MT 180 : Modéliser des organes en 3D pour faciliter les chirurgies chez les enfants

Alessio Virzì, Ingénieur Biomédical – Doctorant en Traitement d’Images Médicales, Télécom ParisTech – Institut Mines-Télécom, Université Paris-Saclay

La version originale de cet article a été publiée sur The Conversation, dans le cadre de la participation d’Alessio Virzì au concours « Ma Thèse en 180 secondes ».
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Dans quel domaine avez-vous choisi votre travail de thèse ?

Je m’intéresse au développement des nouveaux outils de traitement d’images médicales, dans le contexte de la chirurgie pédiatrique mini-invasive du pelvis.

Ce type de chirurgie est une technique opératoire qui consiste à réaliser, pour permettre au chirurgien d’atteindre sa cible, de petites incisions, afin de limiter le plus possible le traumatisme opératoire. Cette technique s’accompagne d’outils robotiques et d’un système d’imagerie vidéo qui permet au chirurgien de guider ses gestes. À cause de la complexité de l’anatomie du pelvis de l’enfant, le planning chirurgical, basé sur des examens d’imagerie médicale, est une étape cruciale.

Que va apporter votre travail de thèse sur ce sujet ?

Ma thèse propose des nouvelles méthodes de traitement des images médicales, adaptées aux enfants souffrant de tumeurs ou des malformations du pelvis. Je développe des méthodes informatiques pour obtenir, à partir d’images d’IRM, des modèles virtuels 3D des organes, des tumeurs et des fibres nerveuses.

Ces modèles 3D peuvent être visualisés avant et pendant l’opération par le chirurgien, qui pourra donc mieux planifier l’opération et avoir plus d’informations par rapport au seul système d’imagerie vidéo.

J’ai eu recours, par exemple, à l’intelligence artificielle pour analyser les différents pixels des images pour discerner les différentes structures anatomiques. J’ai aussi utilisé des modèles d’organes génériques que j’adapte ensuite à l’enfant pour obtenir le modèle 3D final.

J’intègre toutes ces méthodologies informatiques dans un logiciel interactif, qui permet au chirurgien d’être acteur central dans le processus d’analyse des images. En outre, grâce à ce logiciel, il peut facilement vérifier la qualité des modèles 3D obtenus et, éventuellement, faire des corrections basées sur ses connaissances anatomiques.

Pour développer ce logiciel, je me suis basé sur un logiciel open-source existant que j’ai amélioré en intégrant des modules spécifiques aux images IRM du pelvis des enfants.

C’était très important pour moi de fournir un outil applicable en clinique qui puisse être facilement utilisé par des chirurgiens sans connaissances particulières en informatique.

Exemple de modèle 3D du pelvis (droite) obtenu par traitement des images IRM (gauche).

Quelles difficultés avez-vous rencontrées ?

Tout d’abord, le nombre limité d’études dans la littérature sur cette thématique, ce sujet de recherche étant très peu exploré. Je me suis donc appuyé sur d’autres études en imagerie médicale portant sur d’autres structures anatomiques, telles que le cerveau, notamment chez l’adulte.

Une autre difficulté importante était la nécessité de développer des méthodes utilisables en pratique clinique, donc simples à utiliser par les chirurgiens et très performantds. Cela a demandé un effort supplémentaire dans la conception et dans le développent du logiciel.

Un rôle essentiel pour l’avancée de mes travaux a été la communication avec les chirurgiens et les radiologues, et pour la transmission des connaissances anatomiques auxquels je n’avais pas été forcement initié avant et pour bien comprendre leurs exigences en termes d’outils informatiques.

Quand avez-vous décidé de vous lancer dans une thèse ?

La motivation de faire une thèse est venue au cours d’un stage de recherche que j’ai effectué dans le cadre de mon Master 2 en ingénierie biomédicale, grâce auquel j’ai eu l’occasion de travailler sur des nouvelles applications de neuro-imagerie.

Dans le futur, je souhaiterais rester dans le domaine médical car c’est un secteur qui me motive énormément. Vu mon esprit très applicatif, je suis actuellement en train d’étudier aussi la possibilité de me tourner vers le secteur privé de l’imagerie médicale.

Que représente pour vous « Ma Thèse en 180 en secondes » ?

Je considère la vulgarisation scientifique comme un des éléments clés des compétences d’un chercheur.

Malheureusement, je crois que ce n’est pas suffisamment présent dans les formations scientifiques. En tant que chercheurs, nous avons souvent le défaut de nous exprimer toujours en utilisant des termes trop spécifiques, qui ne sont pas accessibles pour des non scientifiques. Pourtant, réussir à faire comprendre à tous ce que l’on fait est essentiel, et pour en faire comprendre l’importance et pour en stimuler l’approfondissement.

Cette expérience va sûrement m’apporter des compétences en plus en vulgarisation et une aisance supplémentaire pour la présentation en public. C’est également un défi très motivant pour moi de présenter ma thèse dans une langue qui n’est pas ma langue maternelle et que j’ai commencé à pratiquer il y a trois ans, depuis mon arrivée d’Italie.