Légende: Des chercheurs du MIT ont mis au point une nouvelle approche de l’imagerie par ultrasons permettant à l’utilisateur de visualiser une image 3D en réalité augmentée de l’objet scanné. Grâce à un casque de réalité virtuelle, il peut observer une représentation numérique 3D précise de l’objet, facilitant ainsi son identification et son analyse. Crédit : Avec l’aimable autorisation des chercheurs
L’interprétation des images d’échographie médicale est une tâche difficile, qui exige du technicien qu’il examine des images 2D et les organise mentalement en une représentation 3D de l’aspect du tissu. Pour simplifier cette tâche, des chercheurs du MIT ont mis au point une nouvelle approche de l’imagerie par ultrasons permettant à l’utilisateur de visualiser une image 3D en réalité augmentée de l’objet scanné. Grâce à un casque de réalité virtuelle, il peut observer une représentation numérique 3D précise de l’objet, ce qui facilite son identification et son analyse.
Cette technique pourrait accélérer la formation des techniciens en échographie et des autres professionnels de santé utilisant cette technique. Elle pourrait également être utilisée dans les hôpitaux, notamment pour guider l’aiguille lors d’une biopsie.
« Pour la formation, cela pourrait rendre l’échographie plus intuitive et plus compréhensible. Sur le plan clinique, cela pourrait être moins chronophage, plus précis et rassurer davantage les professionnels de santé. Ils n’auraient plus à se demander s’ils ont omis quelque chose », explique Canan Dagdeviren, professeur associé d’arts et de sciences des médias au MIT et auteur principal de l’étude.
Jason Hou et Shrihari Viswanath, doctorants au MIT, sont les principaux auteurs de l’article, paru aujourd’hui dans Nature Communications Engineering . Parmi les autres auteurs figurent Bowen Wu (promotion 2024) et deux étudiantes du programme de recherche d’été du MIT : Cinay Dilibal, étudiante en dernière année à Dartmouth College, et Tanisha Shende, étudiante en dernière année à Oberlin College.
Représentations 3D
L’échographie fonctionne en utilisant des ondes sonores à haute fréquence qui se réfléchissent sur les tissus du corps et sont renvoyées vers une sonde. Celle-ci convertit ces ondes en signaux électriques, permettant ainsi de créer une image 2D du tissu. Les techniciens en échographie sont formés pour convertir ces images en une représentation mentale 3D du tissu.
« C’est une compétence difficile à maîtriser, et l’apprentissage est long », explique Hou. « La difficulté principale réside dans ce goulot d’étranglement de la tomographie mentale : il faut reconstruire les coupes 2D dans son espace mental 3D. Cette charge cognitive peut entraîner des imprécisions lors de la numérisation. »
Pour réduire cette charge cognitive, l’équipe du MIT a pensé qu’il pourrait être utile de combiner deux technologies : l’imagerie ultrasonore 3D et la réalité augmentée (RA).
L’imagerie ultrasonore tridimensionnelle est parfois utilisée dans des domaines tels que l’imagerie fœtale et l’échocardiographie (qui permet d’observer le cœur), mais la plupart des systèmes d’imagerie ultrasonore 3D sont coûteux et peu répandus. Pour cette étude, l’équipe du MIT a utilisé un système 3D en temps réel qu’elle a récemment mis au point pour le dépistage du cancer du sein.
Leur nouveau système comprend une sonde à ultrasons, légèrement plus petite qu’un jeu de cartes, qui transmet les informations grâce à un système d’acquisition de données à modulation de fréquence (cDAQ: chirped data acquisition system). La sonde contient un réseau d’ultrasons disposé en forme de carré vide, une configuration qui permet de prendre des images 3D du tissu sous-jacent.
Ce système, comportant moins d’éléments à ultrasons qu’un système d’échographie 3D classique, consomme moins d’énergie et son coût de fabrication est moindre.
Les données recueillies par la sonde à ultrasons sont ensuite compressées et transmises à un moteur graphique 3D appelé Unreal Engine. Ce dernier convertit les données voxel de l’image ultrasonore en une représentation 3D directe de l’objet, sans perte d’information. Équipé d’un casque de réalité augmentée/virtuelle, l’utilisateur visualise ce rendu 3D de la structure interne, superposé à l’emplacement réel de l’objet – une vision comparable à celle aux rayons X. En inclinant la tête ou en changeant d’angle de vue, l’utilisateur peut observer l’objet sous différents angles, facilitant ainsi son identification.
Plus facile à utiliser
Les chercheurs ont testé leur nouvelle technologie, qu’ils appellent AR-VIU (augmented real-time volumetric imaging in ultrasound ou imagerie volumétrique en temps réel augmentée par ultrasons), auprès d’un groupe de 18 participants. Neuf d’entre eux étaient des experts en ultrasons (notamment des échographistes et des médecins), et neuf n’avaient jamais utilisé d’échographie auparavant.
Chaque utilisateur a réalisé des tâches d’identification à l’aide de quatre technologies d’échographie différentes. Dans une première condition, il a visualisé des images 2D sur un écran classique, format le plus courant pour les échographies. Il a également visualisé des images 3D sur un écran classique, ainsi que dans deux conditions de réalité augmentée : une en 2D et une en 3D (AR-VIU).
Lors d’une première série d’expériences, les participants devaient identifier un objet enrobé de gélatine (ressort, bille, vis, etc.) à l’intérieur d’un récipient opaque scanné par ultrasons. Lors d’une seconde série, ils devaient marquer au stylo l’emplacement d’un « fantôme de tissu », un matériau gélatineux conçu pour imiter les tissus humains. Cet exercice simulait le repérage précis du point d’insertion de l’aiguille lors d’une biopsie.
Les chercheurs ont constaté que le système AR-VIU améliorait considérablement la capacité de tous les utilisateurs à identifier et localiser des objets. Cet effet était particulièrement marqué chez les novices, dont les performances étaient presque aussi bonnes que celles des experts avec l’AR-VIU. En revanche, avec le système d’imagerie 2D traditionnel, les experts obtenaient des résultats nettement supérieurs à ceux des novices.
« La superposition d’images avec l’anatomie et la fourniture d’un contexte visuel 3D rendent l’échographie beaucoup plus facile à comprendre pour les novices », explique Viswanath.
Lors des entretiens menés après les expériences, la plupart des novices ont indiqué préférer l’approche AR-VIU, beaucoup affirmant qu’elle facilitait les tâches.
« Le système 3D sollicite moins la concentration, il est plus intuitif et il est plus facile de comprendre ce qui se passe dans la région ciblée », explique Dagdeviren.
De nombreux experts ont déclaré préférer l’imagerie 2D traditionnelle, car c’est la méthode à laquelle ils sont habitués et pour laquelle ils ont été formés. Cependant, ils ont également reconnu les avantages du système AR-VIU dans certaines situations, comme le placement d’une aiguille pour une biopsie ou la visualisation des mouvements de la paroi cardiaque lors d’une échocardiographie.
Les chercheurs travaillent actuellement à améliorer encore la résolution des images et effectuent des tests supplémentaires pour démontrer la précision de la technologie AR-VIU.
