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Des images médicales au patient numérique

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Nicholas Ayache

Introduction

Serge Haroche

Texte intégral

1Les méthodes d’examen et de diagnostic médical ont beaucoup évolué depuis Laennec, l’inventeur du stéthoscope, qui fut professeur au Collège de France dans les années 1820. À l’appareil acoustique rudimentaire qui permet d’écouter les bruits internes du corps humain ont succédé des procédés d’investigation plus puissants, nous livrant des informations beaucoup plus précises sur ce qui, se passant sous notre enveloppe corporelle, était resté caché depuis les origines de la médecine. Ces informations nous ont d’abord été données par les progrès de la physique. Les rayons X, découverts quelques soixante-dix ans après la mort de Laennec, nous livrèrent à la fin du xixe siècle les premières images de l’intérieur de notre corps, ombres en noir et blanc de notre squelette et de nos organes.

2Malgré les progrès ainsi réalisés, on peut dire que jusqu’au milieu du siècle dernier, les signaux exploités par les médecins pour établir leur diagnostic étaient relativement simples. Qu’il s’agisse des sons ou des rayonnements transmis à travers nos tissus, ils nous livraient si j’ose dire une information brute, observée directement par les sens du médecin, par son oreille collée au cornet acoustique ou par son œil observant l’impression de la plaque photographique sensible aux rayons ayant traversé le corps du patient. C’était ensuite à son cerveau que le médecin devait faire appel pour interpréter ces signaux bruts, leur donner un sens et orienter celui-ci vers un diagnostic et, si possible, un traitement thérapeutique.

3Avec l’avènement des ordinateurs et leur extraordinaire progression en capacité de mémoire et de calcul au cours des cinquante dernières années, la situation a changé du tout au tout. La puissance de calcul des ordinateurs modernes a permis de traiter des signaux indirects, invisibles à l’œil et inaudibles à l’oreille, mais transportant une quantité d’information gigantesque sur ce qui se passe à l’intérieur de notre corps. En interprétant les signaux des ondes ultrasonores que les appareils à échographie envoient à travers nos organes ou encore ceux des radiations micro-onde diffusées par les moments magnétiques des atomes dont nous sommes constitués, l’ordinateur crée des images d’une précision extraordinaire, qui restituent dans les moindres détails l’intérieur de notre corps, en deux ou trois dimensions. On peut dire que la physique, en nous ayant fait comprendre comment la matière dont nous sommes constitués interagit avec des vibrations acoustiques ou des ondes électromagnétiques, nous a livré une information codée, non directement déchiffrable de ce qui se passe à l’intérieur de notre corps. C’est l’ordinateur qui nous a donné la clé permettant de décoder cette information pour la transformer en une donnée directement interprétable par le médecin.

4À cette première phase de l’âge informatique appliquée à la médecine en succède maintenant une autre, riche de possibilités nouvelles. Les images de notre corps reconstruites par les ordinateurs peuvent être stockées, analysées statistiquement, et constituer une mémoire gigantesque dans laquelle les médecins peuvent venir chercher des informations pour traiter un patient particulier en comparant son dossier informatique à celui de la base de données ainsi constituée. À l’aide d’algorithmes puissants, les ordinateurs peuvent aussi simuler l’évolution dans le temps d’un organe, la façon dont il réagira à un traitement ou à une opération chirurgicale, en guidant parfois même en temps réel la progression de cette opération. Ainsi, d’instrument de décodage passif de l’information contenue dans les signaux physiques émis par notre corps, l’ordinateur devient maintenant un agent actif de l’interprétation de ces informations et de la décision du médecin. Il devient un véritable cerveau artificiel aidant le cerveau humain, sans se substituer à lui, du moins je l’espère.

  • 1 Cette découverte a été démentie depuis, en particulier grâce aux résultats publiés par la collabora (...)

5La même évolution se produit dans d’autres domaines de la connaissance. Que l’on songe par exemple aux progrès de l’imagerie en astronomie qui nous permettent maintenant de remonter aux premiers instants de l’Univers. Là encore, la physique ne serait que d’une faible utilité sans l’aide des moyens puissants de décodage et d’interprétation des signaux que nous fournit l’informatique moderne. En analysant, grâce à des ordinateurs puissants, d’infimes variations de la polarisation du rayonnement micro-onde nous parvenant du fond de l’Univers, un signal qui pour la physique n’est pas fondamentalement différent de celui que nous donne un appareil d’imagerie par résonance magnétique (l’IRM des médecins), des cosmologistes cherchent à faire le diagnostic de l’existence d’ondes de gravitation primordiales, omniprésentes dans l’Univers de l’après Big Bang. Les médias se sont fait, il y a quelques jours, l’écho de ces travaux, qui confirmeraient l’existence de ces ondes prédites par Einstein il y a cent ans et l’hypothèse de la phase d’inflation de l’Univers primordial avancée par les théoriciens il y a une trentaine d’années1. On peut dire que les antennes des radio­télescopes modernes, couplées à de puissants ordinateurs, sont à la lunette de Galilée ce qu’un appareil à IRM est au stéthoscope de Laennec : l’ordinateur a démultiplié dans des proportions, encore inimaginables il y a cinquante ans, la puissance de nos appareils de diagnostic, qu’il s’agisse de médecine ou d’astrophysique.

6Nous devons ces progrès en imagerie aux ordinateurs bien sûr, mais surtout à ceux qui savent les exploiter, les programmer et inventer les algorithmes sur lesquels ils travaillent. C’est un de ces informaticiens, véritables « sorciers » de l’imagerie, que le Collège de France est heureux d’accueillir aujourd’hui dans le cadre de la chaire annuelle d’Informatique et sciences numériques gérée en collaboration avec l’Institut national de recherche en informatique et automatique (Inria).

7Nicholas Ayache, vous avez étudié à l’École des mines de Saint-Étienne, à l’université de Californie à Los Angeles et à l’université Paris-Sud, où vous avez obtenu votre thèse d’état en 1988. Vous êtes directeur de recherche de classe exceptionnelle à Inria, à Sophia Antipolis, où vous animez une équipe de recherche spécialisée dans l’analyse et la simulation des images médicales numériques. Vous avez été chercheur invité au MIT et à Harvard ainsi qu’à l’École centrale de Paris et dans plusieurs universités françaises. Vos recherches portent sur l’analyse automatisée des images médicales et sur la construction de modèles numériques personnalisés du patient destinés à assister la médecine et la chirurgie. Vous êtes l’un des pionniers de ce domaine de recherche et votre travail a été reconnu par de nombreux prix et distinctions. Vous avez toujours cherché à valoriser vos travaux et à les traduire dans des applications immédiatement utiles aux médecins. En attestent vos collaborations actives avec trois instituts hospitalo-universitaires, à Strasbourg, à Bordeaux et à Paris (Pitié-Salpêtrière). Je suis sûr qu’un public nombreux viendra suivre votre enseignement sur les progrès extraordinaires que l’informatique a fait faire à l’imagerie médicale au cours des dernières années. Je vous donne maintenant la parole pour la leçon inaugurale de votre chaire annuelle, intitulée Des images médicales au patient numérique.

Notes

1 Cette découverte a été démentie depuis, en particulier grâce aux résultats publiés par la collaboration d’astrophysiciens exploitant les observations du satellite Planck.

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