Analyse d'images médicales

À mon arrivée dans l’équipe GMCAO du laboratoire TIMC en 2006, j’ai rejoint trois projets applicatifs portés par mes collègues, en apportant mon expertise en traitement et analyse d’images médicales. Ces collaborations m’ont permis de contribuer concrètement à des problématiques cliniques variées — de la vision chirurgicale en temps réel au calcul de dose en radiologie oncologique — tout en m’appropriant les outils et la culture de l’équipe.

Ces trois projets s’inscrivent dans un travail académique rigoureux de production de connaissances : chaque contribution a donné lieu à des publications dans des journaux et conférences internationaux à comité de lecture, ou à un dépôt de brevet. Les compétences décrites ici ont été forgées en plus de cet effort de formalisation scientifique — elles en sont le produit direct.

Ces trois projets illustrent une conviction fondatrice de ma démarche : une image médicale ne vaut que si elle est exploitable par le clinicien au bon moment et dans le bon contexte.

Curiethérapie de la prostate — Orientation des grains d’iode 125

Projet porté par Jocelyne Troccaz (TIMC-GMCAO)
Co-encadrement du post-doctorant Giao Nguyen à 50 % avec Jocelyne Troccaz

Contexte

La curiethérapie prostatique consiste à implanter des grains radioactifs d’iode 125 directement dans la glande prostatique. Le calcul de la dose absorbée par le tissu tumoral — la dosimétrie — est crucial pour évaluer l’efficacité du traitement et anticiper les effets secondaires. Or, les outils de dosimétrie de l’époque modélisaient les grains comme des sources ponctuelles isotropes, négligeant leur orientation réelle dans le tissu.

La question posée : l’orientation des grains influence-t-elle suffisamment la dosimétrie pour justifier sa prise en compte dans les logiciels cliniques ?

Contributions

Pour répondre à cette question, il fallait d’abord détecter et localiser automatiquement les grains dans les images scanner post-opératoires — une tâche difficile car les grains sont petits, proches les uns des autres et peuvent se chevaucher en projection.

Nous avons développé une méthode complète de :

• Segmentation des grains d’iode dans les images CT
• Séparation des grains qui se touchent ou se superposent
• Estimation de la pose (position + orientation 3D) de chaque grain

Les résultats ont permis de conclure que l’orientation des grains avait bien un impact mesurable sur la dosimétrie — une avancée cliniquement significative pour l’évaluation post-opératoire.

Compétences mobilisées

• Traitement d’images 3D (scanner CT)
• Modélisation géométrique de sources radioactives
• Développement et intégration dans la plateforme CamiTK pour utilisation clinique
• Protocoles d’évaluation sur données réelles

Publications associées

• [IEEE TBME 2015] H.-G. Nguyen, C. Fouard, J. Troccaz — Segmentation, separation and pose estimation of prostate brachytherapy seeds in CT images — lire
• [Cancer/Radiothérapie 2014] F. Meneu, H. Nguyen, C. Fouard et al. — Impact de l’orientation des grains iode 125 dans l’évaluation de la dosimétrie à 1 mois — lire
• [Physica Medica 2013] F. Meneu, G. Nguyen et al. — Consideration of seeds orientation in prostate brachytherapy and dosimetry analysis — lire

Suivi de structures osseuses par échographie 3D

Co-direction à 50 % avec Jocelyne Troccaz
Thèse de Jonathan Schers (2006–2009)

Contexte

Les interventions orthopédiques — pose de prothèses, ostéotomies — nécessitent un suivi en temps réel des structures osseuses pendant l’opération. Les techniques classiques impliquent soit l’utilisation de rayons X (irradiation), soit la fixation de repères invasifs sur l’os (marqueurs osseux). L’objectif de ce projet était d’explorer une alternative minimalement invasive : le suivi par ultrasons (échographie 3D).

Contributions

Nous avons proposé une méthode de suivi per-opératoire basée sur le recalage 3D/3D d’images échographiques : à partir d’un volume de référence acquis en début d’intervention, on suit les déplacements de l’os en recalant chaque nouvelle acquisition sur ce volume.

Les principaux verrous scientifiques levés :

• Développement d’algorithmes de segmentation des surfaces osseuses dans les images échographiques (signal bruité, artefacts de réflexion)
• Méthode de recalage déformable et rigide adaptée à la modalité ultrasonore
• Reconstruction panoramique à partir de plusieurs acquisitions partielles
• Évaluation sur pièces anatomiques

Compétences mobilisées

• Traitement du signal ultrasonore
• Recalage d’images médicales multimodales
• Mise au point d’une méthode de validation de recalage sans réalité terrain
• Co-encadrement doctoral (50 %)

Publications associées

• [IUS 1007] J. Schers, J. Troccaz, V. Daanen, C. Fouard, C. Plaskos, P. Kilian - 3D/4D ultrasound registration of bone - read
• [IJCARS 2009] J. Schers, J. Troccaz, C. Fouard, C. Plaskos, O. Palombi — 3D/3D ultrasound registration for panoramic volume reconstruction — lire
• [CAOS 2010] J. Schers, C. Fouard, J. Troccaz — Non invasive ultrasound-based bone tracking — lire

Laparoscopie répartie — Vue étendue du champ opératoire

Co-direction à 50 % avec Philippe Cinquin
Thèse de Christophe Boschet (2007–2010)

Contexte

Lors d’une intervention laparoscopique, le chirurgien dispose d’un champ de vision très limité : sa caméra endoscopique, introduite par un trocart, ne voit qu’une zone restreinte de la cavité abdominale. Il est contraint de déplacer continuellement la caméra pour explorer le champ opératoire, ce qui nuit à sa concentration et augmente la durée de l’intervention.

L’idée : remplacer une unique caméra haute résolution par plusieurs petites caméras miniatures distribuées (du type de celles des téléphones portables de l’époque), et reconstruire en temps réel une vue panoramique 3D de la zone opérée.

Contributions

Ce projet posait des défis inédits à la croisée de la vision par ordinateur et de l’informatique embarquée :

• Étalonnage de plusieurs caméras miniatures en configuration endoscopique
• Reconstruction 3D du champ opératoire par stéréovision répartie
• Fusion des flux vidéos pour produire une vue augmentée cohérente
• Intégration dans la plateforme CamiTK et prototypage pour expérimentation préclinique

Ce projet est resté à l’état de prototype de recherche mais a donné lieu à une protection industrielle (brevet européen).

Compétences mobilisées

• Vision par ordinateur stéréoscopique
• Calibration de systèmes optiques multi-caméras
• Intégration matérielle/logicielle
• Rédaction de brevet

Productions associées

• [Brevet EP 2016] P. Cinquin, S. Voros, C. Boschet, C. Fouard, A. Moreau-Gaudry — Imaging system for the three dimensional observation of an operation field — lire

Ce que ces projets m’ont appris

Ces trois collaborations ont été pour moi une école pratique du prototypage médical — et bien davantage qu’une liste de compétences techniques.

J’y ai appris à travailler sur des données cliniques réelles, imparfaites, souvent sans réalité terrain disponible pour valider les algorithmes. J’y ai développé le réflexe de concevoir des protocoles d’évaluation rigoureux là où les benchmarks standards n’existaient pas, et d’intégrer les contraintes du bloc opératoire dès la phase de conception — contraintes de temps, de stérilité, d’ergonomie pour le chirurgien.

J’y ai aussi forgé ma manière de collaborer : apprendre à poser les bonnes questions aux cliniciens, à traduire un besoin médical en problème algorithmique, à livrer des outils intégrés dans une plateforme logicielle utilisable par des non-informaticiens.

Ces savoir-faire — construits en parallèle d’un travail soutenu de publication et de production scientifique formalisée — sont ceux que je mets aujourd’hui au service du prototypage d’applications médicales.