ment exté­rieur peuvent être réduites. Il est éga­le­ment néces­saire de pré­ci­ser que la per­cep­tion de la dou­leur d’un patient est aus­si liée à des élé­ments psy­cho­lo­giques et pas uni­que­ment à des réac­tions phy­si­co­chi­miques de son corps. 

    En effet, un signal de dou­leur sera inter­pré­té comme très dou­lou­reux ou non selon les pen­sées du patient. L’efficacité de la réa­li­té vir­tuelle s’explique par sa capa­ci­té à satu­rer les res­sources atten­tion­nelles, cog­ni­tives et sen­so­rielles du patient, lais­sant ain­si moins de res­sources pour la dou­leur, et offrant moins de pos­si­bi­li­tés au sujet de pen­ser à sa douleur. 

    Une étude menée à la fin des années 1990 à Washing­ton par Hun­ter Hoff­man, cher­cheur en réa­li­té vir­tuelle et David Pat­ter­son, cher­cheur sur les tech­niques psy­cho­lo­giques pour la réduc­tion des dou­leurs de bru­lures, a per­mis de mettre en évi­dence une atté­nua­tion signi­fi­ca­tive de la dou­leur en plon­geant le patient dans un uni­vers (figure 12 et figure 13) [24].

    Figure 12 – Résultats de l’efficacité de la RV sur un patient atteint de brulures. Etude menée par H. Hoffman [24].
    Figure 13 – Scanner du cerveau d’un patient avec et sans RV illustrant la différence de l’intensité cérébrale liée à la douleur. Etude NeuroReport, 2004, utilisant les travaux de H. Hoffman (Source : Auteurs d'après [24]).

    Depuis, de nom­breuses études ont prou­vé la per­ti­nence de la réa­li­té vir­tuelle dans la réduc­tion de la dou­leur psy­chique et phy­sique. Dès lors, il est clair qu’utiliser un casque de réa­li­té vir­tuelle lors de trai­te­ments dou­lou­reux ou pour des mala­dies chro­niques s’avèrera utile. Il suf­fit fina­le­ment de détour­ner l’attention du patient. 

    Selon un com­mu­ni­qué publié le 9 novembre 2019, la socié­té Leno­vo a lar­ge­ment dif­fu­sé ses casques de réa­li­té vir­tuelle aux États-Unis. Notam­ment dans un hôpi­tal du Colo­ra­do où des enfants béné­fi­cient de cette tech­no­lo­gie afin d’améliorer leur qua­li­té de vie en atté­nuant leur dou­leur quo­ti­dienne [13].

    En France, la socié­té Heal­thy Mind® pro­pose des casques de réa­li­té vir­tuelle qua­li­fiés de dis­po­si­tifs médi­caux de classe I, pour réduire la dou­leur et l’anxiété des patients. Cette solu­tion com­bi­nant tech­no­lo­gie immer­sive et neu­ros­cience ren­contre un franc suc­cès et est pré­sente dans plus de 50 éta­blis­se­ments en France [7]. Cette uti­li­sa­tion peut éga­le­ment être appli­quée direc­te­ment au bloc opé­ra­toire. En effet, afin de réduire les doses d’analgésique, un patient pour­ra, s’il le sou­haite, uti­li­ser un casque de réa­li­té vir­tuelle lors de l’opération. « En chi­rur­gie, la réa­li­té vir­tuelle thé­ra­peu­tique est un com­plé­ment d’anesthésie à la fois en termes d’anxiolyse et d’analgésie et per­met de dimi­nuer les besoins en drogues d’anesthésie et d’améliorer la récu­pé­ra­tion » selon Dr Cathe­rine Ber­nard, anes­thé­siste et hyp­no­pra­ti­cienne [6].

    Pour pal­lier la dou­leur du patient effi­ca­ce­ment, cer­taines entre­prises pro­posent des logi­ciels com­plets basés sur des tech­niques à la fois d’hypnose et de musi­co­thé­ra­pie en plus de l’univers immer­sif que per­met le casque de réa­li­té vir­tuelle. La socié­té Hyp­no­VR, pro­po­sant le même ser­vice que Heal­thy Mind® se base sur des études cli­niques pour ajou­ter à ses logi­ciels des tech­niques d’hypnose. En effet, l’hypnose cou­plée à la réa­li­té vir­tuelle a per­mis une meilleure effi­ca­ci­té de la réduc­tion de la dou­leur [35]. Les « sug­ges­tions », c’est-à-dire, les indi­ca­tions du pra­ti­cien pour mettre en hyp­nose pro­fonde le patient sont tou­jours pré­sentes mais l’environnement que devait ima­gi­ner le patient est rem­pla­cé par l’univers vir­tuel du dis­po­si­tif. Ces logi­ciels pro­posent en géné­ral 5 ou 6 uni­vers dif­fé­rents, avec le choix des langues, des voix, des musiques et de l’histoire racon­tée. Ces logi­ciels sont per­son­na­li­sables en fonc­tion des choix de l’établissement de san­té mais ne pro­posent pas spé­ci­fi­que­ment des pro­grammes pour trai­ter une dou­leur spécifique. 

    Cepen­dant, à l’instar de Snow World (Figure 14), pre­mier uni­vers vir­tuel déve­lop­pé dans un but médi­cal par les équipes de H. Hoff­man et D. Pat­ter­son à Washing­ton, cer­tains uni­vers sont plus effi­caces pour trai­ter cer­taines dou­leurs, comme par exemple les brû­lures : « You have a strong sense of being present in a vir­tual world but it’s also quite cal­ming and soo­thing and its the oppo­site of fire, that’s the key » H. Hoff­man à pro­pos de Snow World. En effet, un patient plon­gé dans un uni­vers polaire et gla­cial aura une réac­tion plus forte dans la réduc­tion de la dou­leur car son cer­veau atté­nue­ra la sen­sa­tion de brû­lure face à un uni­vers visuel­le­ment froid [24].

    Figure 14 – Univers Snow world développé par H. Hunter et D. Patterson en 1996 [24].

    Fina­le­ment, depuis les études de Hun­ter Hoff­man au début des années 2000, la réa­li­té vir­tuelle a su démon­trer son effi­ca­ci­té dans la réduc­tion de la dou­leur [24]. De plus en plus démo­cra­ti­sée, cette solu­tion a été adop­tée par les éta­blis­se­ments de san­té qui sou­haitent amé­lio­rer la qua­li­té des soins admi­nis­trés à leurs patients et réduire l’usage de médicaments. 

    ii. La réalité virtuelle pour traiter les phobies

    Les troubles men­taux peuvent éga­le­ment être trai­tés par la réa­li­té vir­tuelle. Dans le domaine de la psy­cho­lo­gie, on parle de thé­ra­pie par expo­si­tion à la réa­li­té vir­tuelle (TERV). La cyber­thé­ra­pie per­met d’avoir une immer­sion visuelle en 3D et plonge le patient dans un envi­ron­ne­ment riche. Cela lui per­met éga­le­ment de pou­voir inter­agir avec cet envi­ron­ne­ment et donc de faire des exer­cices dans le but de trai­ter ses phobies. 

    La dif­fu­sion de cette nou­velle approche thé­ra­peu­tique a été pos­sible en France grâce aux recherches du Dr Eric Mal­bos, méde­cin psy­chiatre au centre hos­pi­ta­lier uni­ver­si­taire (CHU) de la concep­tion de Mar­seille, auteur du livre « Se libé­rer des troubles anxieux par la réa­li­té vir­tuelle » [41]; mais éga­le­ment aux tra­vaux de Sté­phane Bou­chard, doc­teur en psy­cho­lo­gie et titu­laire de la Chaire de recherche du Cana­da en cyber-psy­cho­lo­gie : « L’anxiété peut être réduite chez les patients qui en sont vic­times en les expo­sant à des sti­mu­li liés à leurs pho­bies dans des envi­ron­ne­ments vir­tuels thé­ra­peu­tiques. Des études menées depuis une dizaine d’années ont prou­vé qu’associer une thé­ra­pie cog­ni­tive clas­sique à l’usage d’un casque de réa­li­té vir­tuelle don­nait de meilleurs résul­tats et en moins de temps. » Sté­phane Bou­chard lors du TEDx Gati­neau [22].

    L’expérience de Joseph R. Coble de la Clarck Atlan­ta Uni­ver­si­ty fait par­tie de ces études qui ont mon­tré les béné­fices de la RV pour les troubles men­taux. Dans le tableau figure 15 ci-des­sous, 6 sujets ont béné­fi­cié d’un trai­te­ment par réa­li­té vir­tuelle (sur une période de 5 semaines) afin de trai­ter leur peur de par­ler en public. 8 autres sujets n’ont pas béné­fi­cié de ce trai­te­ment et ont été le groupe témoin pour cette étude. Plu­sieurs mesures ont été faites : sub­jec­tives comme des ques­tion­naires et phy­siques comme des mesures de bat­te­ments du cœur par minute. Les résul­tats démontrent une baisse de l’anxiété au bout de 5 semaines pour les sujets ayant trai­té leur anxié­té grâce à de la RV [43].

    Figure 15 – Tableau des résultats démontrant les bénéfices de la réalité virtuelle dans le traitement de la peur de parler en public [43].

    La TERV per­met donc aux patients de se confron­ter à leurs pho­bies dans un monde vir­tuel avec la pos­si­bi­li­té de faire évo­luer gra­duel­le­ment l’exposition à la pho­bie tout en contrô­lant un cer­tain nombre de para­mètres. De plus, le patient reste dans un envi­ron­ne­ment phy­sique qu’il connait et qu’il juge sans risque, à savoir le cabi­net de son psychologue. 

    Par exemple, un patient qui a peur de l’avion pour­ra dans un pre­mier temps se dépla­cer dans un aéro­port vir­tuel, se fami­lia­ri­ser avec les contrôles et la vue des avions de loin avant de pou­voir, dans de futures séances, faire un vol vir­tuel. C’est cette pos­si­bi­li­té de gra­duer l’exposition à la pho­bie que recherchent les psy­cho­logues dans la TERV. En effet, devoir mon­ter à bord d’un avion réel serait très com­pli­qué pour le patient ain­si que le psy­cho­logue. Il pour­rait y avoir des évè­ne­ments non sou­hai­tés et sur­tout non contrô­lés par exemple ; en dehors du coût que repré­sen­te­rait cette pra­tique, non négligeable.

    L’entreprise C2CARE PSY pro­pose des casques de réa­li­té vir­tuelle ain­si que des logi­ciels pour trai­ter des pho­bies comme l’agoraphobie ou des stress post-trau­ma­tiques, mais aus­si pour trai­ter des addic­tions (alcool, ciga­rette, drogue…). 

    D’après leurs chiffres, plus de 2000 pro­fes­sion­nels de san­té uti­lisent leurs logi­ciels et leurs casques [18]. En France par exemple, les CHU de Nantes, Mar­seille et l’AP-HP en sont clients. Aujourd’hui la RV est un outil à part entière pour les psy­cho­logues et les hôpi­taux soi­gnant les troubles men­taux ain­si que les addictions.

    c. Complément à la formation des professionnels

    Le pro­ces­sus de for­ma­tion repré­sente une étape clé pour le déve­lop­pe­ment des com­pé­tences et des connais­sances des pro­fes­sion­nels de san­té. Cepen­dant, la for­ma­tion clas­sique ne four­nit pas tous les élé­ments de com­pré­hen­sion et d’adaptabilité pour chaque situa­tion envi­sa­geable. Il est néces­saire d’implémenter un outil afin d’apporter cette approche à la for­ma­tion des pro­fes­sion­nels de san­té. Dans un pre­mier temps, sera déve­lop­pé la mise en place des scé­na­rios pour la for­ma­tion et des exemples théo­riques en col­la­bo­ra­tion avec l’Université de Tech­no­lo­gie de Com­piègne. Ensuite, il sera déve­lop­pé des exemples d’applications ini­tiés par des indus­triels et les avan­tages et les incon­vé­nients de la RV pour la formation.

    Un entre­tien a été réa­li­sé avec Mme Domi­tile Lour­deaux, ensei­gnante cher­cheuse à l’Université Tech­no­lo­gique de Com­piègne depuis plus de 20 ans sur les envi­ron­ne­ments vir­tuels des­ti­nés à la for­ma­tion. L’aspect prin­ci­pal de ce domaine est la scé­na­ri­sa­tion ; soit la géné­ra­tion de conte­nus adap­tés aux appre­nants, avec des tech­niques d’intelligence arti­fi­cielle.  Lors de cet entre­tien, dif­fé­rents thèmes ont été abor­dés afin de défi­nir l’apport de la réa­li­té vir­tuelle pour la for­ma­tion du per­son­nel soignant. 

    Un second entre­tien a été réa­li­sé avec M. Sté­phane Kirche, Direc­teur Ingé­nieur Bio­me­di­cal et Res­pon­sable du Centre d’Enseignement et de Simu­la­tion du Ter­ri­toire du Cha­lon­nais (CeSi­Tech San­té) du Grou­pe­ment Hos­pi­ta­lier Nord Saône et Loire. Ce ques­tion­naire (Annexe 1), a per­mis d’établir la vision d’un pro­fes­sion­nel de la san­té face à l’implémentation de la réa­li­té vir­tuelle pour la formation. 

    Il est essen­tiel de sou­li­gner qu’il s’agit d’un outil com­plé­men­taire pour la for­ma­tion, mais qu’il ne peut pas rem­pla­cer com­plè­te­ment les for­ma­tions réelles. Cela per­met de la sup­pléer, pour s’entrainer à effec­tuer une chi­rur­gie com­plexe ou à gérer une situa­tion de stress par exemple.

    i. La mise en place de scénarios

    En effet, l’étape prin­ci­pale des for­ma­tions médi­cales en réa­li­té vir­tuelle est la mise en place de scé­na­rios de simu­la­tion. Au sein de son article « Réa­li­té vir­tuelle et for­ma­tion », Mme Domi­tile LOURDEAUX défi­nit plu­sieurs types de scé­na­rio comme le « scé­na­rio régit le com­por­te­ment de l’environnement vir­tuel et le contrôle des actions de l’utilisateur ». Dans le cadre de la réa­li­té vir­tuelle pour la for­ma­tion des soi­gnants, il s’agit de scé­na­rios péda­go­giques qui « dési­gnent la spé­ci­fi­ca­tion de l’enchaînement et du dérou­le­ment des acti­vi­tés péda­go­giques pres­crites à l’apprenant ». Ce type de scé­na­rio repré­sente le résul­tat d’une col­la­bo­ra­tion entre les uti­li­sa­teurs finaux, les ergo­nomes et les ini­tia­teurs du pro­jet [39]

    La défi­ni­tion des scé­na­rios s’effectue via l’analyse des for­ma­tions exis­tantes, comme pré­sent en figure 16, c’est-à-dire ce qu’il se passe sur le ter­rain afin de comprendre :

    • les objec­tifs,
    • la repré­sen­ta­tion des tâches et des acti­vi­tés des utilisateurs,
    • les inter­ac­tions entre les dif­fé­rents acteurs,
    • les moda­li­tés d’évaluation,
    • les dif­fi­cul­tés pos­sibles pour les utilisateurs. 

    Ensuite, des par­ties de scé­na­rios vont être créées avec les uti­li­sa­teurs finaux. Des maquettes de scé­na­rios sont créées à par­tir de la com­pré­hen­sion de l’existant. Ces der­nières vont être pré­sen­tées aux uti­li­sa­teurs finaux afin d’avoir leurs retours et les amé­lio­ra­tions néces­saires. De nom­breuses ité­ra­tions vont être effec­tuées à par­tir de leurs recom­man­da­tions [39].

    Les uti­li­sa­teurs finaux ne sont pas for­cé­ment au fait de tout ce qui est pos­sible avec la réa­li­té vir­tuelle. Il est néces­saire de pas­ser par plu­sieurs démons­tra­tions afin d’analyser la prise de déci­sion pour l’utilisateur. L’analyse de l’existant est capi­tale afin de déter­mi­ner les élé­ments déci­sifs à repro­duire pour apprendre la pro­cé­dure et le retour d’expérience est éga­le­ment essentiel.

    Figure 16 – Progression scénaristique et intensité dramatique [39].

    Les approches orien­tées scé­na­rios sont par­fois décou­pées en 3 actes, comme illus­tré sur la figure 16. L’acte 1 concerne la pré­sen­ta­tion de la situa­tion, c’est-à-dire la décou­verte des per­son­nages et de la situa­tion. L’acte 2, cor­res­pond au déve­lop­pe­ment de l’intrigue, cela signi­fie, la mise en place des épreuves et de la per­for­mance néces­saire par les uti­li­sa­teurs. Fina­le­ment, l’acte 3 sym­bo­lise la réso­lu­tion de l’épreuve prin­ci­pale. Au sein de ce sché­ma, le scé­na­rio va suivre une courbe d’intensité dra­ma­tique crois­sante qui va pas­ser par des points clés (nom­més plot-point 1 et 2) per­met­tant à l’histoire d’aller jusqu’au point culmi­nant de l’intensité dra­ma­tique (cli­max) [39].

    ii. Exemples de projets développés en collaboration avec l’Université de Technologie de Compiègne 

    En 2020, au sein du labo­ra­toire de recherche Heu­dia­syc à l’Université Tech­no­lo­gique de Com­piègne (UTC), deux pro­jets coexistent :

    • l’un concer­nant l’utilisation de simu­la­teurs pour for­mer des sages-femmes à la ges­tion de l’hémorragie post-partum ; 
    • l’autre des­ti­né à la for­ma­tion de méde­cins mili­taires pour gérer un afflux mas­sif de bles­sés inti­tu­lé le pro­jet VICTEAMS [38].

    Pour le pre­mier pro­jet, un envi­ron­ne­ment était créé et il s’agissait d’un « serious game » asso­cié à un simu­la­teur sur PC pré­sen­tant un scé­na­rio avec des choix de dia­logues asso­ciés à des choix d’actions. Cepen­dant, la limite était dans l’impossibilité de se « trom­per ». Le labo­ra­toire Heu­dia­syc tra­vaille sur la géné­ra­tion de dilemmes pour ce pro­jet, mais cela n’a pas pu être implémenté. 

    Le pro­jet VICTEAMS a été mis en place peu de temps avant les atten­tats de Paris de 2015. Ain­si, les por­teurs du pro­jet ont éprou­vé la satis­fac­tion de tra­vailler pour un pro­jet utile visant à for­mer des méde­cins pour sau­ver des gens. 

    Ce type de for­ma­tion en RV est adap­té à l’entrainement et à la ges­tion de crise pour les futurs infir­miers et pom­piers dans leur appren­tis­sage de la prise de déci­sion dans l’urgence. L’aspect immer­sif au niveau phy­sique visant à recréer la tente avec des bles­sées, des tirs et des explo­sions a été pos­sible grâce à un casque. 

    Il existe éga­le­ment un type de for­ma­tion uti­li­sant la réa­li­té vir­tuelle aux soins infir­miers basés sur une démarche posi­tive. Le but est que l’apprenant se retrouve tou­jours en situa­tion posi­tive pour prendre confiance lors de sa for­ma­tion ini­tiale. Il est pos­sible de faire des jeux sérieux en RV pour la for­ma­tion car il s’agit de jeux ima­gi­nés et conçus avec une dimen­sion ludique et péda­go­gique. La dif­fi­cul­té est crois­sante dans cer­tains scé­na­rios mais la RV n’est pas encore suf­fi­sam­ment au point en termes d’intelligence arti­fi­cielle (IA) pour faire des choses robustes. Ce type de jeux motive les appre­nants et sus­cite un fort inté­rêt. Enfin, il est essen­tiel de suivre le soi­gnant après ce type de for­ma­tion via un débriefing. 

    iii. Collaboration du Groupement Hospitalier Nord Saône et Loire

    Le Grou­pe­ment Hos­pi­ta­lier Nord Saône et Loire, col­la­bore avec trois socié­tés et deux uni­ver­si­tés : Uni­ver­si­té de Bour­gogne (Dijon) et l’École d’Arts et Métiers de Cha­lon-sur-Saône, afin de mettre en place des scé­na­rios. Les thèmes prin­ci­paux du déve­lop­pe­ment de ces scé­na­rios sont pour la pra­tique pro­fes­sion­nelle, pour la for­ma­tion sur des dis­po­si­tifs médi­caux et pour le loisir. 

    Selon, M. Kirche, les prin­ci­pales étapes pour mettre en place un scé­na­rio sont : 

    • Défi­nir des objec­tifs pédagogiques
    • Éla­bo­rer un scénario,
    • Effec­tuer plu­sieurs ité­ra­tions correctives
    • Éva­luer les scé­na­rios (tes­ter)

    Il s’agit géné­ra­le­ment de contrat de par­te­na­riat, sans rap­port finan­cier. Ce rap­port, gagnant-gagnant, per­met au grou­pe­ment hos­pi­ta­lier de béné­fi­cier de la dis­po­ni­bi­li­té du maté­riel, et aux entre­prises de dis­po­ser de leurs scé­na­rios pour les commercialiser.

    En 2020, les prin­ci­pales appli­ca­tions de la réa­li­té vir­tuelle pour la for­ma­tion de ce grou­pe­ment hos­pi­ta­lier s’articulent autour de la for­ma­tion sur des dis­po­si­tifs médi­caux et des « serious games » pour les soi­gnants concer­nant les pra­tiques pro­fes­sion­nelles soignantes.

    iv. Applications de la réalité virtuelle pour la formation

    Les actes chi­rur­gi­caux, les gestes doivent être pré­cis car les erreurs peuvent avoir de graves consé­quences. Ain­si, plu­sieurs entre­prises ont déve­lop­pé des logi­ciels de simu­la­tion afin de s’entrainer conti­nuel­le­ment pour se per­fec­tion­ner ou acqué­rir de nou­velles com­pé­tences. Les apports prin­ci­paux de ces outils pour la for­ma­tion comptent la dimi­nu­tion des pra­tiques sur les cadavres ou les ani­maux, la pos­si­bi­li­té de simu­ler l’activité sans dan­ger réel et le contrôle pré­cis des para­mètres de la simu­la­tion afin de repro­duire des situa­tions particulières.

    La socié­té bri­tan­nique Fun­da­men­tal VR pro­pose un logi­ciel nom­mé Fun­da­men­tal Sur­ge­ry. Ce logi­ciel inclut la tech­no­lo­gie Hap­tic­VR® afin d’apporter l’haptique dans la réa­li­té vir­tuelle. Ce sens est capi­tal pour les soi­gnants, il per­met d’obtenir un retour sen­si­tif concer­nant les gestes effec­tués par l’interne ou par le chi­rur­gien [5]. La pla­te­forme Osso VR est dédiée à la chi­rur­gie ortho­pé­dique (Figure 17). Elle per­met aux pra­ti­ciens de s’entrainer à la pra­tique d’opérations déli­cates, mais aus­si l’apprentissage de nou­velles tech­niques et équi­pe­ments. Cette pla­te­forme est consti­tuée d'un casque de réa­li­té vir­tuelle et d'un contrô­leur hap­tique, nom­més Ocu­lus Quest et Ocu­lus Touch. La fonc­tion de hand tra­cking est inté­grée au casque, per­met­tant d’interagir avec le monde vir­tuel sans uti­li­ser de manettes [33].

    Figure 17 – Capture d’écran de la formation d’une chirurgie orthopédique grâce au système de réalité virtuelle d’Osso VR [33].

    v. Les avantages et les inconvénients de la RV pour la formation

    Non­obs­tant, il est essen­tiel de sou­li­gner qu’on ne peut pas tout repro­duire dans ces envi­ron­ne­ments vir­tuels. Une par­tie de jeu de rôle ou des tra­vaux pra­tiques sont à pré­voir en com­plé­ment de la réa­li­té vir­tuelle. La for­ma­tion avec des simu­la­teurs, per­met d’une part de s’entrainer aux gestes tech­niques et d’une autre part de se for­mer aux com­pé­tences non tech­niques telles que la ges­tion du stress, d’équipe et le lea­der­ship. Il s’agit d’exercices très coû­teux à mettre en œuvre, et néces­site beau­coup d’acteurs ain­si qu’un grand sou­tien logistique. 

    Ce type d’exercice était donc très rare­ment effec­tué, la réa­li­té vir­tuelle a per­mis de réa­li­ser ces exer­cices de manière plus cou­rante et d’exposer les gens face à ces situa­tions dif­fi­ciles plus régu­liè­re­ment. Cela ne lui per­met pas de se sub­sti­tuer aux jeux de rôle, car il manque l’aspect de com­mu­ni­ca­tion. Il est donc néces­saire de ne pas rem­pla­cer la for­ma­tion « clas­sique » par la réa­li­té vir­tuelle. Elle ne per­met pas le retour d’effort, mais seule­ment l’apprentissage et le per­fec­tion­ne­ment du geste dans diverses situations. 

    Les incon­vé­nients et les risques de cette tech­nique sont prin­ci­pa­le­ment liés au casque :

    • pro­blème de fatigue visuelle, 
    • mal du simulateur, 
    • pro­blème d’hygiène au niveau de l’utilisation de maté­riel commun, 
    • récep­ti­vi­té dif­fé­rente pour chaque utilisateur,
    • manque de réalisme,
    • coût non négli­geable (par exemple, faire des tra­vaux pra­tiques revient par­fois moins cher) : le prix d’un casque récent et de bonne qua­li­té comme le HTC Vive Cos­mos peut atteindre 700 à 800€ [8]

    En outre, il est néces­saire que la RV s’inscrive dans un par­cours de for­ma­tion, car à elle pré­sente peu d’intérêt seule. De plus, les études n’ont pas prou­vé une effi­ca­ci­té supé­rieure de la VR à un appren­tis­sage clas­sique pour l’acquisition d’une nou­velle pra­tique selon M. Kirche. 

    Il n’existe aucune régle­men­ta­tion concer­nant la réa­li­té vir­tuelle et plus par­ti­cu­liè­re­ment le port du casque. C’est un pro­blème capi­tal dans la démo­cra­ti­sa­tion de cette tech­no­lo­gie.  En effet, les casques grand public sont inter­dits aux moins de 13 ans mais il n’existe pas de contrôle pour le res­pect de cette inter­dic­tion. Cela peut être dan­ge­reux pour les enfants de moins de 13 ans car leur sys­tème ocu­laire n’est pas encore tota­le­ment for­mé. L’utilisation des outils de RV au sein d’autres milieux pro­fes­sion­nels est par­fois plus avan­cée. Les simu­la­teurs d’avions sont très contrô­lés à contra­rio de la réa­li­té vir­tuelle pour la for­ma­tion où il n’existe aucun contrôle ; alors que des acci­dents ou des pro­blèmes ocu­laires peuvent sur­ve­nir [39].

    Il existe « le trai­té de la réa­li­té vir­tuelle » en deux volumes, [34] rédi­gé par des pro­fes­sion­nels sous la direc­tion de Phi­lippe Fuchs. Il s’agit d’un manuel des­ti­né aux concep­teurs et aux uti­li­sa­teurs de réa­li­té vir­tuelle. Il vise à leur appor­ter un état des connais­sances, le plus com­plet pos­sible sur la réa­li­té vir­tuelle dans les domaines sui­vants : infor­ma­tique, méca­nique, phy­sique, phy­sio­lo­gie, psy­cho­lo­gie, ergo­no­mie et éthique. La démo­cra­ti­sa­tion de la réa­li­té vir­tuelle pour la for­ma­tion des pro­fes­sion­nels de san­té est en pleine expan­sion, mais il ne faut pas que cela s’effectue au détri­ment de la pra­tique. Il est néces­saire à la fois de for­mer les chi­rur­giens aguer­ris et de rendre cette pra­tique cou­rante pour effec­tuer des for­ma­tions lors d’opérations à dis­tance. Pour cela, l’essor de l’IA, des logi­ciels de simu­la­tion et des casques fonc­tion­nels sont prioritaires. 

    IV. Catalogue interactif sur la réalité virtuelle en chirurgie

    En com­plé­ment de ce docu­ment et dans une démarche d’information pour le grand public, un sur­vol des appli­ca­tions de la RV et de la RA en chi­rur­gie est réa­li­sé et dis­po­nible à l’appui. Ce cata­logue, sous forme d’une pré­sen­ta­tion Pre­zi, a pour des­ti­na­taire prin­ci­pal un patient dési­reux d’en savoir plus sur le domaine, qu’il soit concer­né ou non. L’outil est simple d’usage, et le voca­bu­laire uti­li­sé est adap­té aux uti­li­sa­teurs néo­phytes (Figure 18).

    Figure 18 – Page d'accueil de la présentation [Source : Auteurs]

    La pré­sen­ta­tion se déroule de la manière sui­vante (Figure 19) :

    • Une intro­duc­tion aux concepts de RV et de RA, avec un aper­çu des outils uti­li­sables (casque, CAVE…)
    • La pré­sen­ta­tion de dif­fé­rents ser­vices des­ti­nés au chi­rur­gien, qu’il s’agisse de RV (comme les simu­la­tions four­nies par Fun­da­men­tal Sur­ge­ry) ou de RA (avec les solu­tions pro­po­sées par SurgAR).
    • Une par­tie concer­nant direc­te­ment le patient, avec l’utilisation d’expériences de réa­li­té vir­tuelle avant, pen­dant, ou après une opération.
    Figure 19 – Extraits de la présentation correspondants aux 3 parties présentées plus haut [Source : Auteurs] 

    L’objectif final est la vul­ga­ri­sa­tion d’informations per­ti­nentes pour le patient, avec une pos­si­bi­li­té pour l’utilisateur d’aller cher­cher plus d’informations grâce à des hyper­liens répar­tis tout au long de la pré­sen­ta­tion. Le but est d’expliquer de manière simple et ludique au grand publique, les dif­fé­rentes pra­tiques chi­rur­gi­cales pos­sible en lien avec la RV. 

    Conclusion

    L’évolution de la réa­li­té vir­tuelle dans les pra­tiques médi­cales connai­tra un déve­lop­pe­ment consi­dé­rable dans les pro­chaines années. Il est impor­tant de sou­li­gner que ce phé­no­mène est ren­du pos­sible grâce à l’essor qu’a connu l’imagerie médi­cale. L’apport de la réa­li­té vir­tuelle est mul­tiple dans le domaine de la san­té. En effet, elle est utilisée 

    • À des fins thérapeutiques,
    • À des fins cliniques,
    • À des fins pédagogiques

    Ain­si, la RV peut être uti­li­sée au bloc opé­ra­toire, en anal­gé­sie par exemple en com­plé­ment de l’hypnose pour accom­pa­gner et limi­ter la dou­leur, per et post opé­ra­toire et gérer l’anxiété préopératoire.

    Cette tech­no­lo­gie peut être uti­li­sée au sein des éta­blis­se­ments médi­co-sociaux, dans le but de lut­ter contre la dou­leur ou un trau­ma­tisme.  Le patient va vivre une expé­rience immer­sive suf­fi­sam­ment impor­tante pour déclen­cher des réac­tions, cela peut être consi­dé­ré comme de la thé­ra­pie chez cer­tains patients.

    Fina­le­ment, elle per­met de simu­ler de nom­breuses situa­tions pro­fes­sion­nelles en san­té afin de les rendre le plus réel pos­sible pour offrir une for­ma­tion effi­cace avec un apport péda­go­gique complet.

    Non­obs­tant, la réa­li­té vir­tuelle est un outil com­plé­men­taire pour les pra­tiques médi­cales, elle ne pour­ra en aucun cas les sup­pléer com­plè­te­ment. Elle va trans­for­mer ces pra­tiques, notam­ment si elle s’inscrit dans un par­cours de for­ma­tion, car elle per­met de s’évaluer en situa­tion dans un envi­ron­ne­ment fidèle.

    Cepen­dant, cette tech­no­lo­gie n’a pas encore fait toutes ses preuves afin de prou­ver son apport pour la san­té des patients.  De plus, plu­sieurs fac­teurs, dont le prix et l’absence de régle­men­ta­tion sont des freins au déve­lop­pe­ment de cette technologie. 

    L’implémentation de la réa­li­té vir­tuelle dans les pra­tiques médi­cales est com­plexe à mettre en œuvre car elle s’appuie sur la concep­tion et le déve­lop­pe­ment des envi­ron­ne­ments vir­tuels et sur l’accompagnement des pro­fes­sion­nels qui vont s’en ser­vir. Ils doivent abso­lu­ment s’y habi­tuer et suivre des for­ma­tions pour être com­pé­tents dans ce domaine. 

    Fina­le­ment, le déve­lop­pe­ment de la réa­li­té vir­tuelle en méde­cine est en cours et s’annonce pro­met­teur pour les années à venir comme l’atteste l'Université Queen’s en Onta­rio au Cana­da. Cette der­nière s’est asso­ciée aux spé­cia­listes de la réa­li­té vir­tuelle Sim­fo­rHealth et à HTC VIVE pour construire, au Cana­da, le pre­mier centre de for­ma­tion médi­cale en réa­li­té vir­tuelle. Ce centre per­met­tra aux étu­diants en méde­cine et aux méde­cins d'acquérir de l'expérience en matière de soins aux patients dans un envi­ron­ne­ment réa­liste mais entiè­re­ment sécu­ri­sé. Le but de ce pro­jet est d’étudier l’impact de la réa­li­té vir­tuelle dans les pra­tiques médi­cales, afin d’informer la popu­la­tion et notam­ment les patients sur l’intérêt, les pra­tiques et l’apport de cette der­nière. Le rôle du cata­logue inter­ac­tif est d’informer les patients et le large public sur la col­la­bo­ra­tion entre la réa­li­té vir­tuelle et les pra­tiques médi­cales afin d’accroitre la démo­cra­ti­sa­tion de cette technologie. 

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