Elle donne du relief à l'imagerie

Passionnée de biomécanique, le professeur Wafa Skalli a été à l'origine du succès d'EOS, un système de radiographie en 3D. Au côté de Georges Charpak et de Jean Dubousset, elle s'est penchée sur la question de la modélisation de la colonne vertébrale.

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Elle donne du relief à l'imagerie

Pour les chirurgiens orthopédiques, ces trois lettres évoquent une révolution. EOS, né de la collaboration entre la biomécanicienne Wafa Skalli, le Nobel de physique Georges Charpak et le spécialiste de la scoliose Jean Dubousset, a rendu possible la reconstitution 3D des déformations de la colonne vertébrale, à une faible dose d'irradiation. « C'est passionnant de voir que les recherches auxquelles j'ai participé ont abouti à un meilleur suivi thérapeutique des patients scoliotiques », se réjouit Wafa Skalli, directrice du laboratoire de biomécanique (LBM) de l'Ensam. Spécialiste de la modélisation ostéo-articulaire et tissulaire, elle a participé dès les années 1990 au développement de ce système de radiographie 3D, aujourd'hui présent dans cinquante centres hospitaliers à travers le monde. Fruit de plus de quinze ans de recherche, le système EOS a ouvert de nouveaux chemins à la recherche. Des voies que Wafa Skalli continue d'arpenter avec passion, aussi bien dans le cadre d'EOS qu'à travers ses activités d'enseignante.

L'INNOVATRICE : À la croisée du médical et de l'ingénierie

Ingénieur Arts et métiers, Wafa Skalli s'intéresse à la biomécanique dès ses études. « L'association entre le métier de médecin et celui d'ingénieur m'a séduite », se souvient-elle. Modeste, elle ne cesse de rappeler l'importance de ses échanges avec les cliniciens dans l'avancée de ses recherches. Sous la direction de François Lavaste, fondateur du laboratoire de biomécanique, elle entame un doctorat. « Lors de ma thèse de docteur ingénieur, j'ai travaillé sur la modélisation de la colonne vertébrale. Je me suis intéressée à la scoliose, qui induit des déformations tridimensionnelles du squelette », continue-t-elle. Sa rencontre avec le professeur Jean Dubousset, spécialiste de cette pathologie, est déterminante. Il lui demande de modéliser une colonne scoliotique pour aider à la planification d'actes chirurgicaux. « Le scanner était inenvisageable. Pour une colonne de 35 centimètres de longueur, il faut 350 coupes scanners ! » En s'appuyant sur deux clichés, l'un de face, l'autre de profil, et sur des repères anatomiques, Wafa Skalli et l'équipe du LBM sont capables dès 1996 de restituer une image tridimensionnelle de la colonne. Reste un verrou : les doses de radiation trop élevées.

LA TECHNOLOGIE : Un procédé pour voir le squelette en 3D

À la même période, Georges Charpak met au point un système de radiographie numérique, avec des doses d'irradiation jusqu'à dix fois moindres qu'en radiologie classique et mille fois moindres qu'en tomodensitométrie. L'idée de combiner les deux innovations germe l'année suivante. Entre la validation de la preuve de concept et le transfert technologique, cinq ans s'écoulent. En 2003, le premier prototype EOS voit enfin le jour. « Le système EOS représente l'aboutissement d'une recherche, mais ouvre également des avenues de recherches pour comprendre comment fonctionne le squelette humain. C'est un sujet qui me fascine. La forme d'un os peut être décrite par de nombreux paramètres : quels sont les plus pertinents ? », s'interroge, soudain intarissable, Wafa Skalli.

Alors qu'à ses débuts, la technologie n'est capable de radiographier que la colonne vertébrale, elle peut désormais s'appliquer à des coupes du bassin et des membres inférieurs. Quant à la vitesse de reconstitution, elle est passée de huit heures en 2003 à... dix minutes aujourd'hui !

LE SUCCÈS : Déjà cinquante hôpitaux équipés dans le monde

Le système EOS a révolutionné la prise en charge des patients scoliotiques ou atteints d'ostéoporose, permettant un suivi plus précis et moins irradiant. Aujourd'hui, la technologie a été acquise par une cinquantaine d'établissements médicaux à travers le monde. Deux derniers convertis en date : l'hospital for special surgery, à New-York, spécialisé dans les traitements orthopédiques, juste avant l'hôpital de Cambridge (Massachussetts).

Si le procédé s'est largement installé dans la prise en charge des pathologies orthopédiques, les recherches pour améliorer la technologie n'en continuent pas moins. Notamment pour déterminer la teneur en calcium de l'os, dans le cadre d'un projet européen (voir encadré). Un niveau d'informations supplémentaire qui permettrait d'améliorer la prévention, en combinant les données sur la géométrie du squelette et sur ses propriétés mécaniques. « Grâce à ces données, on peut calculer la résistance de l'objet mécanique virtuel et estimer le risque de fracture », explique Wafa Skalli.

Prometteuse, la preuve de concept a permis d'obtenir un financement conjointement avec le CHU Tripode à Bordeaux et l'hôpital Cochin à Paris, pour continuer les recherches et aller jusqu'au transfert technologique. Un soutien qui prouve que les médecins croient au futur de la radiographie 3D. La communauté des ingénieurs a aussi distingué EOS, en nominant Wafa Skalli pour le prix de l'Ingénieur-inventeur Chéreau Lavet en 2007. Mais l'amélioration de la santé des patients scoliotiques reste sa meilleure récompense.

WAFA SKALLI

Diplômée des Arts et métiers, Wafa Skalli a travaillé au développement du système EOS à partir de 1996. Elle dirige aujourd'hui le Laboratoire de biomécanique de l'Ensam, au sein duquel elle enseigne la modélisation et la biomécanique ostéo-articulaire et tissulaire.

UNE RECONSTITUTION EN 3D DE LA COLONNE VERTÉBRALE

Pour reconstituer la colonne vertébrale en 3D, le système EOS combine les repères anatomiques présents sur deux radiographies, une de face et une de profil et des données sur la géométrie générique de l'os étudié. Une reproduction 3D personnalisée est obtenue informatiquement. Le système permet en outre de déterminer la densité minérale osseuse, c'est-à-dire la quantité de calcium contenue dans l'os, via une radiographie dite à deux niveaux d'énergie. L'absorption des rayons X dépendant de la matière traversée, l'absorption par l'os de rayons X émis à deux niveaux d'énergie différents permet de déterminer la teneur de l'os en calcium, donc de détecter des pathologies osseuses comme l'ostéoporose.

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