Imagerie et ingénierie - Des ingénieurs hospitaliers

La chaire de recherche du Canada en imagerie 3D et ingénierie biomédicale poursuit ses travaux en étroite collaboration avec le laboratoire de recherche en imagerie et en orthopédie. Ces deux organismes réunissent des équipes multidisciplinaires qui sont à l'oeuvre dans des établissements de santé.

Professeur au département de génie de la production automatisée de l'École de technologie supérieure (ETS), Jacques A. de Guise se penche sur cette façon de faire: «J'ai une formation d'ingénieur et je me suis rapidement intéressé aux technologies de la santé. Donc, pour un tel professionnel qui se veut pragmatique, il est important, d'une part, que les activités soient développées sur des sites cliniques, ce qui permet de rencontrer des utilisateurs qui sont des cliniciens et, d'autre part, d'avoir accès à des patients. On peut de la sorte développer des outils — ce qui relève de notre rôle d'ingénieurs — qui sont rapidement utilisés par les médecins et qui servent à améliorer les soins aux patients.»

Il s'est fait l'ardent défenseur de cette approche: «Dès le début de ma carrière, j'ai insisté pour que nos laboratoires soient situés extra muros de l'École de technologie, soit en site hospitalier. Notre laboratoire principal est logé au centre de recherche du CHUM à l'hôpital Notre-Dame et il compte deux satellites, dont l'un est à Sainte-Justine et l'autre à l'hôpital Sacré-Coeur.»

Le professeur fournit un portrait global des travaux réalisés: «Les thématiques principales qui nous intéressent sont l'imagerie et la modélisation 3D des structures biologiques, principalement celles qui sont rattachées à l'appareil locomoteur; essentiellement, il s'agit du squelette humain. Depuis plusieurs années, on s'est penché de façon plus précise sur la colonne vertébrale et ses déformations, d'où notre intérêt de travailler avec les gens de l'hôpital Sainte-Justine parce qu'on est interpellé par les déformations de la colonne vertébrale, par la scoliose. D'autre part, le genou retient aussi notre attention de même que toutes les blessures qui peuvent survenir à cet endroit du corps. Voilà des sujets d'étude qui nous préoccupent depuis longtemps.»

Il ajoute encore: «On tente d'obtenir des images et des modèles tridimensionnels de ces différentes structures-là qui sont très complexes: la colonne vertébrale et le genou — ce sont peut-être celles qui le sont le plus sur le plan du corps humain, d'un point de vue géométrique. Grâce à ces images-là, il est possible de modéliser les comportements biomécaniques de ces articulations pour mieux concevoir des approches chirurgicales, des orthèses et des prothèses orthopédiques; une fois celles-ci transférées au patient, on peut aussi mieux les évaluer.» Il cerne un autre aspect de la question: «Comme on est en trois dimensions et qu'on bouge, nos thèmes portent sur l'imagerie tridimensionnelle et l'évaluation fonctionnelle de ces structures, ce qui veut dire sur l'évaluation en mouvement quand il est notamment question du genou.»

Des projets spécifiques

Parmi l'ensemble des projets en cours de réalisation, M. de Guise en retient deux qui se démarquent particulièrement: «Ce sont deux très belles aventures ou histoires à raconter, selon moi. La première en est une sur laquelle on travaille depuis plusieurs années avec l'École polytechnique, l'hôpital Sainte-Justine et l'École nationale supérieure des arts et des métiers de Paris. On s'est penché sur une technique qui sert à avoir une imagerie tridimensionnelle du squelette humain, plus particulièrement de la colonne vertébrale; maintenant on peut reconstruire le bassin, les os des membres inférieurs (fémur, tibia et hanche) à partir de seulement deux images radiographiques. Aujourd'hui, la façon clinique d'obtenir des images 3D, c'est d'utiliser entre 500 et 600 images qui proviennent du scanner: cela représente un volume important d'images et beaucoup de radiations pour le patient. Nous avons développé des méthodes en vertu desquelles, à partir de deux images de radiographie conventionnelle, par exemple de face et de profil, on peut obtenir en trois dimensions ces mêmes informations-là.»

Il décrit le deuxième projet: «Depuis dix ans, j'ai la chance de travailler avec le groupe français du détenteur du prix Nobel de physique en 1992, Georges Charpak, qui a proposé un détecteur de particules très sensible aux rayons X. Le groupe français et celui de Montréal ont mis au point un nouveau système appelé Eos qui permet la prise de radiographies en simultané, de face et de profil, ainsi que de la tête au pied du patient en position debout; c'est très important en orthopédie de pouvoir prendre en charge un patient debout et de pouvoir réaliser des radiographies dont les radiations à son endroit sont huit à dix fois moindres qu'avec un film normal. On peut donc, d'une part, minimiser ces radiations grâce au détecteur de Georges Charpak et, d'autre part, le fait d'obtenir les informations en trois dimensions sert aussi à les diminuer de beaucoup si on est obligé d'utiliser un scanner.» Il s'ensuit un avantage certain pour plusieurs: «Pour les patients qui souffrent de scoliose et, particulièrement pour les jeunes filles en croissance qu'on retrouve à Sainte-Justine, c'est majeur parce qu'on est en mesure de faire des suivis radiographiques réguliers des déformations de la colonne vertébrale et des modes de traitement.»

Interdisciplinarité et avenir

La chaire de l'ETS renforce ses assises grâce à la présence de chercheurs venus d'horizons différents qui partagent leurs savoirs. Jacques A. de Guise s'en réjouit: «C'est assez extraordinaire ce que nous avons réalisé. On peut réunir au sein de nos équipes de recherche, de notre laboratoire, non seulement des ingénieurs, mais aussi des médecins qui sont des chirurgiens orthopédistes, des radiologistes et des physiatres. Il y a également d'autres professionnels de la santé comme des physiothérapeutes, des kinésithérapeutes et des thérapeutes du sport. On retrouve tous ces gens dans nos laboratoires, en plus des physiciens et des informaticiens qui sont là. On dispose vraiment d'une équipe complète pour réaliser nos travaux.»

Maintenant, que réserve l'avenir à l'imagerie 3D dans un monde en pleine évolution technologique? «On peut rêver beaucoup quand on pense en termes d'imagerie. On voit des détecteurs de plus en plus sensibles, des images de plus en plus claires et précises avec le moins de radiations possibles sur le plan des rayons X. On songe à toutes les modalités d'images qu'on a vu apparaître au cours des derniers temps, à la résonance magnétique, à l'échographie qui utilise des ultrasons de plus en plus précis et de jour en jour plus performants.»

Le futur ne saurait être sans une avancée majeure sur laquelle il s'arrête: «Il s'agit de la fusion de toutes ces informations-là. Jusqu'à présent, on est obligé de promener le patient d'un système d'imagerie à l'autre, mais ce qu'on verra arriver de plus en plus, ce sont des systèmes qui vont servir en un seul examen à avoir accès aux données de médecine nucléaire, de scanners ou de rayons X, voire même à celles de résonance magnétique.» Des chercheurs de l'Université de Sherbrooke se penchent actuellement sur cette fusion des informations, qui ne cesse de prendre de l'importance.

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Collaborateur du Devoir