Traitement du signal et de l'image : 50 ans de recherches à Rennes

À l’interface des sciences du numérique et de la santé, le Laboratoire traitement du signal et de l'image (LTSI Inserm/Université de Rennes 1) apporte aux médecins des outils d'interprétation et d'aide à la décision pour la prise en charge de pathologies cardiovasculaires, neurologiques et tumorales.

Reconstitution d'un bloc opératoire pour l'entraînement des infirmières spécialisées - Photo L. Guizard
  1. Intégration étroite des cliniciens, des enseignants/-chercheurs et des ingénieurs
  2. Traitement de l’épilepsie: très important soutien européen
  3. Modélisation 3D relief et réalité virtuelle immersive : au service de la chirurgie
  4. Big data, IA, modélisation et gestion de bases de données
  5. La création de start-ups : les exemples de Thérenva et Neurocort
  6. Prix 2019 L’Oreal-UNESCO « Pour les femmes et la science – France » décerné à une jeune chercheure du LTSI
  7. Des liens forts à l’international
  8. Un peu d’histoire : 1969-2019, des applications militaires… au biomédical

Intégration étroite des cliniciens, des enseignants/-chercheurs et des ingénieurs

Les visées des recherches du LTSI sont à la fois méthodologiques, technologiques et cliniques. Elles s’articulent autour du noyau "signal-modèle-image".

Le LTSI est, sur Rennes, l’unité de recherche qui interagit le plus largement avec le CHU. Fort de cette intégration hospitalo-universitaire et de sa collaboration étroite avec le Centre de lutte contre le cancer Eugène-Marquis, le LTSI mène une recherche par essence transdisciplinaire : chercheurs, cliniciens et ingénieurs travaillent ensemble dans ses équipes. Cette configuration est impérative pour intégrer dans l’approche des problèmes posés, à la fois les connaissances médico-techniques les plus pertinentes et identifier les questions scientifiques sous-jacentes.

En voici quelques exemples, à découvrir au fil de cet article.

Traitement de l’épilepsie: très important soutien européen

Comme pour marquer les 50 ans du laboratoire, un chercheur du LTSI vient d’obtenir une «ERC Synergy Grant» pour la coordination du projet Galvani, soit une bourse de 10 millions d’euros sur 6 ans, allouée par le Conseil européen de la recherche en soutien d’une collaboration avec deux collègues français et espagnol.

L’objectif est d’offrir à terme un espoir de soins à une partie au moins des quelque 19 millions de personnes dans le monde qui ne répondent pas aux traitements actuels contre l’épilepsie. À la base de ces recherches, une expertise de premier plan international sur la dynamique des réseaux cérébraux utilisant la modélisation et l’électroencéphalographie à haute résolution (EEG-HR) développée au LTSI.

Modélisation 3D relief et réalité virtuelle immersive : au service de la chirurgie

Le LTSI est en pointe sur le développement d’outils de modélisation et de simulation 3D pour l’aide à la chirurgie. Ses membres ont créé la plateforme TherA-Image de l’Université de Rennes 1, un bloc opératoire implanté au CHU du Rennes, équipé en imagerie virtuelle 3D et réalité augmentée. Hybride, cette salle est dédiée à la recherche comme au soin. Elle permet par exemple de réaliser des opérations de chirurgie cardiaque complexes de manière minimalement invasive. Par exemple, une valve cardiaque peut être ainsi remplacée par une prothèse sans ouvrir le thorax : TherA-Image permet au chirurgien de guider ses instruments via une simple incision au niveau de l’artère fémorale du patient.

Les chercheurs du LTSI ont par ailleurs modélisé en intégralité un bloc opératoire de neurochirurgie en réalité virtuelle immersive. Il est dédié à l’apprentissage des équipes et permet d’identifier les améliorations possibles : erreurs de coordination, de passage d’instruments…

L’un des cas étudiés est l’implantation d’une électrode de stimulation cérébrale profonde (traitement de la maladie de Parkinson), au cours de laquelle 5 à 6 personnes doivent se coordonner au bloc opératoire.
Sur ce même type d'opération, une plateforme logicielle a été développée par l’équipe pour guider le neurochirurgien dans l’implantation de cette électrode, au positionnement particulièrement précis.

 

Big data, IA, modélisation et gestion de bases de données

Les dispositifs médicaux sont de plus en plus souvent intégrés, autonomes, intelligents et conçus pour faciliter l’usage par le patient et l’exploitation des données. Le Big Data et l’intelligence artificielle sont donc un axe important de développement de nouvelles technologies pour la santé.

L’année des 50 ans du LTSI, le projet européen DigiNewB a pu mener les premières démonstrations de son système automatisé de détection précoce et continue de l’infection chez les bébés prématurés hospitalisés.

Ce système exploite les données (signes vitaux, observations cliniques, signaux physiologiques, mouvements captés par caméras infrarouge et HD) obtenues auprès de 400 nouveau-nés hospitalisés en néonatalogie dans les 6 CHU du Grand Ouest.

Il repose sur les méthodes innovantes d’acquisitions asynchrones et de protection de données, ainsi que sur les approches de traitement et d'analyse des données temporelles via l'intelligence artificielle développées au LTSI pour construire un score de risque d’infection.

Sur le Big Data, le LTSI a créé le laboratoire commun LITIS avec l’entreprise Enovacom, filiale d’Orange Business Services. L’objectif est d’optimiser et intégrer des sources très diverses de données de santé, issues de divers hôpitaux, au sein d’une même plateforme destinée à la recherche en médecine et santé publique. L’entrepôt de données eHOP, fonctionnel dès 2015, a démontré la pertinence de cette approche.
 

Interface de l'entrepôt de données hospitalière eHOP - © CHU Rennes

L’année de ses 50 ans encore, le LTSI a obtenu une chaire de recherche et de formation, via la Fondation de Rennes 1 et en partenariat avec Medtronic, l’un des leaders mondiaux des technologies et solutions médicales. Cette chaire vise à améliorer le traitement et le suivi des patients touchés par des maladies cardiaques chroniques, à partir de données massives en santé.
 

La création de start-ups : les exemples de Thérenva et Neurocort

Les innovations issues des recherches du LTSI ont généré ces dix dernières années un portefeuille de plus d’une quarantaine de famille de brevets.

Majoritairement, ces brevets sont valorisés avec les partenaires industriels du laboratoire et contribuent ainsi à répondre à de forts enjeux sociétaux. Certaines de ces innovations débouchent aussi sur la création d’entreprises innovantes.

C’est le cas de Therenva, issue des recherches du LTSI dans le domaine cardiovasculaire, qui propose des solutions d’assistance (préparation et aide aux interventions) à la chirurgie vasculaire minimalement invasive à partir de réalité virtuelle 3D et augmentée.

Quant à Neurocort, issue de l’expertise du LTSI en EEG-HR et des recherches associées, elle vise le diagnostic précoce de maladies neurodégénératives sur la base de marqueurs qui révèlent l’état dynamique de la connectivité cérébrale.
 

Prix 2019 L’Oreal-UNESCO « Pour les femmes et la science – France » décerné à une jeune chercheure du LTSI

Aude Pavilla est post-doctorante en imagerie médicale au département de neuroradiologie du CHU de Martinique à Fort-de-France, en collaboration avec le LTSI où elle a effectué sa thèse. Elle reçoit son prix l'année des 50 ans du LTSI.

Aude Pavilla cherche à mettre au point une nouvelle méthode pour diagnostiquer les accidents vasculaires cérébraux.

Aude Pavilla - © Philippe Hillion

Comme elle l’explique dans une interview au journal France-Antilles :

« On s'appuie sur deux images, l'imagerie de diffusion qui permet de voir la lésion et son étendue dans le cerveau, et une imagerie de perfusion qui montre comment les tissus sont irrigués. C'est l'association de ces deux séquences distinctes d'imagerie qui permettent de déterminer la pénombre ischémique, c'est-à-dire quels tissus sont en souffrance. Notre projet est de développer une séquence rapide qui va permettre d'évaluer de façon simultanée à la fois l'image de diffusion et celle de perfusion ».

Ce prix, doté de 20 000 €, devra permettre à Aude Pavilla de poursuivre et de consolider ses travaux. Commes les 34 autres lauréates, sélectionnées parmi 800 candidates, elle bénéficiera en outre d'un programme de formation au leadership, complémentaire à son parcours scientifique.

 

Des liens forts à l’international

Depuis le début des années 80, le LTSI est partenaire de l’Université du Sud-Est, à Nankin, en Chine.

Fort de cette collaboration ancienne et fructueuse, les deux universités ont créé un Laboratoire international associé en 2006 avec l’Inserm (LIA CRIBs), une première pour l’Université de Rennes 1, puis un premier master international en 2009 et récemment, une école conjointe, autre première pour l’Université de Rennes 1.

Le LTSI s’implique dans l’organisation de conférences d’ampleur mondiale, comme CARS  2019, l’une des plus importantes pour l’innovation dans les technologies de santé, accueillie à Rennes pour l’anniversaire des 50 ans du Laboratoire. Les scientifiques du LTSI sont également les co-fondateurs, en 1994, de l’école d’été de la prestigieuse société savante IEEE.

Un peu d’histoire : 1969-2019, des applications militaires… au biomédical

À sa création, fin des années 60 par Pierre-Yves Arquès, le LTSI est d’abord centré sur les applications militaires (acoustique sous-marine). Le traitement du signal est alors une jeune discipline, liée à l’essor de l’électronique et des mathématiques appliquées.

Puis sous la direction du Professeur Georges Vezzosi, l’activité du laboratoire s’étend au traitement de la parole, aux télécommunications.

Au début des années 80, sous la direction de Jean-Louis Coatrieux, les recherches s’orientent vers l’imagerie médicale, qui commençait alors à devenir numérique.

Le LTSI est aujourd’hui dirigé par le professeur Lotfi Senhadji. C’est une unité mixte de recherche (Inserm/Université de Rennes 1) qui compte plus de 160 personnes dont 75 permanents, au sein de 5 équipes de recherche instituées.

Article rédigé avec la contribution d'Alice Vettoretti (Plume & Sciences)