Une technologie pour sauver le cerveau

Un nouvel appareil combine algorithmique, lumière infrarouge et imagerie pour suivre les saignements dans le cerveau.

 


Les inventeurs de TOVA : le docteur Slava Kalchenko à gauche et le professeur Alon Harmelin à droite

Imaginez un chirurgien qui observe le cerveau d’un patient – à plusieurs kilomètres – et qui diagnostique des dommages cérébraux imminents à cause d’un caillot sanguin qui grossit, simplement en jetant un coup d’œil à un smartphone. C’est maintenant à notre portée grâce à une collaboration entre le professeur Alon Harmelin (vice-président de l’Institut Weizmann des Sciences pour l’administration et les finances), le docteur Slava Katchenko, chercheur principal et directeur de l’unité d’imagerie optique in vivo et le docteur Paul Wright, neurologue du réseau d’hôpitaux Nuvance Health de l’État de New-York et du Connecticut.

Le professeur Harmelin et le docteur Kalchenko ont développé un système d’imagerie – appelé « transcranial optical vascular assessment », c’est-à-dire évaluation vasculaire optique transcrânienne, abrégé TOVA – qui collecte une image et des informations sur la présence et la croissance d’un hématome sous-dural, un type commun de saignement à l’intérieur du crâne contre la surface extérieure du cerveau qui se produit fréquemment après une blessure à la tête. TOVA se présente sous la forme d’un casque portable léger connecté sans fil à un appareil mobile (comme une tablette ou un smartphone) pour une surveillance continue en temps réel via le cloud ainsi qu’un système de surveillance centralisé.


La puce TOVA

TOVA sera facilement transportable. Il est conçu pour une utilisation continue. Plutôt que de subir une hospitalisation prolongée et d’être exposé à des radiations ionisantes en provenance du CT-scan de surveillance ( CT : computerized tomograhy la méthode actuelle pour diagnostiquer les hématomes et autres blessures du cerveau), les patients porteront un casque et quitteront l’hôpital ou le centre de soins. Ainsi, TOVA offrira une réduction immédiate des coûts liés à une hospitalisation prolongée tout en apportant une meilleure surveillance du patient, dans sa propre maison.

D’après le professeur Harmelin, qui a développé cette technologie quand il était encore directeur du département des ressources vétérinaires, « TOVA apportera un changement important dans la façon dont nous traitons les blessures à la tête ».

 

Apporter un nouvel éclairage en utilisant l’IA

Le secret technologique caché derrière TOVA est une combinaison de lumières infrarouges et de signaux radiofréquences couplé à des algorithmes sophistiqués. TOVA se base sur un phénomène scientifique clef : en effet, le sang présente différentes propriétés d’absorption de la lumière quand il se déplace à travers les différents tissus à l’intérieur du crâne.

L’idée d’utiliser les propriétés d’absorption de la lumière par le sang pour imager le cerveau a plus de 40 ans. Cependant, il n’existait aucune façon d’exploiter ces propriétés d’une façon à la fois efficace et sure (sans radiations) et c’était considérée comme une chose impossible – jusqu’à aujourd’hui.

« Les exigences informatiques pour construire ces algorithmes sont plutôt complexes, » dit le docteur Kalchenko. « Mais grâce à la révolution de l’intelligence artificielle basée sur le machine learning des dix dernières années, c’est maintenant possible. »

Le professeur Harmelin et le docteur Kalchenko ont créé un algorithme qui peut encoder la « signature » sang/lumière d’un hématome dans différents tissus et le distinguer ainsi des tissus cérébraux sains. En fait, ils ont construit un algorithme en utilisant une technique de machine learning impliquant une série de jeux de données qui simulent différentes signatures puis ont ensuite « appris » ces simulations à un programme informatique qui peut ensuite distinguer la présence et la taille d’un hématome dans des modèles animaux vivants.

Aujourd’hui, en collaboration avec le docteur Paul Wright, le professeur Harmelin et le docteur Kalchenko travaillent sur la faisabilité de ce projet et sur la mise à disposition de ce casque portable dans le domaine médical.

Ce dispositif arrive à un moment clé. En effet, les avancées médicales favorisent la longévité ; cependant, et de façon inattendue, de plus en plus de personnes sont sous anti-coagulants à cause de maladies cardiaques.

« Les personnes âgées sont plus enclines à tomber, et si elles tombent alors qu’elles sont sous anti-coagulants, elles présentent un risque élevé de saignement cérébral traumatique, » dit le docteur Wright. « Même si le sang est drainé, il y a toujours un risque de répétition du phénomène qui peut ne pas être détecté avant le prochain CT-scan. Puisque TOVA offre une surveillance en temps réel, les risques de lésion cérébrale importante sont réduits. »

TOVA est capable de scanner à une profondeur de 3 cm dans le cerveau, soit une distance relativement faible. Ainsi, cette technologie répond à une niche précise de diagnostic, complémentaire au CT-scan et à l’IRM.

Le but est de rendre TOVA disponible dans les ambulances, les cabinets médicaux et les maisons de repos. L’intégration du dispositif dans des casques de moto ou des casques militaires, pour un triage sur place, pourrait être possible.

Le développement de la technologie TOVA a été financé par des experts en développement des affaires à Yeda, la branche de transfert technologique de l’Institut Weizmann, dans son programme Innovation, Développement, Amélioration et Accélération (IDEA). IDEA est une nouvelle initiative créée pour aider les scientifiques de l’Institut Weizmann à créer du lien entre académie et industrie. Avec l’aide de Yeda, TOVA sera bientôt entre les mains – et sur la tête – des patients où qu’ils soient.