Le génie informatique
au service de la médecine

L'informaticien Jean Meunier travaille
à l'amélioration d'outils de diagnostic en 3D.

La médecine dispose déjà d'appareils très sophistiqués pour poser des diagnostics et même pour «voir» l'intérieur du corps humain. Radiographie, échographie, cinéangiographie, tomographie et imagerie par résonance magnétique font l'objet de développements constants.

Le professeur Jean Meunier, du Département d'informatique et de recherche opérationnelle, est de ceux qui apportent leur concours à cet avancement technologique. «Mes travaux visent à faciliter l'analyse d'images tridimensionnelles incluant un mouvement, comme la circulation sanguine et les battements cardiaques, ainsi que des images du cerveau obtenues par résonance magnétique ou tomographie, explique-t-il. Le but des systèmes que nous concevons est d'aider le médecin à poser un diagnostic le plus approprié et le plus objectif possible.»

Coeur et artères en 3D

En collaboration avec l'hôpital Notre-Dame, l'Institut de cardiologie de Montréal et l'Institut de génie biomédical de l'Université de Montréal, Jean Meunier fait porter ses recherches notamment sur l'analyse d'images coronographiques. «Le projet a pour but de déterminer la déformation de la surface cardiaque externe à partir de la visualisation des vaisseaux coronaires à l'aide d'une solution opaque aux rayons X. Ces vaisseaux tissent en quelque sorte l'enveloppe externe du coeur et livrent de nombreux renseignements sur sa déformation.»

Pour évaluer cette information de façon plus précise, Jean Meunier travaille à la mise au point d'un système de cinéangiographie (mouvement des vaisseaux filmé en rayons X) faisant appel à deux caméras et permettant de reconstruire le réseau coronarien en trois dimensions. «Il s'agit d'une approche novatrice qui devrait permettre la détection précoce des maladies cardiaques», estime le chercheur.

Une des caractéristiques avant-gardistes du système sur lequel il travaille est son autocalibration. «Pour passer de deux à trois dimensions, il faut des repères dont les paramètres sont connus. Pour faire les corrections nécessaires, nous procédons habituellement à l'aide d'un "cube de calibration" dont nous connaissons les points de bifurcation. En milieu clinique, le recours à un tel objet perturberait l'examen du patient ainsi que les conditions d'acquisition des images. Notre objectif est de concevoir un système de calibrage automatique à partir de points de repère déterminés sur l'arbre coronarien du patient lui-même.»

À partir de la même approche, Jean Meunier travaille à l'élaboration d'une méthode de calcul permettant de quantifier la vitesse et le débit de l'écoulement sanguin dans les coronaires ou autres vaisseaux reproduits en trois dimensions. «Ceci permettra de compléter avantageusement les mesures traditionnelles utilisées dans l'évaluation de certaines maladies comme la sténose ou rétrécissement des artères.»

Ces systèmes permettront en outre d'éliminer la part de subjectivité qui accompagne parfois un diagnostic. «Les médecins ne s'entendent pas toujours sur le diagnostic à poser et leur évaluation peut changer selon leurs conditions subjectives. Les algorithmes de mouvement, eux, sont toujours les mêmes et ils ne se fatiguent pas», souligne le professeur.

Imagerie cérébrale

Un troisième volet de ses travaux porte sur l'imagerie cérébrale obtenue par tomographie d'émission connue sous le nom de SPECT (pour Single Emission Computed Tomography). «Nous voulons tester et valider des outils qui permettront la détection automatique des modifications de l'activité cérébrale», poursuit Jean Meunier.

Pour réaliser cette détection, il faut superposer l'image du cerveau du patient à celle d'un cerveau de référence dont les images sont répertoriées dans un atlas informatisé. Ceci présente de nombreuses difficultés puisqu'il n'y a pas deux cerveaux parfaitement identiques. Il faut donc déterminer si les différences observées entre les deux images sont significatives ou non. «Les outils statistiques traditionnels évaluent ces différences en comparant les deux images mais ne tiennent pas compte de la corrélation entre le point observé - c'est-à-dire le voxel ou "pixel à trois dimensions" - et les autres voxels qui l'entourent.»

Le projet du chercheur consiste à élaborer un système informatique qui prendra en considération l'ensemble de ces corrélations. Un tel système permet d'effectuer des déformations locales sur l'image numérisées afin de faire correspondre le plus exactement possible les points comparés entre le cerveau du patient et l'image de référence.

Complexité

Dans la réalisation de ces systèmes, Jean Meunier doit tenir compte d'une foule d'éléments complexes qui sont autant de difficultés à surmonter.

«Au départ, les images sur lesquelles nous travaillons sont obtenues par des appareils très sophistiqués: rayons X, échographies, SPECT, résonance magnétique, cinéangiographie en biplan, médecine nucléaire, etc. De plus, nous travaillons avec des images d'objets qui sont eux-mêmes très complexes; une artère, un coeur, un lobe cérébral ne sont pas réductibles à une série de lignes simples ou de formes géométriques. Finalement, nous devons aussi prendre en compte des mouvements complexes, comme la circulation sanguine, qui ne sont pas réductibles à de simples translations ou rotations d'images.»

Ces multiples complexités n'ont toutefois pas empêché Jean Meunier d'obtenir, dans les trois volets de ses travaux en cours depuis cinq ans, des résultats qu'il juge très encourageants.

Daniel Baril