Recherche en neuroinformatique : Modélisation 3D de l’anatomie nerveuse avec un système multicaméra

Contexte académique

L’anatomie chirurgicale du système nerveux central, y compris le crâne et la colonne vertébrale, possède une structure tridimensionnelle(3D) extrêmement complexe, rendant difficile pour les apprenants de comprendre pleinement les relations complexes entre les structures. Une compréhension précise de ces relations anatomiques et de la perception 3D est cruciale pour réaliser des interventions neurochirurgicales sécuritaires et réduire les complications opératoires. Actuellement, les manuels et atlas restent la méthode standard pour enseigner l’anatomie humaine et la neurochirurgie (Rhoton, 2023). Cependant, la dissection cadavérique, considérée comme le modèle le plus réaliste pour étudier l’anatomie neurochirurgicale (Sotgiu et al., 2020), est coûteuse et n’est pas toujours disponible dans tous les cours de neurochirurgie et d’anatomie. Par conséquent, il est particulièrement urgent de développer une méthode d’éducation en neuroanatomie qui soit économique et efficace pour les étudiants ne pouvant accéder à l’apprentissage en laboratoire.

Origine du papier

Cette étude, intitulée “Photogrammetry Scans for Neuroanatomy Education - A New Multi-Camera System: Technical Note”, a été écrite par André S. B. Oliveira, Luciano C. P. C. Leonel, Megan M. J. Bauman, Alessandro De Bonis, Edward R. Lahood, Stephen Graepel, Michael J. Link, Carlos D. Pinheiro-Neto, Nirusha Lachman, Jonathan M. Morris et Maria Peris-Celda. Les auteurs proviennent de la Mayo Clinic à Rochester, Minnesota (États-Unis), de l’Université fédérale de Paraíba (Brésil) et de l’Institut scientifique San Raffaele à Milan (Italie). Cet article a été publié dans Springer Nature le 6 juin 2024.

Processus de recherche

Sujet de recherche et préparation des matériaux

Tous les échantillons ont été fournis par le “Body Donation Program” de la Mayo Clinic et approuvés par le comité d’examen institutionnel (IRB 17-005898). Cette étude a utilisé un échantillon cérébral fixé au formol et un crâne sec pour les dissections et les scans.

Instruments et équipement expérimental

Un nouveau système de photogrammétrie multicaméra basé sur 5 caméras reflex numériques (DSLR) a été utilisé pour la capture d’images. Les échantillons étaient placés dans un scanner Medcreator (Medreality, Thyng, Chicago, IL) pour la création de modèles 3D. Le nouveau système était équipé d’une plateforme tournante permettant de capturer des images sous plusieurs angles pendant la rotation de l’échantillon.

Processus de photogrammétrie

L’échantillon était placé sur une plateforme qui tournait à 360 degrés, capturant 36 images à chaque rotation, un processus prenant environ 15-20 minutes. Toutes les caméras utilisaient le logiciel Reality Capture pour acquérir et traiter les images, générant des modèles 3D affichables sur les plateformes Sketchfab et Medreality pour une manipulation libre par les utilisateurs et l’apprentissage.

Traitement des données et présentation des modèles

Après la génération des modèles, la calibration et la correction effectuées avec le logiciel Reality Capture éliminaient les ombres et reflets indésirables. Les modèles 3D finaux étaient ensuite téléchargés sur Sketchfab et Medreality, permettant aux utilisateurs de les manipuler librement sur tout dispositif électronique, améliorant ainsi l’expérience d’apprentissage.

Résultats principaux

L’étude a révélé que le nouveau système présente une amélioration significative en termes de capture d’image et de précision et résolution des modèles par rapport au système précédent à trois caméras. Cela a non seulement réduit le temps nécessaire à la création des modèles, mais aussi amélioré la qualité des modèles 3D. Grâce à ces plateformes, les étudiants et les professionnels peuvent accéder et manipuler ces modèles 3D gratuitement sur tout dispositive, ce qui constitue une aide significative à l’enseignement de la neuroanatomie, améliorant ainsi les résultats chirurgicaux pour les patients.

Conclusion et valeur de l’étude

Cet article démontre le potentiel et l’importance de la technologie de photogrammétrie 3D à système multicaméra dans l’éducation en neuroanatomie. Ce système s’est non seulement distingué par l’amélioration de la précision et résolution des modèles, mais il a également facilité la fabrication des modèles en réduisant le temps de production, fournissant ainsi des outils éducatifs plus pratiques et efficaces. De plus, cette technologie a augmenté la diffusion et l’accessibilité des connaissances en neuroanatomie, cultivant les capacités de perception de l’espace en trois dimensions chez les étudiants et les professionnels, contribuant à réduire les complications opératoires et à améliorer les résultats cliniques.

Points forts de l’étude

Cette recherche innovante utilise un système multicaméra de cinq appareils photo DSLR, améliorant considérablement la précision et la résolution des modèles 3D et simplifiant les processus opérationnels. Cette innovation non seulement fournit des modèles anatomiques d’une grande précision pour l’enseignement pratique, mais réduit également le temps de fabrication des modèles, augmentant la disponibilité et la facilité d’utilisation des ressources pédagogiques.

Autres informations importantes

Bien que cette technologie offre de nombreux avantages pour l’éducation et la pratique, la création de modèles 3D en utilisant cette méthode nécessite toujours un environnement de laboratoire coûteux, des équipements spécialisés et le soutien de techniciens qualifiés. Pour maximiser l’effet éducatif des modèles, il est recommandé d’ajouter des étiquettes et des annotations afin que les apprenants puissent mieux comprendre et maîtriser les structures anatomiques complexes. En outre, l’utilisation de technologies de réalité virtuelle et augmentée pourrait offrir une expérience d’apprentissage encore plus immersive.

Perspectives

À travers une optimisation et une promotion continues de cette technologie, non seulement la qualité de l’enseignement en neuroanatomie sera améliorée, mais elle fournira également des solutions de modélisation 3D efficaces et économiques pour d’autres domaines médicaux. À l’avenir, avec des progrès technologiques constants, ce système pourrait jouer un rôle important dans l’éducation médicale et les applications cliniques de manière plus large.