Joshua Broder utilisait un combiné Wii pour frapper une balle de ping-pong dans les deux sens lorsque l’idée lui est venue. Médecin urgentiste au centre médical de l'université de Duke, il utilise l'échographie pour comprendre ce qui se passe dans le corps d'un patient et traiter les plaies et les maladies. Cependant, bien qu'il soit suffisamment rapide pour fonctionner en temps réel, son image est bidimensionnelle et difficile à analyser.
«Le contrôleur dans ma main est vraiment une chose peu coûteuse», pensa-t-il. "Pourquoi les matériels médicaux coûteux n'utilisent-ils pas ce type de technologie à faible coût?"
Avec l'aide d'ingénieurs de Duke et de Stanford, Broder 3D a imprimé un corps pour une baguette à ultrasons destinée à abriter des accéléromètres et des gyroscopes similaires à ceux des téléphones ou des Wiimotes. Ces petits appareils, devenus omniprésents et peu coûteux grâce à la révolution des smartphones, déterminent ensemble l’angle, la position et l’orientation de votre téléphone, vous permettant ainsi de jouer à des jeux, de garder votre écran bien droit et d’utiliser des gestes. Attachés à la baguette de l’ultrason, qui émet et reçoit les ultrasons comme un radar, les mêmes capteurs suivent sa position précise. Ensuite, lorsque les images sont prises, le logiciel utilise ces informations pour les assembler dans un fichier tridimensionnel. La sortie, bien qu’elle n’approche pas de la qualité d’image d’une IRM ou d’une tomodensitométrie, est beaucoup plus facile à comprendre qu’une image ultrasonore 2D, qui peut paraître granuleuse et déroutante.
Les machines à ultrasons sur lesquelles Broder s'appuie sont différentes de celles utilisées par les médecins pour visualiser les foetus à naître. Bien que ces machines de la taille d'un chariot fournissent des images 3D, elles coûtent des centaines de milliers de dollars et ne sont pas extrêmement portables. Ce que Broder décrit est une petite pièce jointe imprimée en 3D pour un échographe 2D de la taille d’un ordinateur portable d’une valeur de 25 000 $.
L'échographie sur site, dans laquelle les médecins utilisent l'échographie lors d'un examen physique pour informer de nouveaux soins, devient de plus en plus courante - un marché que P & S Market Research s'attend à connaître une croissance de 7% par an jusqu'en 2025 - mais cela reste une ressource sous-utilisée », explique Chris Fox, directeur de l’échographie pédagogique à l’Université de Californie à Irvine. Il enseigne les techniques d'échographie aux médecins dans une grande variété de spécialités, de la salle d'urgence à la médecine interne, en passant par la capture et la lecture d'images ultrasonores. «La qualité des soins s’améliore tout simplement lorsque vous pouvez regarder à travers la peau du patient les organes qui vous préoccupent, au point même où les soins sont prodigués, sans avoir à attendre un autre test, » déclare Fox.
Une vue échographique de l'abdomen peut indiquer à un médecin si le patient présente une obstruction de l'intestin, un calcul biliaire ou un rein bloqué, par exemple. L'essoufflement peut être attribué à une pneumonie, à un liquide dans la poitrine ou à un liquide autour du cœur. De cette manière, les médecins peuvent utiliser des ultrasons pour déterminer si un patient doit être envoyé pour une imagerie supplémentaire ou non. Et ils utilisent souvent des ultrasons pour guider le placement de l'aiguille en chirurgie laparoscopique et autres procédures nécessitant le placement précis des instruments, car elles peuvent montrer une image en temps réel de l'aiguille pénétrant dans le tissu.
Mais c'est là que l'échographie 2D devient délicate. vous ne pouvez pas voir beaucoup de tissu et il est difficile de différencier le système vasculaire, les nerfs, les muscles et les os. «Tout ce que nous voyons, c'est une tranche et nous devons décider maintenant si nous allons regarder cela dans un plan longitudinal ou dans un plan transversal. C'est déroutant de devoir s'engager dans l'un de ces deux plans », explique Fox. Une vue transversale montrerait l'aiguille se dirigeant vers le spectateur, et une vue longitudinale montrerait l'aiguille qui entrait par le côté, mais dans ces plans à deux dimensions, il est très difficile de déterminer la profondeur et donc de déterminer si l'aiguille est correctement positionnée. «L’échographie tridimensionnelle est tellement plus facile à interpréter que cela éliminerait vraiment cette couche d’insécurité que beaucoup de médecins ont, selon moi, quand il s’agit d’essayer d’apprendre l’ultrason.
Plus simplement, l'échographie 2D est difficile à utiliser. «Il est difficile pour les personnes qui n'ont jamais pratiqué une échographie auparavant d'apprendre à prendre des photos et à les interpréter», explique Broder. "Nous voulons que cette technologie soit si intuitive que de nombreux membres du personnel médical puissent l'utiliser immédiatement sans formation."
Présentant au forum de recherche du Collège américain des médecins d'urgence, Broder a décrit ce qu'il considère comme une fonction essentielle de la technologie: l'imagerie cérébrale chez les jeunes enfants. Les enfants de moins de deux ans ont un crâne mou et les ultrasons permettent de bien voir et aident à diagnostiquer l'hydrocéphalie, où le liquide céphalo-rachidien provoque une pression dans le cerveau. Il s'en servit pour enregistrer une image du cerveau d'un enfant de 7 mois, tandis que le bébé était assis paisiblement sur les genoux de sa mère. Cela n'exigeait pas de radiation, comme un scanner, et l'enfant ne devait pas être immobile ou sous sédation, comme une IRM. Ils ont simplement passé la baguette sur la tête du garçon, dans un mouvement de peinture. En dix secondes c'était fait.
Un logiciel à code source libre appelé 3D Slicer affiche le résultat à l’écran avec trois axes et un curseur permettant aux médecins d’ouvrir l’image et de visualiser une coupe transversale. Techniquement, il s'agit d'une pile d'images 2D (jusqu'à 1 000 d'entre elles) superposées, mais le logiciel peut également estimer le volume de leurs caractéristiques, ce qui est particulièrement utile pour diagnostiquer les tumeurs.
«C’est juste un ensemble de données beaucoup plus dynamique que lorsque vous prenez une image fixe», déclare Broder. «Pensez à l'analogie d'une photo sur votre appareil photo. Une fois que vous avez pris la photo, vous pouvez la manipuler, mais si vous n’aimez pas l’angle à partir duquel vous avez pris la photo, vous ne pouvez pas le corriger. Lorsque vous avez un jeu de données en trois dimensions, vraiment beaucoup de contrôle sur les questions que vous voulez poser et comment vous y répondez. "
Même les échographes les plus coûteux n'offrent pas la précision de l'imagerie par tomodensitométrie ni par imagerie par résonance magnétique (IRM), ils ne peuvent pas non plus imager un corps entier, mais ce n'est pas le problème, dit Broder. «Nous voulons réduire les coûts, » dit-il. «En médecine occidentale, nous souffrons en faisant beaucoup de choses avec peut-être un degré d'exactitude ou de précision supérieur à ce dont nous avons besoin, ce qui entraîne des coûts élevés. Nous voulons donc répondre exactement aux besoins des patients: fournir le niveau de détail requis pour obtenir les meilleurs soins. »
L’usage de l’échographie aux points de service augmentant, l’équipe de Broder n’est pas la seule à essayer d’améliorer les machines. Clear Guide ONE, conçu par les médecins de Johns Hopkins, utilise également un accessoire de baguette, mais utilise un système visuel pour suivre l’insertion de l’aiguille, même s’il est limité à cette application. Et, alors qu'il ne propose que des ultrasons bidimensionnels, un appareil appelé Clarius se connecte sans fil à un smartphone pour contourner l'ordinateur et faire baisser le prix sous les 10 000 $.
La petite taille et le faible coût du dispositif Broder le rendent utile dans les régions du monde où il est impossible ou peu coûteux d’utiliser des machines plus grosses. GE a accepté, attribuant 200 000 $ à Broder lors de son tout premier défi de recherche sur l’ultrason au point de soin. En l'état, le dispositif fait actuellement l'objet d'essais cliniques et Broder et ses collaborateurs sont titulaires d'un brevet international. À l'avenir, Broder envisage d'associer l'appareil à un électrocardiographe pour obtenir une image en temps réel des battements de cœur. Si les données de l'ECG correspondent aux images individuelles prises par l'échographie, vous pouvez trier les images en fonction du moment où elles se sont produites au cours du cycle cardiaque. Cette imagerie «4D» pourrait donner de meilleures images du cœur, car elle compense le mouvement du cœur lui-même, ainsi que la respiration.
«Nous pouvons faire beaucoup de choses comme les machines 3D coûteuses, mais à un coût bien moindre», explique Broder. "Nous sommes à cette époque incroyable où les technologies informatiques ont vraiment facilité ce que nous avons fait."
