Anatomical, Hemodynamic and Physiological Modeling in Liver Surgery
Modélisation anatomique, hémodynamique et physiologique en chirurgie hépatique
Résumé
Surgery is, in essence, a patient-specific procedure. However, surgeons often apply pre-established strategies based on their own experience and feelings, without rigorously and systematically considering all the available objective elements. We propose here a multi-scale numerical modeling work, aiming to help surgeons to plan and perform a liver surgery:1/ We adapted to humans an electrical model called "0D or closed-loop lumped" model allowing, via an analogy between the cardiovascular system and an electrical circuit, to predict the risk of post-hepatectomy portal hypertension, being the main predictor of post-operative liver failure. Adapted and validated in 47 patients who underwent an hepatectomy by laparotomy, this system currently uses pre- and intra-operative input data, and allows to anticipate the value of the post-resectional portal pressure and the porto-caval gradient. This tool could allow (using only preoperative data) to reject surgeries with a high risk of decompensation, or conversely, to validate procedures otherwise rejected.2/ We have developed a mathematical model to predict the risk of early liver graft dysfunction. This system quantifies the kinetics of the rise in parenchymal fluorescence after peripheral injection of indocyanine green dye at the end of the transplantation. It allows the surgeon to be alerted to the risk of primary non-function, and thus to plan armed surveillance and possible corrective measures.3/ Using a 3D modelling of the hepatic vein blood flow after right hepatectomy, we describe the link between regeneration and modification of the vascular tree, and thus explain the observations of heterogeneous growth of the remaining parenchyma. This tool, applicable to other clinical situations, could allow the surgeon to modify the vascular geometry in order to improve the flow and avoid outflow block, sometimes subclinical.4/ We developed a real-time intraoperative guidance system using augmented reality to optimize surgical navigation. The visualization of the real anatomy of the patient, adjusted to the deformations, will allow a safer navigation and an improvement of the oncological results.
L’acte chirurgical est, par essence même, patient-spécifique. Pourtant, force est de constater que le chirurgien applique souvent des stratégies pré-établies en fonction de son expérience et de son ressenti, sans prise en compte rigoureuse et systématique de l’ensemble des éléments objectifs disponibles. Nous proposons ici un travail de modélisation numérique multi-échelles pour aider le chirurgien à planifier et réaliser une intervention hépatique:1/ Nous avons adapté à l’Homme un modèle électrique dit « 0D » permettant, via une analogie entre le système cardio-vasculaire et un circuit électrique, de prédire le risque d’hypertension portale post-hépatectomie, principal facteur de risque d’insuffisance hépatique postopératoire. Adapté puis validé chez 47 patients hépatectomisés par laparotomie, ce système, utilise actuellement des données d’entrée pré- et peropératoires, et permet d’anticiper la valeur de la pression porte et du gradient porto-cave post-résection. Cet outil pourrait permettre (en utilisant des données uniquement préopératoires) de récuser des chirurgies à haut risque de décompensation, ou inversement, de valider des gestes autrement récusés.2/ Nous avons mis au point un modèle mathématique permettant de prédire le risque de dysfonction précoce du greffon hépatique. Ce système quantifie la cinétique de montée du signal de la fluorescence parenchymateuse après injection systémique de vert d’indocyanine en fin de greffe. Il permet d’alerter le chirurgien face au risque de non-fonction primaire d’organe, et ainsi de planifier une surveillance armée et des mesures correctrices éventuelles.3/ Grâce à une modélisation de l’écoulement 3D du flux sanguin sus-hépatique post-hépatectomie droite, nous décrivons le lien entre régénération et modification de l’arbre vasculaire, et expliquons ainsi les observations de croissance hétérogène du parenchyme restant. Cet outil, applicable à d’autres situations cliniques, pourrait permettre au chirurgien de modifier la géométrie vasculaire pour favoriser l’écoulement et éviter l’outflow block, parfois infraclinique.4/ Nous avons mis au point un système de guidage peropératoire en temps réel par réalité augmentée permettant une navigation chirurgicale optimisée. La visualisation de l’anatomie réelle du patient, ajustée aux déformations, permettra un repérage plus sûre des structures internes et ainsi une amélioration des résultats oncologiques.
Origine : Version validée par le jury (STAR)