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L'imagerie médicale est aujourd'hui irremplaçable, pour
le diagnostic comme pour la préparation et le suivi d'interventions
chirurgicales. Les différentes techniques qui existent déjà
et celles qui continuent régulièrement d'apparaître permettent
de donner une vision très détaillée des organes et des
informations de plus en plus précises sur les pathologies.
Radio, IRM, scanner, magnéto-encéphalographie (MEG), électro-encéphalographie
(EEG), angiographie, ces technologies ont chacune leurs avantages et leurs
limites.
Très tôt, la science a cherché à assister les
médecins dans leur diagnostic, par exemple à l'aide de systèmes
experts. On cherche maintenant à agir en amont de la décision
du médecin, en facilitant sa maîtrise d'une situation complexe
par le développement d'outils plus précis de visualisation globale
d'une situation à travers des images de sources diverses.
L'INRIA qui s'intéresse depuis longtemps à l'image et a mis naturellement ses recherches au service de la médecine et de la chirurgie. Les équipes travaillent dans plusieurs domaines :
Ces outils permettent aux médecins et aux chirurgiens d'évaluer plus précisément un problème, de préparer leurs interventions, et de suivre l'évolution d'un traitement etc.
Plusieurs équipes de l'INRIA travaillent dans ce domaine :
Des neurochirurgiens ont découvert qu'en stimulant régulièrement
les noyaux sub-thalamiques du cerveau, on parvenait à supprimer les
effets de la maladie de Parkinson. Pour ce faire, il faut implanter des électrodes
dans les cerveaux des patients, électrodes qui restent ensuite en place.
Cette implantation nécessite une intervention de plusieurs heures,
d'une grande précision (au micron près) pour parvenir jusqu'à
la zone recherchée. Pour aider les chirurgiens, les chercheurs d'Epidaure,
en collaboration avec l'unité INSERM U289 et un partenaire industriel,
Medtronic, ont développé un système qui associe différentes
images : celles d'atlas histologiques haute définition en trois dimensions
et celles obtenues par IRM sur le patient lui-même. Les atlas, construits
à partir de coupes sur des cerveaux post-mortem, sont constitués
de photographies à haute résolution ; ils apportent une vision
beaucoup plus détaillée des noyaux que celle fournie par l'IRM.
Les images issues de patients différents sont regroupées pour
constituer une image optique volumique, qui est ensuite fusionnée avec
les images IRM du patient.
Plusieurs atlas optiques ont été constitués, ce qui permet
au chirurgien de choisir celui qui est le plus proche de la morphologie du
patient.
Grâce à cette réalité augmentée, le chirurgien
peut préparer son intervention en calculant très précisément
ses trajectoires.
La faisabilité du système a déjà été
démontrée et une première utilisation devrait intervenir
à l'hôpital de La Pitié-Salpêtrière en 2002.
Le système pourra également servir à la formation des
chirurgiens.
L'équipe Epidaure travaille également à d'autres applications
de la construction d'atlas à partir d'images optiques, notamment pour
comparer des coupes histologiques post-mortem avec des images IRM de patients
atteints de la maladie de Creutzfeldt-Jakob et permettre un diagnostic précoce.
Epidaure s'intéresse également à une nouvelle technologie,
l'imagerie confocale in-vivo, qui permet de reconstruire une image volumique
des tissus, sur un millimètre de profondeur.
Cette technologie, qui utilise l'imagerie laser, devrait apporter un plus
dans la conduite des endoscopies, qui ne donnent jusqu'ici que les images
de surface. Si le médecin constate une anomalie sur la paroi explorée,
il pourra alors visualiser la région sur un millimètre de profondeur.
Ce premier millimètre suffit aux anatomopathologistes pour faire leur
diagnostic en permettant par exemple de détecter et de quantifier la
présence de cellules dysplasiques.
Sur le traitement de ces images pour le diagnostic, Epidaure travaille en
collaboration avec Mauna Kea Technologies, une start-up partenaire de l'INRIA.
Baptisé du nom de la ville grecque, berceau de la médecine
antique, Epidaure affiche ses ambitions. A l'origine d'une nouvelle discipline,
l'analyse d'images médicales, qui sera désormais enseignée
dans les écoles d'ingénieurs, l'équipe développe
des systèmes et des outils d'analyse pour assister les médecins
et les chirurgiens dans le diagnostic et la thérapeutique. Epidaure
s'est notamment spécialisée dans la création d'atlas
anatomiques et dans leur fusion avec des images médicales de sources
multiples (scanners, IRM, échographie, médecine nucléaire,
etc.).
Autour des chercheurs de l'INRIA spécialisés dans l'imagerie, vingt-cinq personnes travaillent dans cette équipe pluridisciplinaire qui compte en permanence plusieurs médecins.
Les recherches visent à
L'analyse d'images médicales suscite un grand intérêt et la nouvelle génération de médecins qui se forme aujourd'hui sera motrice pour l'utilisation de ces outils.
Relations industrielles avec Dosigray, General Electric Medical Systems, Mauna Kea Technologies, Medtronic, Noesis, Nycomed, Philips, QuantifiCare, Siemens, etc.
Relations internationales avec les hôpitaux et les universités de Boston, Kent, Leipzig, Liverpool, Louvain, Nice, Oxford, Paris, Stanford, Zurich, etc.
Nicholas.Ayache@inria.f
04 92 38 76 61
INRIA Sophia Antipolis
Le traitement des anévrismes cérébraux associe parfois
la pose d'un micro-outil (ballonnet ou ressort) et des rayonnements post-opératoires.
La prothèse est posée à l'aide d'un cathéter que
l'on monte à partir de l'artère fémorale. Pour cela,
la visualisation précise de la zone à traiter est essentielle,
autant du point de vue fonctionnel que vasculaire. L'équipe ISA travaille
dans ce domaine en collaboration avec le laboratoire du Professeur Picard
du CHU de Nancy et avec la société General Electric.
Le système que développe ISA permet de fusionner les images
angiographiques en trois dimensions du patient avec celles issues de l'IRM.
Avant l'intervention, le chirurgien peut travailler sur une image plus complète
de la zone ; pendant l'intervention, il peut effectuer des recalages avec
les diverses images ; après l'intervention, il peut suivre l'évolution
de l'anévrisme et doser plus précisément la quantité
de rayons nécessaires pour traiter le patient de façon moins
invasive.
L'outil est actuellement en phase de validation pour en évaluer la
précision, celle-ci devant être inférieure au millimètre
pour le cerveau. Il faut, en particulier, pouvoir être certain que le
recalage des images est aussi précis en périphérie d'une
zone qu'au centre.
Cet outil devrait servir également au traitement des malformations
artérioveineuses.
La fusion d'images de sources multiples constitue le coeur des recherches
conduites par l'équipe ISA dans le domaine médical, notamment
celles issus de l'IRM et de l'angiographie à trois dimensions.
Comment mettre en rapport une donnée qui apparaît dans une image
avec la même donnée qui apparaît dans une autre image et
sous une autre forme ? Cela impose de recaler les images, prises avec des
échelles différentes, sur des positions différentes du
patient.
ISA est une des rares équipes à travailler sur des images angiographiques
en trois dimensions.
L'équipe se compose de trente-cinq personnes, dont dix-huit chercheurs
et enseignants-chercheurs permanents venus du CNRS, de l'INRIA et de l'Université
de Nancy. Leurs travaux portent sur le recalage et la fusion d'images, ainsi
que sur la modélisation et la simulation.
L'équipe du projet ISA, qui travaille aussi sur d'autres applications, veut se consacrer de plus en plus aux sciences du vivant et, notamment, à la médecine cardiaque. Le projet souhaite aborder également les applications de réalité augmentée au service de la chirurgie pour répondre à la forte demande dans ce domaine.
General Electric Medical Systems Europe
CHU Nancy
Marie-Odile.Berger@inria.fr
03 83 59 20 70
INRIA Lorraine - LORIA
Les sillons corticaux qui marquent la séparation entre les
différentes parties du cortex, constituent les voies d'accès
de toute chirurgie du cerveau. En analysant les images IRM de différents
patients, VISTA a développé un modèle de ces sillons,
établissant des statistiques de ces structures. Les chirurgiens peuvent
ainsi comparer les images IRM de leurs patients avec le modèle, pour
mieux préparer leurs interventions.
Ces recherches qui ont déjà apporté une grande amélioration
dans les pratiques opératoires se concentrent aujourd'hui sur l'intégration
d'images préopératoires avec des images échographiques
acquises pendant l'intervention. L'objectif du projet est de baliser les voies
d'accès au cerveau en fournissant au chirurgien, pendant l'opération,
des images en réalité augmentée intégrant le modèle,
qui s'adaptera selon les images échographiques recueillies. Il pourra
alors, en temps réel, préciser ses repères et suivre
son avancée vers la zone opératoire.
Ce travail est effectué en collaboration avec le laboratoire IDM et
les services de radiologie et de neurochirurgie de la faculté de médecine
de Rennes.
VISTA travaille également à l'élaboration d'atlas probabilistes anatomo-fonctionnels du cerveau, à partir d'images fonctionnelles cérébrales et d'images IRM. Ces atlas serviront à mettre en correspondance des données fonctionnelles recueillies sur différentes personnes pour trouver des corrélations.
Si VISTA consacre une grande partie de ses travaux à la neurochirurgie,
ses recherches sur l'image en temps réel abordent également
d'autres domaines.
En partenariat avec le CHR de Rennes, l'équipe travaille actuellement
sur un système d'acquisition d'images échographiques en mode
" mains libres ". Le système, robotisé,
permet à un échographe expert d'effectuer une échographie
à distance sur un patient.
Cet outil répond à un enjeu socio-économique important.
En effet, il est difficile pour un expert d'interpréter un examen échographique
qu'il n'a pas lui-même réalisé dans la mesure où
il a besoin d'interagir avec la sonde. Le système développé
par VISTA devrait permettre à des médecins généralistes
référents de proposer une échographie à leurs
patients dans leur propre cabinet, l'examen étant réalisé
à distance par un expert.
L'équipe VISTA travaille sur de nombreuses applications liées à l'image, notamment pour la robotique. La partie de l'équipe qui travaille sur les sciences du vivant se compose de deux chercheurs spécialisés dans l'imagerie médicale et les mathématiques appliquées (INRIA et CNRS) qu'accompagnent des doctorants.
Leurs recherches, en collaboration étroite avec des cliniciens, notamment le CHR de Rennes, visent à :
Faculté de médecine et CHU de Rennes
CHU de Tours
Christian Barillot
02 99 84 75 05
INRIA Rennes - IRISA
