Article paru dans notre lettre d'information du 25 septembre 2018

L’Institut Pasteur lutte contre le cancer avec la réalité virtuelle

Afin de diagnostiquer plus vite la maladie et de mieux préparer les interventions des chirurgiens, l'institut Pasteur et L'Institut Curie ont participé au développement de DIVA, une plate-forme utilisant la réalité virtuelle et la cognition humaine pour mieux analyser et interpréter en 3D les données issues de l'imagerie médicale et de la microscopie.

L'usage exponentiel du numérique facilite le travail de nombreux professionnels mais, dans certains cas, trop d'information tue l'information ou du moins masque l'information intéressante. C'est notamment vrai dans le domaine médical où l'imagerie numérique peut noyer le spécialiste sous une masse d'informations quelques fois difficile à interpréter et encore plus le chirurgien qui doit intervenir sur le patient concerné.

C'est dans ce contexte que Mohamed El Beheiry a travaillé de fin 2012 à fin 2015 sur sa thèse à l'Université Pierre et Marie Curie (UPMC Paris VI) sous la responsabilité de Maxime Dahan (CNRS, Institut Curie), aujourd'hui décédé, et de Jean-Baptiste Masson (responsable du laboratoire Décision et processus bayésiens, Institut Pasteur). Il a ainsi développé des algorithmes permettant aux spécialistes d'exploiter plus facilement les données issues de l'imagerie numérique.

Extraire les bonnes informations

Ses travaux ont notamment portés sur le développement d'algorithmes permettant d'extraire des données de positionnement et de déplacement de cellules dans des images souvent très ''bruitées''. « J'ai pour cela fait appel à des méthodes statistiques probabilistes dites bayésiennes, qui permettaient aux spécialistes d'extraire de ces imageries 2D et 3D les paramètres qui les intéressaient sur certaines cellules », explique Mohamed El Beheiry. « Il devenait ainsi possible de visualiser et d'analyser en temps réel des points particuliers en mouvement, mais il fallait pour cela une très grande expertise, apanage des radiologues, mais qui n'était pas à la portée des praticiens intervenant sur les malades ». Il fallait donc aller plus loin pour leur faciliter la tâche.


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C'est pourquoi le laboratoire Décision et processus bayésiens de l'Institut Pasteur et le laboratoire Imagerie et contrôle optique de l'organisation cellulaire de l'Institut Curie ont lancé début 2017, pour une durée de trois ans avec l'aide Mohamed El Beheiry et Sébastien Doutreligne (Institut Pasteur), le développement d'une nouvelle plate-forme logicielle baptisée DIVA (Data Integration and Visualization in Augmented and Virtual Environments).

L'apport de la réalité virtuelle

Cette plate-forme inédite, développée avec le soutien de l'Université Paris-Sciences-et-Lettres, s'appuie sur la réalité virtuelle pour permettre le traitement d'images médicales et de microscopies complexes. « Le passage à la réalité virtuelle nous a semblé naturel, car elle offre à la fois l'immersion, la visualisation stéréoscopique pour du vrai 3D et un tracking très précis des points particuliers que l'on veut analyser au sein du modèle 3D », explique Mohamed El Beheiry. « On s'affranchit ainsi de ''l'effet aquarium'' où l'on regardait les données dans un seul plan sur un écran. Là, on est au cœur des données où l'on peut facilement changer de point de vue et interagir avec elles, pour analyser et comprendre très vite une situation pathologique ».

DIVA est à la fois une plate-forme exploratoire où l'on peut profiter de la 3D réelle et des modifications de représentation pour observer en détails des images et, par exemple, permettre un diagnostic fin. Mais c'est aussi une plate-forme de traitement où l'on peut extraire de l'information sous divers formats. La plate-forme accueille toutes les images de manière universelle qu'elles viennent d'une IRM, d'un scanner ou d'un microscope confocal, à nappe de lumière ou multifocal. « Les modèles 3D que nous traitons sont directement issus de la microscopie (format Tiff) ou de l'imagerie médicale (format Dicom). Ils dépassent rarement 1 Go, ils sont donc facilement utilisables sur des PC dotés de bonnes cartes graphiques (NVidia 1050 ou 1080) ».

Mieux poser le diagnostic et traiter le patient


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Le projet marque une profonde rupture dans la pratique médicale : il permet de percevoir en 3 dimensions des organes ou des tumeurs. Il rend l'interaction intuitive entre le praticien (radiologue, chirurgien, anatomo-pathologiste) et les images biomédicales. Il guide l'œil du professionnel, et facilite l'interprétation des images IRM ou scanners, pouvant ainsi offrir une meilleure perception de l'efficacité d'un traitement. Elle permet enfin une extraction immédiate des informations clés pour le diagnostic : environnement d'une tumeur ; mesures quantitatives de formes et densités ; cartographie 3D des vaisseaux autour d'une zone à opérer ; etc. De même, dans ces applications de recherche la plate-forme permet une cartographie sélective des environnements de cellules neuronales, la détection d'épines neurales ou encore des mesures de flux entre cellules.

Le pôle Omics de l'Institut Pasteur

Inauguré le 13 septembre à l'Institut Pasteur, le nouvel ensemble de bâtiments ''Omics'' réunit des équipes de recherche multidisciplinaires d'excellence et des technologies de pointe pour explorer toutes les possibilités offertes par le développement de la biologie computationnelle et ainsi renforcer les capacités à répondre aux enjeux scientifiques et sanitaires du XXIe siècle. Il héberge entre autres la plate-forme DIVA.

Ce pôle d'expertise, unique en France, positionne l'Institut Pasteur comme un acteur majeur de niveau mondial capable de générer des données ‘‘massives'' en santé et surtout de les analyser et d'en extraire les connaissances nécessaires à une meilleure compréhension du vivant et à l'amélioration de la santé.

Pour en savoir plus : www.pasteur.fr

Apporter plus d'expertise au praticien

Pour aller plus loin, le logiciel combine des approches d'apprentissage profond pour la modification des images brutes, mais est aussi une plate-forme de développement d'apprentissage par renforcement dans le but de générer des représentations optimales pour l'utilisateur récurrent et d'apprentissage probabiliste, afin de modifier localement les caractéristiques des représentations pour rendre certains détails plus visibles. « Nous avons, avec l'aide de médecins comme Fabien Reyal, chef de service de chirurgie gynécologique sénologique et reconstructrice à l'hôpital de l'Institut Curie, pu affiner nos algorithmes pour communiquer directement au chirurgien ce que voit un radiologue expérimenté. Cela lui permet d'évaluer au mieux les interventions à effectuer en amont de celles-ci ».

En attendant la réalité augmentée

Mis à disposition des chercheurs de l'Institut Pasteur et de l'Institut Curie, DIVA est l'un des premiers outils logiciel démontrant la fusion d'interactions entre utilisateurs et données, de visualisation immersive et de traitements en milieux virtuels, pour une meilleure compréhension des images biologiques et médicales. « Mais nous espérons pouvoir aller plus loin en proposant, dès que la technologie le permettra, le même service en réalité augmentée, directement lors de l'intervention. Mais pour le moment, les outils disponibles ne sont pas encore assez fiables et interactifs pour un tel usage », conclut Mohamed El Beheiry.

Une évolution qui pourrait peut-être entrainer la création d'une start-up ?

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus sur DIVA : cliquez ici

Ingénieur de formation (ENIM) et journaliste professionnel depuis 1981, Jean-François Prevéraud a participé à de nombreux journaux et lettres d'information (Bureau d'Etudes, CFAO Synthèse, SIT, Industrie & Technologies, Usine Nouvelle...) comme journaliste, rédacteur en chef adjoint ou rédacteur en chef.

En retraite depuis février 2017, Jean-François veut que celle-ci soit active. C’est pour cette raison qu’il reste informé de ce qui bouge dans le PLM dans son sens le plus large (CFAO, Simulation Numérique, Impression 3D, Usine du futur, Réalité virtuelle et augmentée…). Il contribue désormais à notre lettre d’information pour commenter l’actualité que nous publions ou celle qu’il a pu glaner dans les évènements qu’il continue à suivre.

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