Un algorithme développé au MIT prend des images IRM des placentas (en haut) et les aplatit pour être plus facilement analysés (milieu et bas). Crédit :Massachusetts Institute of Technology
Le placenta est l'un des organes les plus vitaux d'une femme enceinte. Si cela ne fonctionne pas correctement, les conséquences peuvent être désastreuses :les enfants peuvent présenter un retard de croissance et des troubles neurologiques, et leurs mères courent un risque accru de maladies du sang comme la prééclampsie, ce qui peut altérer la fonction rénale et hépatique.
Malheureusement, l'évaluation de la santé placentaire est difficile en raison du peu d'informations qui peuvent être glanées à partir de l'imagerie. Les ultrasons traditionnels sont bon marché, portable, et facile à réaliser, mais ils ne peuvent pas toujours capturer suffisamment de détails. Cela a incité les chercheurs à explorer le potentiel de l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Même avec les IRM, bien que, la surface incurvée de l'utérus rend les images difficiles à interpréter.
Ce problème a attiré l'attention d'une équipe de chercheurs du Laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle (CSAIL) du MIT, qui se demandait si la forme froissée du placenta pouvait être aplatie à l'aide d'une géométrie sophistiquée.
Le mois prochain, ils publieront un article montrant que c'est possible. Leur nouvel algorithme déplie les images des IRM pour mieux visualiser l'organe. Par exemple, leurs images montrent plus clairement les "cotylédons, " des structures circulaires qui permettent l'échange de nutriments entre la mère et son ou ses enfants en développement. Être capable de visualiser de telles structures pourrait permettre aux médecins de diagnostiquer et de traiter les problèmes placentaires beaucoup plus tôt dans la grossesse.
"L'idée est de déployer l'image du placenta pendant qu'il est dans le corps, pour qu'il ressemble à ce que les médecins ont l'habitude de voir après l'accouchement, " dit Mazdak Abulnaga, étudiant au doctorat, auteur principal du nouvel article avec les professeurs du MIT Justin Solomon et Polina Golland. « Bien qu'il ne s'agisse que d'un premier pas, nous pensons qu'une approche comme celle-ci a le potentiel de devenir une méthode d'imagerie standard pour les radiologues."
Golland dit que l'algorithme pourrait également être utilisé dans la recherche clinique pour trouver des biomarqueurs spécifiques associés à une mauvaise santé placentaire. Une telle recherche pourrait aider les radiologues à gagner du temps et à localiser plus précisément les zones à problèmes sans avoir à examiner de nombreuses tranches différentes du placenta.
Chris Kroenke, professeur agrégé à l'Oregon Health and Science University, affirme que le projet ouvre de nombreuses nouvelles possibilités de surveillance de la santé placentaire.
"Les processus biologiques qui sous-tendent la structuration des cotylédons ne sont pas complètement compris, on ne sait pas non plus s'il faut s'attendre à un modèle standard pour une population donnée, " dit Kroenke, qui n'était pas impliqué dans le journal. "Les outils fournis par ce travail aideront certainement les chercheurs à répondre à ces questions à l'avenir."
La nouvelle image aplatie de l'algorithme (à gauche) révèle les "cotylédons, " qui permettent l'échange d'oxygène et de nutriments entre la mère et l'enfant. Ce contexte est perdu dans les images originales non aplaties. Crédit :Massachusetts Institute of Technology
Abulnaga, Salomon, et Golland ont co-écrit l'article avec l'ancien postdoctorant du CSAIL Mikhail Bessmeltsev et leurs collaborateurs, Esra Abaci Turk et P. Ellen Grant de l'Hôpital pour enfants de Boston (BCH). Grant est le directeur du Centre des sciences du développement et de neuroimagerie fœtale et néonatale du BCH, et professeur de radiologie et de pédiatrie à la Harvard Medical School. L'équipe a également travaillé en étroite collaboration avec des collaborateurs du Massachusetts General Hospital (MGH) et du professeur du MIT Elfar Adalsteinsson.
L'article sera présenté le 14 octobre à Shenzhen, Chine, à la Conférence internationale sur l'informatique médicale et l'intervention assistée par ordinateur.
L'algorithme de l'équipe modélise d'abord la forme du placenta en le subdivisant en milliers de minuscules pyramides, ou tétraèdres. Cela sert une représentation efficace pour les ordinateurs pour effectuer des opérations pour manipuler la forme. L'algorithme organise ensuite ces pyramides dans un modèle qui ressemble à la forme aplatie qu'un placenta détient une fois qu'il est hors du corps. (L'algorithme fait cela en déplaçant essentiellement les coins des pyramides sur la surface du placenta pour correspondre aux deux plans parallèles du modèle et en laissant le reste remplir la nouvelle forme.)
Le modèle doit faire un compromis entre les pyramides correspondant à la forme du gabarit et minimisant la quantité de distorsion. L'équipe a montré que le système peut finalement atteindre une précision à l'échelle de moins d'un voxel (un pixel 3D).
Le projet est loin d'être le premier visant à améliorer l'imagerie médicale en manipulant réellement lesdites images. Il y a eu des efforts récents pour déplier des scans de côtes, et les chercheurs ont également passé de nombreuses années à développer des moyens d'aplatir les images du cortex cérébral du cerveau pour mieux visualiser les zones entre les plis.
Pendant ce temps, le travail impliquant l'utérus est beaucoup plus récent. Les approches précédentes de ce problème se concentraient sur l'aplatissement séparé des différentes couches du placenta. L'équipe dit qu'elle estime que la nouvelle méthode volumétrique entraîne plus de cohérence et moins de distorsion car elle cartographie l'ensemble du placenta en 3D à la fois, lui permettant de modéliser de plus près le processus de déroulement physique.
"Le travail de l'équipe fournit un outil très élégant pour résoudre le problème de la forme irrégulière du placenta étant difficile à imager, " dit Kroenke.
Comme prochaine étape, l'équipe espère travailler avec MGH et BCH pour comparer directement les images in utero avec celles du même placenta après la naissance. Parce que le placenta perd du liquide et change de forme au cours de l'accouchement, cela nécessitera l'utilisation d'une chambre spéciale conçue par MGH et BCH où les chercheurs peuvent mettre le placenta directement après la naissance.
Le code source du projet est disponible sur github.
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.
