Transformer la télémédecine en pathologie grâce à l’imagerie 3D interactive : une innovation KFBIO et SCI Lab

Dans le domaine critique de la pathologie, la collaboration à distance entre experts et chirurgiens locaux est essentielle pour poser un diagnostic et planifier un traitement précis. La télémédecine traditionnelle, qui repose sur des images 2D et de la vidéo, ne fournit pas l’information de profondeur nécessaire à un guidage spatial précis lors d’actes tels que le prélèvement tissulaire. Pour combler cet écart, KFBIO s’est associé au Smart Computational Imaging Laboratory (SCI Lab) de la Nanjing University of Science and Technology pour développer un instrument d’imagerie 3D par lumière structurée révolutionnaire. Ce système capture non seulement des modèles 3D haute résolution et en couleur des tissus biologiques, mais permet également à des experts distants de projeter des guides de coupe interactifs directement sur l’échantillon, en temps réel.

Le défi : passer des images plates à un guidage 3D exploitable

La télémédecine en pathologie vise à mettre en relation les équipes médicales locales avec des experts spécialisés dans le monde entier. Toutefois, communiquer une anatomie tridimensionnelle complexe et spécifier des lignes d’incision exactes à travers des écrans plats reste source d’ambiguïté. Les malentendus peuvent conduire à des prélèvements tissulaires sous-optimaux. Le besoin est clair : un système qui numérise l’échantillon physique en un modèle 3D fidèle et permet un guidage visuel intuitif, comme si l’expert était physiquement présent.

Notre solution : un système d’imagerie 3D tri-vues et de projection interactive

Au cœur de cette innovation collaborative se trouve un système compact et robuste, comprenant un projecteur numérique et trois caméras couleur haute résolution. Il repose sur le principe de la profilométrie par projection de franges (FPP) : des motifs sinusoïdaux de lumière, conçus avec précision, sont projetés sur le tissu. En analysant la distorsion de ces motifs sous trois angles différents, le système reconstruit un nuage de points 3D détaillé avec sa texture colorée.

Principales avancées technologiques :

• Motifs de franges optimisés : contrairement aux systèmes classiques, nous avons conçu des motifs de franges personnalisés dont l’orientation est perpendiculaire à la ligne de base entre chaque caméra et le projecteur. Cette optimisation améliore significativement le rapport signal/bruit et la précision des mesures.

• Étalonnage robuste : nous avons introduit une méthode d’étalonnage inédite basée sur le centre diagonal des carrés du damier, éliminant les erreurs liées à la distorsion en perspective et garantissant une précision d’étalonnage supérieure pour le projecteur.

• Débruitage 3D intelligent : les tissus biologiques présentent des défis tels qu’ombres, occlusions et reflets. Notre système utilise une stratégie de débruitage sophistiquée s’appuyant sur des vérifications de cohérence de phase et l’identification des régions pour filtrer le bruit et livrer des données 3D propres et fiables.

• L’avancée interactive — la projection inversée : il s’agit de la fonction clé du système. Un expert distant peut visualiser le modèle 3D sur son écran, y tracer directement des lignes de coupe ou des repères, puis, en un clic, projeter ces consignes avec précision sur l’échantillon physique du laboratoire local. Cela crée une couche intuitive de « réalité augmentée » pour un guidage chirurgical parfait.

Performances validées : vitesse, précision et fiabilité

La recherche valide la pertinence du système pour un usage médical concret :

• Grande rapidité : une reconstruction 3D complète, acquisition et traitement compris, prend moins de 3 secondes.

• Précision exceptionnelle : les évaluations sur des sphères et plans étalons ont mis en évidence une erreur de répétabilité inférieure à 10 µm sur un champ de vision de 6×10 cm, conforme aux exigences strictes de l’analyse pathologique.

• Débruitage efficace : les expérimentations sur des échantillons biologiques complexes (tissus de cœur et de gésier, par exemple) montrent que le système élimine efficacement les artéfacts tout en préservant les détails morphologiques essentiels.

Du laboratoire à la clinique : enrichir le système d’imagerie macroscopique KFBIO KF-GSC-200

Cette recherche ne reste pas cantonnée au laboratoire. La technologie centrale est intégrée au système d’imagerie d’échantillons macroscopiques de KFBIO, le KF-GSC-200, dont elle renforce considérablement les capacités.

• Au-delà de la documentation, le guidage : alors que les postes de macroscopie traditionnels se contentent de documenter les échantillons, le KF-GSC-200, doté de cette technologie 3D, facilite une collaboration interactive à distance. Les experts peuvent guider le processus de macroscopie étape par étape, garantissant une sélection optimale du spécimen à des fins diagnostiques.

• Une efficacité accrue du flux de travail : la modélisation 3D rapide et précise fournit un meilleur enregistrement numérique que la photographie 2D, facilitant l’évaluation pathologique, l’archivage et la relecture.

• Une base pour la pathologie numérique : cette technologie ouvre la voie à des applications avancées, telles que l’évaluation 3D des marges et l’analyse volumétrique des tumeurs, au sein d’un écosystème de pathologie numérique complet.

Conclusion : redéfinir la collaboration à distance en pathologie

Les travaux conjoints entre KFBIO et SCI Lab constituent un bond en avant majeur dans la télémédecine en pathologie. En combinant une imagerie 3D haute précision et une projection interactive en temps réel, nous transformons la manière dont l’expertise est diffusée à distance. Cette technologie renforce la confiance diagnostique, améliore les résultats chirurgicaux et constitue une pierre angulaire des solutions de pathologie intelligente de nouvelle génération, à l’image du système KF-GSC-200 enrichi.

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Référence

Cette application s’appuie sur la recherche collaborative entre KFBIO et le Smart Computational Imaging Laboratory :
Hu, Y., Liang, Z., Wang, K., Gui, K., Zhang, J., Chen, Q., & Zuo, C. (2023). Structured Light 3D Imaging Instrument for Biological Tissues With Potential Application in Telemedicine. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 73, 5001411. https://doi.org/10.1109/TIM.2023.3331396

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