Les appareils à ultrasons sont courants dans les kits médicaux orbitaux modernes, contribuant à faciliter le diagnostic rapide des maladies ou des changements corporels des astronautes. Cependant, il faut des conseils en temps réel d’experts sur le terrain pour acquérir des images échographiques médicalement utiles. Une fois que les astronautes se rendront sur la Lune ou plus loin dans le système solaire, un tel guidage ne sera plus pratique en raison du retard impliqué. Un nouveau projet dirigé par l'ESA vise à tirer parti de l'IA et de l'apprentissage automatique afin que les astronautes puissent effectuer eux-mêmes des examens échographiques de qualité proche des experts.
"Le succès de l'exploration en équipage dépend de la santé et de la sécurité de nos astronautes", explique Arnaud Runge, ingénieur biomédical à l'ESA, qui supervise le projet. "À mesure que les missions s'aventurent plus loin dans l'espace, cela devient plus difficile à garantir car le nombre et les compétences des membres d'équipage seront limités. Nous avons donc besoin d'une assistance technologique pour rendre les futurs équipages de moins en moins dépendants de l'expertise terrestre"
Vivre dans un volume contraint en absence prolongée de gravité tout en étant exposé à des niveaux élevés de rayonnement peut affecter de nombreux organes critiques, et entraîner des troubles de l'équilibre, des déplacements de fluides, des altérations du fonctionnement visuel, un déconditionnement cardiovasculaire, une diminution de la fonction immunitaire, une atrophie musculaire. et la perte osseuse. De plus, les futures missions planétaires pourraient entraîner des blessures lors des opérations en surface.
La bonne nouvelle est que la plupart de ces conditions peuvent être surveillées à l’aide de l’imagerie par ultrasons, en s’appuyant sur les échos des sons situés au-delà de la portée auditive de nos oreilles pour ouvrir les fenêtres sur les tissus mous du corps humain. La mauvaise nouvelle est qu'il faut des années de formation pour rendre quelqu'un compétent dans la réalisation d'un examen échographique.
"L'imagerie par ultrasons est déjà devenue un outil de diagnostic essentiel pour les équipages de la Station spatiale internationale", commente Carlos Illana de GMV en Espagne, la société qui dirige le consortium de projets pour l'ESA. "Mais dans la pratique actuelle sur l'ISS, l'astronaute qui applique l'appareil à ultrasons à son coéquipier reçoit des conseils en temps réel d'un opérateur d'échographie expérimenté au sol ou effectue les investigations sur la base de la formation limitée reçue avant la mission. ."
Arnaud ajoute :« Pour relever ce défi, l'ESA a déjà travaillé sur le concept de télé-échographie robotisée, dans lequel le radiologue expert sur Terre pilotait à distance la sonde à ultrasons à bord de l'ISS. Cependant, bien qu'intéressant pour une utilisation sur l'ISS également Quant aux applications terrestres, cette approche présente également des limites :en effet, une fois que les missions avec équipage s'étendront au-delà de l'orbite terrestre dans l'espace lointain, un tel guidage ne sera plus réalisable, car la plus grande distance de la Terre entraîne un décalage accru dans les communications, tandis que la bande passante sera également contraint."
Il existe donc un besoin de solutions offrant plus d’autonomie à l’équipage. En réponse, le système autonome d'amélioration des images échographiques de l'ESA, ALISSE, offre aux astronautes la possibilité sur place de capturer des images échographiques de qualité diagnostique comme s'ils étaient des radiologues experts, grâce à l'aide de l'IA et de l'apprentissage automatique.
En collaboration avec le projet, le groupe de physique nucléaire de l'Université Complutense de Madrid a conçu de nouvelles techniques de simulation échographique et de synthèse d'images, tandis que le service de radiologie d'urgence et d'urgence de l'hôpital La Paz de Madrid a fourni des conseils en matière d'examens échographiques et de pathologies, ainsi que la fourniture et étiquetage de centaines de milliers d'échographies anonymisées, utilisées pour entraîner le réseau neuronal d'apprentissage profond qui sous-tend le système ALISSE.
Arnaud ajoute :« La Paz est le plus grand hôpital d'Espagne, réalisant plus d'un demi-million d'échographies par an rien que dans le service d'urgence, en utilisant plus de 40 modèles d'appareils différents. Nous avons utilisé un mécanisme d'apprentissage actif pour filtrer les images non intéressantes. , ce qui laisse moins de 2 % que le service de radiologie a sélectionné et étiqueté pour la formation de notre sous-système de formation sur les réseaux neuronaux."
Cela représente une énorme quantité d'images conservées de plus de 50 000 patients par organe, y compris de nombreux exemples de cas « pathologiques » ou malades. Pour le prototype initial d'ALISSE, le consortium a exploré les reins et la vessie, en tant qu'organes abdominaux très représentatifs et difficiles à scanner, liés aux maladies courantes des astronautes telles que la formation de calculs et la rétention urinaire.
David Mirault de GMV déclare :« Lors du développement du système, les chirurgiens de l'air de l'ESA nous ont fourni des commentaires et des conseils essentiels. Notre objectif était de rendre l'interface utilisateur aussi intuitive que possible, c'est pourquoi nous avons demandé à un groupe d'étudiants en physique totalement non formés de l'essayer. Les images échographiques sont bruyantes, floues et contiennent de nombreux artefacts tels que des ombres et des taches, et le corps de chacun est différent. Les professionnels de la santé ont donc besoin d'années de cours et de formation spécifiques pour apprendre cette technique de diagnostic pour un seul organe. un novice non formé effectuant avec succès un examen échographique est essentiellement nul."
Cependant, les utilisateurs d'ALISSE reçoivent des indications détaillées sur l'endroit du corps où placer la baguette à ultrasons, reçoivent des exemples d'images de l'organe cible et reçoivent le pourcentage de probabilité que l'objet visible soit la bonne cible. Le système est également capable de faire la différence entre le « mode de détection plan » sur de longues distances, cliniquement précieux, pour un organe et une vue latérale « transversale » moins utile.
Jon Scott, qui soutient le projet au Centre des astronautes européens, commente :« Les résultats finaux sont très encourageants; 9 images sur 10 des étudiants assistés par ALISSE étaient des plans échographiques cliniquement acceptables des reins et de la vessie, se rapprochant des performances d'un radiologue qualifié. Et comme avantage supplémentaire, ALISSE peut également fonctionner avec plusieurs appareils à ultrasons, maximisant sa flexibilité et réduisant les obstacles à sa mise en œuvre.
"Le résultat est un système qui permet aux astronautes d'assumer davantage de responsabilités dans leurs propres soins médicaux, un élément essentiel pour l'avenir de la médecine spatiale, et qui devrait également démocratiser l'utilisation de l'imagerie par ultrasons sur Terre. Avec le développement continu de cette technologie, nous pouvons nous attendre à un moment où les cloisonneurs médicaux de première ligne pourront utiliser des appareils à ultrasons guidés par l'IA avec autant de compétence qu'ils collectent des échantillons de sang aujourd'hui. "
Le projet ALISSE a été soutenu par l'élément de développement technologique de l'ESA, favorisant de nouvelles technologies prometteuses pour l'espace. Dans une prochaine étape, le consortium prévoit d'augmenter la prise en charge du système par d'autres organes et d'améliorer les instructions de guidage pour rendre ALISSE encore plus intuitive. L'ESA souhaite également que le système ALISSE fonctionne sur une tablette connectée à une sonde à ultrasons.
Fourni par l'Agence spatiale européenne
