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REMI — Aide à la décision pour la revascularisation endovasculaire des membres inférieurs

Wed, 01 Sep 2021 00:00:00 +0000

Comment aider un·e chirurgien·ne vasculaire à choisir la meilleure stratégie de revascularisation, alors que le succès d’une technique reste difficile à prédire ? REMI explore une réponse : apprendre des cas passés — comme le fait un clinicien expérimenté — mais de façon outillée, traçable et interprétable.

Le résultat, d’abord

REMI (Revascularisation Endovasculaire des Membres Inférieurs) est un projet d’aide à la décision clinique que je coordonne depuis 2021, en collaboration étroite avec le service de chirurgie vasculaire du CHU Grenoble Alpes. En quelques années, il a permis de :

concevoir et déployer en service un logiciel de recueil de données centré utilisateur ;
transformer des données cliniques réelles — incomplètes et hétérogènes — en une base de cas exploitable ;
démontrer la pertinence du raisonnement à partir de cas pour proposer à un nouveau patient les stratégies ayant réussi chez des patients similaires ;
mener à terme une thèse de doctorat (Margaux Roux, soutenue avec brio le 16 décembre 2025) et fédérer une équipe pluridisciplinaire financée par cinq financements successifs.

Ce projet a consisté, à partir d’un besoin clinique concret, à le traduire en spécifications, à lever les verrous techniques et organisationnels, et à aller jusqu’à un prototype réellement utilisé.

Le problème clinique : une décision difficile à anticiper

L’artériopathie oblitérante des membres inférieurs (AOMI) est une maladie des artères des jambes dont les symptômes principaux sont la douleur et les plaies ischémiques. Pour éviter les complications graves — amputation, décès — la revascularisation vise à restaurer le flux sanguin, par voie endovasculaire (angioplastie, stenting) ou par chirurgie ouverte.

Le problème : la probabilité de succès ou d’échec d’une technique reste difficile à prédire. Le·la chirurgien·ne s’appuie sur des arbres de décision, des scores (WIfI) et surtout sur son expérience. À ce jour, aucun outil ne l’aide pleinement à choisir, pour ce patient, la stratégie la plus prometteuse.

Techniques endovasculaires de revascularisation : angioplastie et stenting (fig. 1.9, thèse M. Roux).

Une méthode : le raisonnement à partir de cas

Les systèmes d’aide à la décision clinique se répartissent classiquement en deux familles : les approches statistiques, performantes mais souvent peu interprétables (« boîtes noires »), et les approches à base de règles expertes, transparentes mais difficiles à faire évoluer.

REMI explore une voie intermédiaire : le Raisonnement à Partir de Cas (RAPC), ou Case-Based Reasoning. Son hypothèse — « des problèmes similaires ont des solutions similaires » — se traduit, en clinique, par : des symptômes similaires, traités par des thérapies similaires, conduisent à des résultats similaires. C’est une méthode d’apprentissage proche du raisonnement médical lui-même, et naturellement plus explicable : chaque recommandation s’appuie sur des cas réels que l’on peut examiner.

Le cycle RAPC se décompose en quatre temps (illustrés en image de couverture) : remémorer des cas semblables, réutiliser et adapter leur solution, réviser le résultat, puis retenir le nouveau cas pour enrichir la base.

De la donnée clinique brute à une base de cas exploitable

C’est souvent l’étape la plus sous-estimée — et la plus structurante. Les données disponibles dans les dossiers patients informatisés sont incomplètes, hétérogènes et pensées pour le soin, non pour l’analyse. Le projet a donc dû :

modéliser un « cas » : un jeu d’attributs décrivant le problème (sévérité, score WIfI, anatomie des lésions, comorbidités) et un second décrivant la solution chirurgicale et son issue ;
traiter explicitement les données manquantes et le typage des attributs ;
combiner données rétrospectives et prospectives, puis développer un protocole d’extraction et d’agrégation en Python transformant des données patient-centrées en une base orientée « aide à la décision ».

Diagramme de classes du modèle de données implémenté dans le logiciel de collecte (fig. 3.9, thèse M. Roux).

Un logiciel prototype, centré utilisateur et déployé en service

Pour collecter des données prospectives de qualité, nous avons conçu un logiciel prototype directement utilisable par les cliniciens, dans leur flux de travail. Il calcule automatiquement le score WIfI (et donc le risque d’amputation), modélise une opération comme une séquence de gestes appliqués à des lésions, et génère automatiquement un compte-rendu opératoire.

C’est exactement le type de livrable qui m’intéresse : un outil pensé avec et pour ses utilisateurs, robuste assez pour quitter la paillasse et entrer dans la pratique. Le développement de cette application a justifié le recrutement d’un ingénieur de recherche dédié.

Interface du logiciel prototype de recueil de données (fig. 3.11, thèse M. Roux).

Vidéo de démonstration du logiciel, présentée lors de la première conférence du projet (en français).

Représenter les cas pour les comparer

Comparer deux patients suppose une bonne mesure de similarité entre cas. Le projet s’appuie sur un auto-encodeur : un réseau de neurones qui apprend à représenter chaque cas dans un espace latent compact, où la proximité géométrique reflète la similarité clinique. La remémoration des cas pertinents se fait alors dans cet espace.

Remémoration des cas similaires dans l’espace latent appris (fig. 4.4, thèse M. Roux).

Conduite de projet et financements

Démarré en 2021 avec la Pre Rafaëlle Spear, le projet a réuni au fil du temps trois sites (TIMC à Grenoble, LTSI à Rennes, CHU Grenoble Alpes) et a été soutenu par 284 450 € levés auprès de quatre sources de financement.

Période	Projet / dispositif	Co-porteur·euse·s	Financement obtenu	Source	Montant
2021–2022	REMI-ORIA	Rafaëlle Spear	Matériel	EMERGENCE (laboratoire TIMC)	12 000 €
2022–2023	User-centered development for data collection in endovascular revascularization	Rafaëlle Spear & Alexandre Demeure	2 stagiaires de Master 2 (Laure Chatenet & Clément Gasse)	MIAI@Grenoble Alpes (ANR-19-P3IA-0003)	11 200 €
2024–2025	CAMI-assistant chair	Sandrine Voros	1 ingénieur de recherche pendant 1 an (Romaric Ruga) + matériel	MIAI@Grenoble Alpes (ANR-19-P3IA-0003)	66 056 €
2024–2026	Aide à la décision — REMI	Rafaëlle Spear & Pascal Haigron	1 doctorante (Margaux Roux)	LabeX CAMI	160 000 €
2026–2027	Déploiement et validation clinique d’un outil d’IA	Rafaëlle Spear	Fin de thèse + 1 stagiaire + sous-traitance logicielle	Fondation pour l’Avenir	35 194 €
				Total	284 450 €

Encadrement et collaborations

Margaux Roux, doctorante — thèse « Aide à la décision pour la revascularisation endovasculaire des membres inférieurs », soutenue le 16 décembre 2025 (co-direction à 33 % avec R. Spear et P. Haigron).
Laure Chatenet et Clément Gasse, stagiaires de Master 2.
Romaric Ruga, ingénieur de recherche (finalisation du logiciel de recueil de données).
Pre Rafaëlle Spear (PU-PH, chirurgie vasculaire, CHU Grenoble Alpes) — co-porteuse clinique depuis l’origine du projet.
Pr Pascal Haigron (Université de Rennes, LTSI) — co-encadrant de la thèse.
Sandrine Voros (TIMC) et Alexandre Demeure — co-porteurs de dispositifs de financement.

Publications

2025. Roux Margaux, Spear Rafaëlle, Fouard Céline, Haigron Pascal — Retrieving similar cases for clinical decision support in the context of revascularization of lower limbs. International Journal of Medical Informatics, Vol 201, pp105931
2024. Roux Margaux, Spear Rafaëlle, Haigron Pascal, Demeure Alexandre, Fouard Céline — Toward Decision Support System for Lower Limb Endovascular Revascularization. 2024 46th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
2023. Spear Rafaëlle, Fouard Céline, Demeure Alexandre, Gasse Clément, Chatenet Laure — User-centered design for the development of a patient monitoring software for peripheral arterial disease. Annals of Vascular Surgery

Ce projet marque, avec la thèse de , mon ancrage dans l’ — avec une exigence constante : des méthodes interprétables, des outils réellement utilisables, et un dialogue permanent avec les cliniciens.

LPR : d'une idée de laboratoire au prototype clinique

Mon, 01 Jun 2020 00:00:00 +0000

Mener un robot médical du concept aux premiers essais sur l’humain : montée en TRL, assurance qualité, analyse de risques et maturation industrielle.

Le geste à assister

Insérer une aiguille sous contrôle d’imagerie est un acte de radiologie interventionnelle courant : pour une biopsie ou l’ablation d’une tumeur, le clinicien acquiert une image volumique, repère une trajectoire sur une coupe, puis insère l’aiguille. Le geste est délicat — au moment de l’insertion, le radiologue dispose de très peu d’outils de guidage et se fie surtout à son expérience et à la mémorisation de la coupe choisie. Sous scanner, vérifier la trajectoire impose des images de contrôle répétées, donc de l’irradiation et des allers-retours ; sous IRM, le geste devient presque impossible à réaliser à la main dans le tunnel.

Le LPR (Light Puncture Robot) répond à ce problème : un robot léger posé directement sur le patient pour suivre au plus près ses mouvements, capable de tenir, positionner et insérer l’aiguille sous le contrôle du clinicien. Il est compatible à la fois avec le scanner X et l’IRM — donc entièrement fabriqué en matériaux non ferromagnétiques — et se recale automatiquement dans l’image. La vidéo ci-dessous le résume, du recalage au positionnement de l’aiguille :

La montée en TRLs

La vraie difficulté d’un dispositif médical n’est pas d’avoir l’idée : c’est de lui faire franchir les niveaux de maturité technologique (TRL) jusqu’à pouvoir la tester sur l’humain. Voici le chemin parcouru par le LPR, du concept (TRL 1) au prototype clinique (TRL 6) :

Les premiers paliers ont été rapides : observation du geste clinique, premier design, premier prototype (le prototype α, présent à mon arrivée dans l’équipe). Le vrai travail a commencé ensuite. Passer du TRL 4 au TRL 5 — d’un robot validé en laboratoire à un robot autorisé à être testé sur l’humain — a demandé infiniment plus que de la recherche : une refonte du code sous assurance qualité, une analyse de risques complète, et le recours à des compétences extérieures. Nous avons collaboré avec notre partenaire Axe Systems pour la fabrication de la partie mécanique sous assurance qualité, et avec le CIC-IT du CHU Grenoble Alpes ainsi que l’entreprise SQI pour l’analyse de risques et le développement qualité. Ce dossier a permis d’obtenir l’accord de l’ANSM et de monter un protocole garantissant la non-dangerosité du robot pour des essais précliniques sur sujets sains en IRM, sans insertion d’aiguille.

Ces essais ont mobilisé, pendant deux ans, une équipe de dix personnes que j’ai coordonnée (3 du CIC-IT, 3 du TIMC, 2 d’Axe Systems, 2 de SQI).

Passer du TRL 4 au TRL 5, c’est refondre le code sous assurance qualité, mener une analyse de risques et faire dialoguer recherche, clinique et industrie. C’est exactement le travail qu’attend une entreprise qui veut transformer un prototype prometteur en dispositif crédible.

L’étape suivante — l’industrialisation — ne pouvait plus se faire en laboratoire. J’ai donc porté un projet de start-up à partir du robot, accompagnée par la SATT Linksium de Grenoble, d’abord en maturation (2017) puis en incubation (2018–2019). Cette phase a abouti à deux brevets et à deux candidatures au concours BPI i-Lab (2018 et 2019). Les retours ont été excellents — 17/20 sur la dimension technologique, 14,6/20 sur la dimension financière, 14,8/20 en note générale — mais le projet n’a finalement pas été financé. J’y ai recruté et encadré un ingénieur (Jérémy Lenfant) puis deux cofondateurs successifs pour la partie business (Bertrand Perrin, puis Antoine Bourrier).

Gestion de projet : les financements

Au-delà de la technique, le LPR a été une longue aventure de coordination à l’interface recherche / clinique / industrie, soutenue par une série de financements que j’ai obtenus et pilotés :

Projet	Rôle	Financeur / type	Partenaires	Période
Robacus	Coordinatrice	ANR TecSan — ANR-11-TECS-020-01	TIMC, LIRMM, CHU Grenoble Alpes (CIC-IT, radiologie), Axe Systems	2012–2015
LPROP	Coordinatrice	Institut Carnot LSI — pré-maturation	TIMC	2015–2016
Emergence (×2)	Coordinatrice	TIMC — interne (matériel & stagiaires)	TIMC	2016–2017
Maturation LPR	Coordinatrice	SATT Linksium	TIMC, Linksium	2017
Incubation LPR	Coordinatrice	SATT Linksium	Linksium, cofondateurs	2018–2019

En coulisses : piloter le robot à distance

En collaboration avec l’équipe du LIRMM (Montpellier), partenaire de l’ANR Robacus, nous avons démontré la commande à distance du robot en temps réel, via une interface de téléopération à retour d’effort — une étape vers un geste où le radiologue piloterait l’insertion depuis la salle de contrôle, sans s’exposer aux rayonnements. Cette démonstration de faisabilité n’a pas été poussée plus loin, mais elle illustre bien la souplesse de l’architecture du logiciel de guidage, bâti sur , l’atelier de prototypage d’applications médicales que je co-développe : sa modularité a permis de réutiliser le code d’une version du prototype à l’autre, plutôt que tout réécrire.

Compétences mobilisées

Coordination de projet multi-partenaire (recherche · clinique · industrie) · développement sous assurance qualité et analyse de risques d’un dispositif médical · conduite d’essais précliniques réglementés sur sujets sains · montée en TRL d’une brique logicielle, du concept au prototype clinique · maturation et incubation industrielle (rédaction de brevets, business plan, recrutement d’équipe) · architecture logicielle modulaire et réutilisable pour le prototypage médical.

Publications associées

2022. Fouard Céline, Lenfant Jérémy, Ganesaratnam Gokularajah, Hungr Nikolaï — Connector for cables. US Patent
2018. Ghelfi Julien, Moreau-Gaudry Alexandre, Hungr Nikolaï, Fourd Céline, Veron Baptiste, Medici Maud, Chipon Émilie, Cinquin Philippe, Bricault Ivan — Evaluation of the needle positioning accuracy of a light puncture robot under MRI guidance: results of a clinical trial on healthy volunteers. Cardiovascular and interventional radiology, vol 41 no 9
2016. Hungr Nikolaï, Bricault Ivan, Cinquin Philippe, Fouard Céline — Design and validation of a CT-and MRI-guided robot for percutaneous needle procedures. IEEE transactions on robotics, vol 32 Issue 4
2014. Dorileo Ederson, Hungr Nikolaï, Zemiti Nabil, Fouard Céline, Poignet Philippe — A modular CT/MRI-guided teleoperation platform for robot assisted punctures planning. CARS 2014-28th International Congress and Exhibition on Computer Assisted Radiology and Surgery
2014. Dorileo Ederson, Zemiti Nabil, Poignet Philippe, Hungr Nikolaï, Bricault Ivan, Fouard Céline — Observations of Lightly Flexible Needle Deflection in 3D CT/MRI. Proceedings of Surgetica 2014
2011. Hungr Nikolaï, Fouard Céline, Robert Adeline, Bricault Ivan, Cinquin Philippe — Interventional radiology robot for CT and MRI guided percutaneous interventions. Proceedings of the 14th international conference on Medical image Ccomputing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI)
2008. Zemiti Nabil, Bricault Ivan, Fouard Céline, Sanche Bénédicte, Cinquin Philippe — LPR: A CT and MR-compatible puncture robot to enhance accuracy and safety of image-guided interventions. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics
2008. Bricault Ivan, Zemiti Nabil, Jouniaux Émilie, Fouard Céline, Taillant Élise, Dorandeu Frédéric, Cinquin Philippe — Light Puncture Robot for CT and MRI Interventions. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine

Localiser automatiquement les organes dans le scanner

Fri, 30 Sep 2016 00:00:00 +0000

Mon premier virage vers le machine learning — pris, avec cet étudiant, deux ans avant l’explosion du deep learning.

Dans le prolongement du projet , j’ai co-encadré avec Emmanuel Promayon la thèse de Prasad Samarakoon, soutenue le 30 septembre 2016 à l’Université Grenoble Alpes (financement ANR TecSan « Robacus »). C’est le projet qui m’a fait basculer vers le machine learning appliqué à l’image médicale. Nous avons commencé deux ans avant l’essor de la segmentation par deep learning : nous avons donc misé, non sur les réseaux de neurones profonds, mais sur les forêts d’arbres décisionnels (random forests) — un choix lucide pour l’époque, et formateur.

Ce que cette thèse m’a vraiment apporté, ce n’est pas une méthode de plus : c’est une familiarité précoce avec les forces et les limites des approches par apprentissage — au premier rang desquelles leur étonnante robustesse.

L’enjeu : localiser, pas segmenter

Pour planifier une ponction assistée par le robot LPR, il faut d’abord situer dans le scanner les organes cibles et ceux à éviter — une étape encore réalisée à la main par le clinicien, fastidieuse et coûteuse en temps d’expert. Plutôt que de viser d’emblée la segmentation complète (délimiter chaque contour), nous avons attaqué le problème plus abordable et tout aussi utile de la localisation : encadrer chaque organe par une boîte englobante, automatiquement.

La contribution

Au-delà d’une analyse fine de la méthode, la thèse a produit deux apports à réelle portée pratique :

les Light Random Regression Forests : un modèle plus rapide et bien plus économe en mémoire, à précision équivalente — donc plus facile à embarquer et à déployer ;
une paramétrisation automatique qui supprime des réglages jusque-là fixés « à la main », rendant la méthode plus robuste et plus reproductible d’un jeu de données à l’autre.

Le pipeline des forêts de régression : préparation des données, prétraitement, entraînement, puis prédiction (en jaune les données, en bleu les traitements)

Robustesse — et biais : l’anecdote du rein fantôme

Une expérience reste, pour moi, l’illustration parfaite de ce que sont vraiment ces méthodes. Pour apprendre à localiser les reins, notre base d’entraînement — constituée de segmentations manuelles d’experts (nous-mêmes et les doctorants de l’équipe) — ne contenait que des patients à deux reins. En phase d’essai, le radiologue nous a soumis l’image d’un patient n’en ayant qu’un seul. L’algorithme a consciencieusement trouvé… deux boîtes englobantes, plaçant un « rein fantôme » là où la statistique l’attendait.

Nous étions, dès cette époque, sensibilisés à une vérité qui n’a rien perdu de son actualité : un modèle n’est que le reflet des données qu’on lui montre. La qualité et la représentativité du jeu d’apprentissage comptent autant que l’algorithme lui-même.

Ce que ce projet a représenté

Avec l’essor du deep learning, cette stratégie de localisation par forêts a ensuite été mise de côté — mais elle aura été décisive. Elle m’a permis d’aborder le tournant du machine learning par les fondations, à un moment où l’on prenait encore le temps de comprendre pourquoi une méthode fonctionne, ce qu’elle garantit, et où elle se trompe. C’est ce regard — robustesse, généralisation, vigilance sur les données — que je mobilise aujourd’hui dans le prototypage d’applications médicales.

Compétences mises en œuvre : co-encadrement doctoral · machine learning appliqué à l’image médicale · conception de méthodes robustes et automatiques · constitution et critique de bases d’apprentissage.

Publications liées

2017. Samarakoon Prasad N, Promayon Emmanuel, Fouard Céline — Light Random Regression Forests for automatic multi-organ localization in CT images. 2017 IEEE 14th International Symposium on Biomedical Imaging (ISBI 2017)
2014. Saramakoon Prasad, Promayon Emmanuel, Fouard Céline — Fully Automatic Organ Localization in Medical Images Using Improved Random Regression Forests. Proceedings of Surgetica 2014

Analyse d'images médicales

Wed, 01 Oct 2014 00:00:00 +0000

À mon arrivée dans l’équipe 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

Implantation transpérinéale guidée par échographie — contexte clinique

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.

Grains implantés visibles dans une coupe CT : grains individuels, grains jointifs et os pelviens

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

Localisation 3D des grains de curiethérapie dans la prostate (visualisation CamiTK)

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 —
[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 —
[Physica Medica 2013] F. Meneu, G. Nguyen et al. — Consideration of seeds orientation in prostate brachytherapy and dosimetry analysis —

Suivi de structures osseuses par échographie 3D

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

Intervention orthopédique guidée par ultrasons : le contexte clinique

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.

Segmentation de la surface osseuse dans une image échographique

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 -
[IJCARS 2009] J. Schers, J. Troccaz, C. Fouard, C. Plaskos, O. Palombi — 3D/3D ultrasound registration for panoramic volume reconstruction —
[CAOS 2010] J. Schers, C. Fouard, J. Troccaz — Non invasive ultrasound-based bone tracking —

Laparoscopie répartie — Vue étendue du champ opératoire

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

Laparoscopie standard : une seule caméra, un champ de vision étroit

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.

Laparoscopie standard : une seule caméra, un champ de vision étroit

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

Reconstruction 3D du champ opératoire à partir de caméras multiples (CamiTK)

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 —

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.

CamiTK : un atelier pour prototyper des applications médicales

Tue, 01 Nov 2011 00:00:00 +0000

Du logiciel à la méthode — capitaliser le savoir-faire interdisciplinaire pour aller plus vite, du concept au prototype validé.

Concevoir une application pour le bloc opératoire, ce n’est jamais « juste du code ». C’est faire dialoguer des images médicales, des capteurs, des modèles biomécaniques, parfois un robot, et surtout des spécialistes qui ne parlent pas la même langue technique. CamiTK est l’outil que j’ai co-fondé avec Emmanuel Promayon pour que ce dialogue produise des prototypes — vite, proprement, et de façon réutilisable. C’est aussi le socle d’expertise sur lequel je m’appuie aujourd’hui pour accompagner des entreprises dans le prototypage d’applications médicales.

Le problème : l’interdisciplinarité coûte cher

Dans le domaine des gestes médico-chirurgicaux assistés par ordinateur, chaque équipe arrive avec son monde : son système d’exploitation, son langage de prédilection, ses bibliothèques, ses habitudes — et son niveau de maturité, du prototype jetable au logiciel de qualité clinique. À chaque nouveau projet, la tentation est de tout réécrire. On réinvente la roue, on perd des mois, et le savoir-faire repart avec la personne qui quitte l’équipe.

Pour une entreprise, c’est exactement le point de douleur : comment éviter de repartir de zéro à chaque innovation, tout en gardant la rigueur exigée par le médical ?

La réponse : un socle logiciel commun

Avec Emmanuel Promayon, nous avons conçu CamiTK comme un atelier modulaire : un cœur stable qui prend en charge ce qui est commun à tous les projets — visualisation 3D, interaction, gestion des données et des entrées/sorties, abstraction des formats médicaux (DICOM, maillages…) — et autour duquel chaque spécialiste vient brancher son extension métier, sans toucher au reste.

L’architecture en briques de CamiTK : un cœur commun, une couche d’interfaçage, et une extension par expertise métier.

Ce choix d’architecture (un cœur en C++/Qt/VTK, suivant une ingénierie logicielle par composants) apporte ce qu’une entreprise recherche dans un socle technique. Et depuis la version 5, CamiTK accepte aussi des extensions en Python : on peut prototyper une idée en quelques lignes, puis la consolider en C++ une fois validée — exactement le bon compromis entre rapidité d’exploration et robustesse de production.

Concrètement, le socle apporte :

Multiplateforme — le même code tourne sous Linux, Windows et macOS.
Interopérabilité — les briques d’un projet se réutilisent dans le suivant.
Comportements par défaut — un·e spécialiste branche son algorithme et obtient immédiatement une application fonctionnelle, sans réécrire l’interface.
Garantie de la propriété intellectuelle — chaque module garde sa propre licence ; l’open source du cœur coexiste avec des extensions propriétaires (ce fut le cas des modules confidentiels du LPR).
Pérennité — la connaissance reste dans l’outil, pas seulement dans les têtes.

Exemple d’application prototypée sous CamiTK.

De la brique logicielle à la méthode

L’apport le plus précieux de CamiTK n’est pas le code : c’est ce que sa pratique nous a appris. En accompagnant des projets réels jusqu’au transfert technologique — au premier rang desquels le — nous avons généralisé une méthodologie de montée en maturité des briques logicielles pour les dispositifs médicaux, calée sur l’échelle des TRL (Technology Readiness Levels).

Concrètement : savoir à quel niveau de maturité se situe un prototype, ce qu’il faut faire pour passer au suivant, et où placer l’effort de validation et de qualité logicielle pour ne pas se retrouver bloqué·e au moment du transfert industriel ou clinique. C’est précisément le type de cap qu’une entreprise a besoin de tenir quand elle fait passer une idée du laboratoire au produit.

CamiTK est ainsi devenu, au fil des projets, un double outil méthodologique : pour faire collaborer des disciplines, et pour structurer la montée en TRL.

L’adoption comme preuve

Une méthode ne vaut que si elle survit à ses auteur·rices. CamiTK a franchi cette épreuve : diffusé en open source, intégré au paquet officiel debian-med, adopté par des projets internes et nationaux, et — preuve la plus parlante — toujours développé activement plus de quinze ans après ses débuts (version 6.0, avec de nouveaux outils comme DevStudio pour créer une extension en quelques minutes).

Une trajectoire d’adoption continue, du laboratoire à l’écosystème open source.

Ce projet m’a aussi donné l’occasion de coordonner et coencadrer une équipe d’ingénieur·es — jusqu’à quatre simultanément — sur plusieurs années : recrutement, organisation du développement, revue de code, documentation, animation d’une communauté d’utilisateur·rices.

Ce que j’en retire — et ce que je peux apporter

J’ai fondé et structuré CamiTK ; aujourd’hui, je l’utilise au quotidien comme experte. Cette double position — celle qui a conçu l’architecture et celle qui s’en sert — me permet d’apporter à une entreprise :

une architecture logicielle durable pensée pour la réutilisation et le multiplateforme ;

une méthode de montée en maturité (TRL) éprouvée sur de vrais transferts technologiques ;

la capacité à faire collaborer des profils très différents (clinique, recherche, ingénierie, industrie) autour d’un même prototype ;

une gestion fine de la propriété intellectuelle dans un écosystème mêlant open source et briques propriétaires ;

l’encadrement d’équipes techniques dans la durée.

Publications

2013. Promayon Emmanuel, Fouard Céline, Deram Aurélien, Hungr Nikolaï, Luboz Vincent, Payan Yohan, Sarrazin Johan, Saubat Nicolas, Selmi Sonia Yuki, Voros Sandrine, Cinquin Philippe, Troccaz Jocelyne — Using CamiTK for Rapid Prototyping of Interactvie Computer Assisted Medical Intervention Applications. Proceedings of 35th Annual International Conference of the IEEE EMBS
2012. Fouard Céline, Deram Aurélien, Keraval Yannick, Promayon Emmanuel — CamiTK: a Modular Framework Integrating Visualization, Image Processing and Biomechanical Modeling. Soft Tissue Biomechanical Modeling for Computer Assisted Surgery

CamiTK est le fil rouge qui relie tous mes projets, du à l’ : la conviction qu’un bon prototype médical naît d’abord d’une bonne ingénierie, partagée et faite pour durer.

Des fondations mathématiques aux images médicales

Tue, 01 Aug 2006 00:00:00 +0000

Ce projet s’écarte délibérément du prototypage applicatif. Il témoigne d’une autre facette de ma démarche : la capacité à travailler à un niveau d’abstraction mathématique rigoureux, à produire des preuves formelles, et à publier dans des journaux de référence en mathématiques discrètes — tout en gardant en ligne de mire une application concrète en imagerie médicale.

Entre septembre 2005 et août 2006, j’ai effectué un postdoctorat au de l’Université d’Uppsala, en Suède — l’un des laboratoires fondateurs de la géométrie discrète appliquée à l’image. J’y ai eu l’opportunité de travailler aux côtés de , pionnière du domaine, dont le papier de 1986 sur les transformées de distance dans les images numériques reste une référence incontournable citée par des milliers de chercheurs — y compris aujourd’hui dans le calcul des fonctions de perte pour les réseaux U-Net en segmentation par apprentissage profond.

Le problème de départ : calculer des distances dans une image

Une transformée de distance est une opération fondamentale en traitement d’images : pour chaque pixel d’un objet, elle calcule sa distance au bord le plus proche. C’est un outil omniprésent — segmentation, squelettisation, recalage, calcul de fonctions de coût en apprentissage machine.

La distance euclidienne est la plus naturelle, mais elle pose deux problèmes pratiques :

Elle est continue, donc coûteuse à calculer exactement sur une grille discrète.
La distance euclidienne au carré (d²E), qui est discrète, ne vérifie pas l’inégalité triangulaire.

Ce dernier point mérite une illustration. L’inégalité triangulaire dit simplement que le chemin direct entre deux points ne peut jamais être plus long que de passer par un intermédiaire — c’est la propriété fondamentale de toute distance au sens mathématique.

Exemple 2D : d²E(p,q) = 9 > d²E(p,o) + d²E(o,q) = 7. Passer par o revient moins cher que d’aller directement — le chemin le plus court n’est pas la ligne droite !

La distance de chamfrein résout ce problème : c’est une façon efficace de calculer des distances dans une image numérique sans avoir à examiner tous les chemins possibles. On affecte à chaque direction de déplacement (voisin 4-connexe, 8-connexe, etc.) un poids local, et on propage ces poids par un simple balayage en deux passes de l’image. Le résultat est une distance discrète, entière, rapide à calculer — et qui, sous certaines conditions sur les poids, vérifie toutes les propriétés d’une norme.

Algorithme de chamfrein — 1er passage : propagation de gauche à droite, de haut en bas

Algorithme de chamfrein — 2e passage : propagation de droite à gauche, de bas en haut

Le problème spécifique : les images médicales sont anisotropes

Sur une grille isotrope (pixels carrés, voxels cubiques), les distances de chamfrein sont bien maîtrisées. Mais les images médicales sont rarement isotropes.

Image médicale anisotrope : les voxels sont allongés dans la direction axiale

Un scanner CT typique a une résolution de 0,5 mm × 0,5 mm dans le plan axial, mais de 2 à 5 mm entre les coupes. Si l’on applique naïvement un algorithme de chamfrein calculé pour une grille isotrope à une telle image, les distances obtenues ne vérifient plus l’inégalité triangulaire — et peuvent mener à des absurdités géométriques où le chemin direct entre deux points semble plus long que de passer par un détour.

La solution classique est de rééchantillonner l’image pour la rendre isotrope avant de calculer les distances. Mais ce rééchantillonnage introduit des artefacts et alourdit considérablement le traitement.

Ma contribution : une théorie unifiée pour les grilles quelconques

Mon travail de postdoctorat a consisté à développer un cadre mathématique général permettant de calculer des distances de chamfrein directement sur n’importe quelle grille — en particulier les grilles anisotropes des images médicales — avec la garantie formelle que la distance obtenue est bien une norme au sens mathématique (positive, symétrique, inégalité triangulaire, homogénéité).

La clé du résultat est la notion de module : en généralisant le cadre des grilles discrètes des entiers (Z²) à celui des modules sur les anneaux commutatifs, j’ai pu démontrer les conditions nécessaires et suffisantes sur les poids du masque de chamfrein pour garantir la propriété de norme — indépendamment de la géométrie de la grille.

Ce travail a abouti à trois contributions majeures :

1. Distances sur grilles générales — preuve de la norme

Le papier principal dans Pattern Recognition (2007) établit la théorie complète : définitions, propriétés (distance, métrique, norme), conditions sur l’algorithme de balayage séquentiel, et application aux grilles FCC (face-centered cubic) et BCC (body-centered cubic) — des structures cristallines qui présentent des propriétés d’échantillonnage optimales pour l’imagerie médicale 3D.

Ma contribution : j’étais autrice principale de ce papier. J’ai développé la généralisation aux modules, établi les conditions de validité de l’algorithme deux-passes sur des grilles quelconques, et calculé les poids optimaux pour les grilles FCC et BCC.

[Pattern Recognition 2007] C. Fouard, R. Strand, G. Borgefors — Weighted distance transforms generalized to modules and their computation on point lattices —

2. Distances sur grilles non standard par séquences de voisinage

Une extension aux distances définies par séquences de voisinage (qui permettent une isotropie encore meilleure), avec preuve formelle des conditions pour que l’algorithme séquentiel produise des cartes de distances correctes sur les grilles carrée, cubique, FCC et BCC.

[DGCI 2006] R. Strand, B. Nagy, C. Fouard, G. Borgefors — Generating distance maps with neighbourhood sequences —

3. Comparaison des transformées de distance sur niveaux de gris

Une étude comparative de deux définitions de distance sur images en niveaux de gris (GWDT et WDTOCS), avec analyse théorique et expérimentale de leurs comportements respectifs selon le type d’image (cartes de densité, cartes de hauteur).

[DGCI 2006] C. Fouard, M. Gedda — Distance transforms on curved spaces —

Ce que ces travaux m’ont apporté

Ces douze mois à Uppsala m’ont appris à tenir deux postures simultanément : celle du mathématicien qui prouve, et celle de l’ingénieure qui cherche à résoudre un problème concret. La rigueur formelle n’est pas une fin en soi — elle est ce qui garantit qu’un algorithme se comportera correctement sur des données réelles, y compris dans les cas limites que l’on n’a pas anticipés.

L’impact indirect de ces travaux sur la pratique de l’imagerie médicale est réel : la plupart des outils de segmentation modernes, y compris les réseaux U-Net qui calculent leurs fonctions de perte à partir de cartes de distances, bénéficient de ces fondations théoriques. Je n’ai pas encore eu l’occasion d’appliquer directement ces distances anisotropes dans mes projets de recherche appliquée à Grenoble — mais c’est une piste que je garde en tête, notamment pour traiter les images médicales sans rééchantillonnage préalable.

Extraction de paramètres morphométriques pour l'étude du réseau micro-vasculaire cérébral

Fri, 21 Jan 2005 00:00:00 +0000

Mesurer le cerveau en 3D : de la microscopie aux outils logiciels.

Ma thèse de doctorat s’est déroulée à l’INRIA Sophia Antipolis, au sein de l’équipe Epidaure, sous la direction de Grégoire Malandain. Elle s’inscrivait dans le projet MicroVisu3D, qui réunissait trois mondes : les anatomistes de l’INSERM (unité U455), qui avaient besoin de quantifier la micro-circulation cérébrale ; les chercheurs en analyse d’images de l’INRIA ; et un partenaire industriel, TGS Europe, éditeur du logiciel de visualisation 3D Amira.

Il s’agissait d’une thèse CIFRE, financée par l’entreprise : j’étais donc, dès le doctorat, à l’interface directe entre la recherche académique et le monde industriel. Mon rôle a consisté à traduire un besoin scientifique — « pouvoir mesurer en 3D le réseau vasculaire du cortex » — en une chaîne d’outils logiciels concrète, utilisable par des non-informaticiens et intégrable dans un environnement industriel existant.

Ce travail a donné lieu à des publications dans des revues et conférences internationales à comité de lecture. Mais au-delà de la production scientifique, c’est une expérience de R&D appliquée menée de bout en bout — du recueil du besoin jusqu’à la livraison d’outils éprouvés — que je décris ici.

Cette thèse illustre une idée qui guide encore mon travail aujourd’hui : un algorithme n’a de valeur que s’il reste robuste face aux données réelles — imparfaites, volumineuses, et toutes différentes les unes des autres.

Le défi : mesurer un réseau immense à l’échelle du micron

Pour étudier le réseau micro-vasculaire cérébral, les anatomistes avaient besoin d’images capables de capturer le plus petit des capillaires (résolution de quelques microns) sur une surface de cortex suffisamment large pour être statistiquement significative (de l’ordre du centimètre). Aucun instrument ne pouvait acquérir une telle image en une seule fois.

La solution retenue : paver la zone à imager de nombreuses petites images acquises au microscope confocal, puis les assembler en une seule grande « mosaïque d’images ». Ce choix résolvait le problème d’acquisition, mais en créait deux nouveaux :

la mosaïque obtenue était trop volumineuse pour être chargée en mémoire d’un ordinateur standard et traitée en une seule fois ;
le microscope confocal impose une grille anisotrope (les voxels ne sont pas cubiques), ce qui complique toute mesure de distance dans l’image — et donc tout calcul de diamètre de vaisseau.

Une mosaïque de 118 images de microscopie confocale couvrant un sillon cortical (≈ 0,8 × 0,8 cm)

Ma démarche : une chaîne de traitement de bout en bout

J’ai conçu une chaîne complète, du capteur jusqu’à la mesure, pensée dès le départ pour fonctionner sur des données qui ne tiennent pas en mémoire.

flowchart LR A["Acquisition
mosaïque confocale"] --> B["Recalage &
réalignement"] B --> C["Image virtuelle
unique"] C --> D["Traitement par sous-blocs
(hors-mémoire)"] D --> E["Cartes de distance
+ lignes centrales"] E --> F["Mesures &
visualisation 3D"]

Deux maillons de cette chaîne ont fait l’objet de contributions méthodologiques originales : le calcul des cartes de distance et l’extraction des lignes centrales.

Contribution 1 — Des cartes de distance qui s’adaptent toutes seules

Pour mesurer le rayon d’un vaisseau en chaque point, on calcule une carte de distance : à chaque voxel, on associe la distance au bord le plus proche. La distance euclidienne exacte est coûteuse ; les distances de chanfrein l’approximent très efficacement en propageant de petits poids entiers entre voxels voisins.

Une forme binaire et sa carte de distance : à chaque point, la distance au bord le plus proche

Le point délicat : sur une grille anisotrope — cas de la quasi-totalité des modalités d’imagerie médicale — ces poids doivent être recalculés, et les choisir à la main est fragile et spécifique à chaque modalité.

Ma contribution a été de proposer un calcul automatique des coefficients de chanfrein optimaux, celui qui minimise l’erreur par rapport à la vraie distance euclidienne — et ce quelle que soit l’anisotropie de la grille ou la modalité d’image, sans aucun réglage manuel. La même méthode s’applique donc indifféremment à un scanner, une IRM ou un microscope confocal.

Le socle théorique de ces masques de chanfrein a été approfondi lors de mon post-doctorat : voir .

Contribution 2 — Extraire les lignes centrales, même hors-mémoire

À partir de la carte de distance, on extrait les lignes centrales des vaisseaux — les courbes qui passent par le centre de chaque vaisseau. Elles capturent la topologie du réseau et permettent d’en mesurer les longueurs, les embranchements et les rayons.

Les méthodes classiques de squelettisation exigent de charger l’image entière en mémoire — impossible ici. J’ai donc proposé une squelettisation par blocs, qui travaille sur des sous-images tout en préservant les trois propriétés essentielles d’un squelette : l’homotopie (même topologie que l’objet de départ), la localisation (le squelette reste centré) et la minceur. L’algorithme minimise par ailleurs le nombre d’accès aux sous-images, pour garantir un temps de calcul acceptable.

Squelettisation d’un objet : sans découpe (a), par traitement séparé des blocs (b), et avec notre méthode (c) qui préserve la topologie

Une fois les lignes centrales et les rayons obtenus, les vaisseaux sont modélisés comme des ensembles de cylindres (structure de données LineSet), permettant à la fois une visualisation 3D temps réel et l’extraction de paramètres quantitatifs : distributions de diamètres, de longueurs, densités vasculaires par couche corticale…

Vue d’ensemble des lignes centrales du réseau micro-vasculaire reconstruit en 3D

Une méthode générique, bien au-delà du cerveau

Aucune de ces méthodes ne fait d’hypothèse propre au cerveau. Toute grande image binaire de structures tubulaires peut être traitée de la même façon. Je l’ai validée sur des racines de plantes ; elle est directement transposable à des réseaux de neurones, à la porosité de matériaux, voire à la cartographie de pipelines.

La même méthode appliquée à des racines de plantes : une preuve concrète de la généricité de l’approche

Cette capacité à résoudre un problème dans un domaine, puis à le transposer ailleurs, est au cœur de ma manière d’aborder le prototypage.

Compétences mobilisées

Recueil d’un besoin scientifique et traduction en spécifications logicielles
Collaboration avec un partenaire industriel (thèse CIFRE, intégration dans le logiciel Amira / TGS Europe)
Conception d’algorithmes robustes et automatiques, sans paramétrage manuel
Traitement de données volumineuses hors-mémoire (par sous-blocs)
Géométrie discrète, distances de chanfrein, topologie discrète
Conception de protocoles de validation (données synthétiques + données réelles)

Publications issues de la thèse

2007. Fouard Céline, Strand Robin, Borgefors Gunilla — Weighted distance transforms generalized to modules and their computation on point lattices. Pattern Recognition Vol 40 Issue 9
2006. Fouard Céline, Gedda Magnus — An Objective Comparison between Gray Weighted Distance Transforms and Weighted Distance Transforms On Curved Spaces. Proceedings of DGCI 2006
2006. Fouard Céline, Malandain Grégoire, Prohaska Steffen, Westerhoff Malte — Blockwise processing applied to brain microvascular network study. *IEEE Transactions on Medical Imaging ( Volume: 25, Issue: 10, October 2006) *
2006. Cassot Francis, Lauwers Frederic, Fouard celineProhaska Steffen, Lauwers-Cance Valérie — A Novel Three-Dimensional Computer-Assisted Method for a Quantitative Study of Microvascular Networks of the Human Cerebral Cortex. Microcirculation
2005. Fouard Céline, Malandain Grégoire — 3-D chamfer distances and norms in anisotropic grids. Image and Vision Computing
2005. Fouard Céline — Extraction de paramètres morphométriques pour l'étude du réseau micro-vasculaire cérébral. Thèse de doctorat, Université de Nice Sophia Antipolis
2004. Kolesik Peter, Fouard Céline, Prohaska Steffen, McNeill Ann — Automated method for non-destructive 3D visualisation of plant root architecture using X-ray tomography. 4th International Workshop on Functional-Structural Plant Models
2003. Fouard Céline, Malandain Grégoire — Systematized calculation of optimal coefficients of 3-D chamfer norms. Discrete Geometry for Computer Imagery, 11th International Conference, DGCI 2003

Ce que cette thèse m’a apporté

Cette thèse a été pour moi une première école du prototypage appliqué, bien davantage qu’un exercice théorique.

Comme il s’agissait d’une thèse CIFRE, j’ai d’abord appris à travailler entre plusieurs mondes : poser les bonnes questions à des anatomistes, traduire leur besoin en problème algorithmique, et livrer un résultat intégrable dans le logiciel d’un partenaire industriel. Cette posture de traductrice entre l’usage et la technique est restée au centre de ma pratique.

J’y ai ensuite forgé le réflexe de concevoir des méthodes robustes et automatiques. Face à des données toutes différentes — grilles anisotropes variables, contrastes inégaux — j’ai cherché des algorithmes qui s’adaptent d’eux-mêmes plutôt que de multiplier les réglages manuels, sources de fragilité et de variabilité.

J’ai aussi pris goût à la généricité : développer des outils qui dépassent leur cas d’usage initial. Les mêmes briques, conçues pour le cerveau, se sont révélées utiles pour des racines de plantes — et bien d’autres domaines.

Enfin, j’ai appris à composer avec une contrainte très concrète : des données trop grandes pour la mémoire. Penser le calcul par morceaux, sans jamais sacrifier la justesse du résultat, est un savoir-faire qui sert dans tout projet manipulant de gros volumes.

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

Cardiologie interventionnelle

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Du besoin clinique au prototype : guider le geste au cœur du bloc.

La cardiologie interventionnelle se pratique sous imagerie, mais le ou la clinicien·ne doit souvent agir sans voir directement la cible : la lésion à traiter ou à biopsier n’apparaît pas sur l’image temps réel de la salle. Mené avec le Pr Gilles Barone-Rochette (CHU Grenoble Alpes) et le laboratoire LTSI de Rennes, ce projet poursuit un seul objectif décliné en deux questions cliniques : fournir au cardiologue un guidage fiable, construit à partir de l’imagerie préopératoire et utilisable directement au bloc.

Le fil rouge : rebondir quand les données manquent

Le projet a démarré sur le guidage de la thérapie cellulaire. Le premier essai clinique a recruté moins de patients que prévu : les données nécessaires à la suite n’étaient pas au rendez-vous. Plutôt que d’abandonner, nous avons redéployé les briques techniques déjà construites (segmentation d’images, navigation) vers un besoin clinique connexe, à la valeur plus immédiate et au verrou mieux identifié : la biopsie endomyocardique.

Ce pivot est, en soi, un livrable : il illustre une capacité à dérisquer un projet, préserver les actifs développés et réorienter l’effort vers là où la valeur clinique est la plus forte — exactement le type d’arbitrage qu’attend une entreprise face à un programme de R&D qui ne se déroule pas comme prévu.

Sous-projet 1 — Guider la thérapie cellulaire post-infarctus

Après un infarctus, certaines thérapies consistent à réinjecter des cellules dans le myocarde. Tout l’enjeu est la précision : atteindre les bonnes zones, en s’appuyant sur des informations (l’étendue de la fibrose, les régions viables) qui ne sont visibles que sur l’imagerie préopératoire, pas sur l’image temps réel de la salle.

Notre approche : fusionner l’imagerie multimodale pour reporter, pendant l’intervention, les cibles repérées en préopératoire. La brique centrale est la segmentation automatique du myocarde et de la fibrose en IRM de rehaussement tardif (IRM-LGE), développée par apprentissage profond dans le cadre de la thèse d’Erwan Lecesne (co-dirigée avec le LTSI de Rennes), puis intégrée dans pour être présentée au clinicien en salle.

Réinjecter les cellules au bon endroit : la précision du geste conditionne l’efficacité de la thérapie.

CamiTK est un atelier de prototypage : il permet d’aller vite du concept au prototype évalué, mais son résultat n’a pas vocation à être un dispositif marqué CE. Cette brique constitue donc une preuve de concept ; son transfert industriel est aujourd’hui en discussion avec des partenaires du domaine.

Sous-projet 2 — Une cartographie pour la biopsie endomyocardique

Trois pathologies — sarcoïdose cardiaque, myocardite chronique et cardiomyopathie arythmogène — peuvent présenter un tableau clinique proche mais appellent des traitements opposés. Pour trancher, il faut une biopsie… encore faut-il prélever au bon endroit.

La biopsie endomyocardique : prélever un échantillon de tissu cardiaque, là où se trouve la lésion.

L’état de l’art laisse un vrai manque :

la biopsie « à l’aveugle » est peu spécifique, car la fibrose à cibler reste invisible pendant le geste ;
le guidage électro-anatomique est long et, lui aussi, aveugle à la fibrose.

Notre solution agit comme un « GPS » pour le cathéter de biopsie : elle reporte la cible issue de l’imagerie préopératoire sur l’image temps réel, pour guider le prélèvement. Deux choix de conception en font une solution pensée pour l’adoption : elle est indépendante du matériel (compatible avec une salle existante) et fonctionne en fluoroscopie temps réel, sans étape de fusion complexe. Elle réemploie directement la brique de segmentation du premier sous-projet.

Schéma du système de guidage proposé pour la biopsie endomyocardique (publié).

Statut actuel : nous préparons les premiers essais cliniques au laboratoire ; le transfert industriel viendra ensuite.

Ce que ce projet démontre

Concevoir à partir d’un besoin clinique réel, en dialogue étroit avec les praticiens, plutôt qu’autour d’une prouesse technique.
Maîtriser le traitement d’images médicales et l’IA et les mettre au service d’une cible précise et utile.
Mener un prototype du laboratoire vers la clinique, avec une conscience claire des étapes de maturité (TRL), du cadre des essais et du marquage CE.
Architecturer pour l’adoption : indépendance vis-à-vis du matériel, intégration dans un atelier de prototypage, réemploi des briques.
Réorienter un projet pour en préserver la valeur : agilité et dérisquage face à l’imprévu.
Piloter une collaboration multi-site (Grenoble–Rennes) et co-encadrer une thèse de doctorat.

Financements obtenus

Financement	Montant	Objet
Projet Famtastic (France Life Imaging)	20 000 €	Amorçage de la collaboration avec le LTSI (Rennes)
PUI (UGA)	60 000 €	Maturation du prototype vers les premiers essais cliniques
Thèse de doctorat (LabeX CAMI)	170 000 €	Co-direction de la thèse d’Erwan Lecesne
Post-doctorat (LabeX CAMI)	56 000 €	Une année d’ingénierie post-doctorale
Total	306 000 €

Collaborations et encadrement

Pr Gilles Barone-Rochette — cardiologue interventionnel, CHU Grenoble Alpes : partenaire clinique du projet.
Laboratoire LTSI (Rennes) — Professeure Mireille Garreau et Antoine Simon (maître de conférences) : collaboration sur le traitement d’images cardiaques.
Thèse d’Erwan Lecesne (2020–2024), co-dirigée à 50 % avec Mireille Garreau (LTSI) : traitement d’images multimodales pour améliorer la thérapie cellulaire post-infarctus.
Thèse de Théophile Tiffet — interne en médecine : calibrage échographie / SPECT pour la cardiologie interventionnelle.

Publications associées

2024. Barone-Rochette Gilles, MD,, Erwan Lecesne, MSc,, Antoine Simon, PhD, Mireille Garreau, PhD,, Celine Fouard, PhD — New Method CMR-Guided Endomyocardial Biopsy in Suspicion Context of Isolated Cardiac Sarcoidosis. Circulation: Cardiovascular Imaging, vol 17, no 4
2023. Erwan Lecesne, Antoine Simon, Mireille Garreau, Barone-Rochette Gilles, Celine Fouard — Segmentation of cardiac infarction in delayed-enhancement MRI using probability map and transformers-based neural networks. Computer Methods and Programs in Biomedicine, vol 242
2023. Lecesne Erwan, Simon Antoine, Garreau Mireille, Barone-Rochette Gilles, Fouard Céline — Transformers-Based Neural Network for Cardiac Infarction Segmentation in Delayed-Enhancement MRI. 2023 IEEE Twelfth International Conference on Image Processing Theory, Tools and Applications (IPTA)