De tout temps, l’homme a été fasciné par l’exploration. Après celle de l’environnement qui nous entoure, les technologies HPC permettent aujourd’hui de visiter à l’écran, avec un réalisme jamais atteint auparavant, l’intérieur du corps humain. Grâce à elles, l’entreprise américaine BioDigital Systems offre à tout un chacun, via le Web, une visite guidée de notre physiologie en 3D temps réel.

C’est sur le site biodigitalhuman.com que ça se passe. En quelques clics, on accède à une représentation virtuelle du corps humain d’un réalisme et d’une fluidité tout à fait remarquables. Gratuit et accessible à partir de tout navigateur moderne, ce modèle peut être zoomé et tourné à l’envi dans les trois dimensions. Sa vocation est éminemment pédagogique : en affichant le nom des systèmes, organes et tissus présents à l’écran, il permet une meilleure compréhension des mécanismes et des interactions qui animent notre corps. On peut donc parcourir le modèle en s’y promenant, mais également repérer ses composantes ou localiser un très grand nombre d’affections à partir d’un menu arborescent.

Pour expliquer le projet BioDigitalHuman, Frank Sculli, cofondateur de BioDigital Systems, est parti de deux constats simples : “On le voit au travers de l’émergence des films en 3D et de l’omniprésence des jeux vidéos – l’affichage réaliste est entré dans les mœurs. Dans le même temps, la recherche d’informations représente l’un des trois usages principaux du web pour 80% des internautes. Or, en matière de santé, la majorité des connaissances n’est disponible que sous forme textuelle et, bien souvent, elles sont hermétiques pour les non-initiés “. Autre point d’importance pour Franck Sculli, “ces informations ne permettent que rarement d’appréhender une pathologie dans toute sa dimension. Faites une recherche sur Infarctus : les premiers résultats sont exclusivement descriptifs et se limitent aux symptômes cliniques“. C’est à partir de ce constat que, compte tenu de sa spécialisation en imagerie médicale, BioDigital a voulu démocratiser la connaissance du corps humain au travers d’un média universel.

Les technologies HPC au service de la curiosité

Outre la somme d’information qu’il recèle, ce qui frappe le plus, sur biodigitalhuman.com, c’est la rapidité, la précision et la fluidité de l’affichage. Pour parvenir à un tel résultat, BioDigital s’appuie sur deux piliers techniques récents. D’abord, l’API JavaScript WebGL, finalisée voici à peine dix-huit mois. WebGL exploite l’accélération matérielle des cartes graphiques présentes sur le poste client, déportant vers le navigateur une partie des calculs de rendu. Ensuite, BioDigital Systems a fait appel à NVIDIA, spécialiste de l’accélération GPU massivement parallèle, pour obtenir la puissance nécessaire au calcul des quelques 3000 modèles 3D qui constituent l’ensemble du système. Ces modèles élémentaires sont, au surplus, articulés par des dizaines de milliers de connexions logiques adossées à un corpus lexical aux contenus hyperliés.

A ce titre, l’application est un parfait exemple de représentation complexe fondée sur une double approche client 3D / serveur de calcul. D’après Franck Sculli, sans CUDA, l’API GP-GPU de NVIDIA dédiée aux accélérateurs Tesla, les calculs vectoriels nécessaires à cette représentation n’auraient pas pu être parallélisés. C’est l’existence même du programme, difficilement envisageable avec les méthodes de calcul scalaires conventionnelles, qui aurait été compromise.

L’intérêt de cette approche est qu’elle est directement transposable à de nombreux usages en entreprise. Il y a seulement cinq ans, un projet SaaS complexe comme BioDigitalHuman.com n’aurait pas pu être mené à bien par une initiative privée – une startup qui plus est – du fait des limitations inhérentes aux systèmes de calculs traditionnels. Aujourd’hui, l’utilisation combinée de WebGL et du calcul GP-GPU démontre que, dans leur grande majorité, les problématiques de visualisation de données complexes sont solvables. Dès lors, toute application manipulant des quantités massives d’informations analytiques ou prédictives peut en bénéficier : finance, météorologie, géophysique, astronomie…

Comprendre par l’image

La représentation physiologique qu’offre le site étant très complète, rien de plus simple que de comprendre l’évolution d’une affection et ses conséquences sur les organes et les tissus touchés, par exemple. Ainsi, le modèle respecte fidèlement les liaisons entre les systèmes sanguins, musculaires, nerveux, etc. Un clic sur n’importe quel élément affiché à l’écran permet d’explorer effectivement lesdites liaisons. De même, pour chaque élément mis en surbrillance s’affiche la liste des pathologies qui peuvent y être liées, directement ou indirectement. Ainsi, les glandes sublinguales ont un lien potentiel avec les incommodités digestives, les calculs rénaux ou encore le cancer du foie. Sélectionnez une pathologie et le site affiche une vue des organes concernés accompagnée d’une description sommaire mais qui comprend les causes, les conséquences et la source des informations.

Sur la base de cette première réalisation emblématique, l’avenir de l’entreprise s’annonce florissant. Parmi ses projets les plus prometteurs, Franck Sculli évoque la possibilité de combiner la souplesse de la visualisation 3D temps réel à la précision et au réalisme de la résonance magnétique. Il en résultera la possibilité d’examiner finement les vrais tissus d’un patient, de façon tout à fait non-invasive. De quoi révolutionner durablement l’imagerie médicale pour notre plus grand bénéfice à tous…

Visite guidée…

Pour accéder au modèle 3D, connectez-vous à www.biodigitalhuman.com et inscrivez-vous grâce à votre adresse mail. Après avoir chargé un à un les sous-ensembles qui composent le corps humain, l’application affiche un squelette vu de face. L’exploration peut alors commencer.

Affichage anatomique – A partir du squelette, cliquez sur l’un des douze sous-ensembles affichés à droite pour changer de mode de visualisation : système digestif, urinaire, reproductif, lymphatique… Vous avez également le choix du sexe du modèle.

Exploration pathologique – BioDigitalHuman.com propose une liste des affections et pathologies pouvant être visualisées (onglet “Conditions” à droite). Pour chacune d’elles, l’application zoome automatiquement sur l’organe concerné, affiche la définition et les pathologies liées sous forme d’hyperliens ainsi que la source médicale de l’information. Ici, le modèle 3D affiche les métastases d’un cancer des poumons.

Vue sélective – Pour faciliter la visualisation d’un ensemble d’organes précis, il suffit de “gommer” les organes que vous ne voulez pas voir affichés (à l’aide de la flèche “moins” de la palette de gauche) afin de mieux vous concentrer sur la partie du corps qui vous intéresse.

Vos propres modèles – L’onglet “Custom” vous permet d’afficher des sous-ensembles anatomiques créés sur le site par d’autres utilisateurs. La liste de ces modèles augmente régulièrement. Si vous souhaitez créer le(s) vôtre(s), il faudra souscrire un abonnement Premium (6 USD / mois).

3 Questions à Frank Sculli, cofondateur de BioDigital

HPC : A qui est destiné BioDigitalHuman.com ?
FS : En fait, le site s’adresse prioritairement à trois publics précis : l’ensemble des branches du corps médical, les étudiants en médecine et les industriels de la santé. Cependant, nous avons toujours souhaité qu’il reste accessible au grand public, c’est pourquoi nous avons soigné son ergonomie et privilégié sa simplicité d’utilisation.

HPC : Pour le grand public, justement, quelles applications lui voyez-vous ?
FS : Les applications sont très nombreuses. Elles vont de l’explication par l’animation, en particulier des pathologies évolutives, à l’approfondissement de la connaissance médicales de certaines activités (les muscles pendant un exercice de yoga, par exemple), en passant par l’observation de certains états primordiaux comme la grossesse.

HPC : Comment voyez-vous l’avenir de BioDigital.com ?
FS : Prometteur ! Les technologies mises en œuvre permettent d’ores et déjà de prévoir l’amélioration de la formation du personnel hospitalier au travers de simulations d’interventions chirurgicales. Nous affinons régulièrement les modèles en leur ajoutant des propriétés physiques telles que l’élasticité des tissus. A terme, nous espérons atteindre un degré de réalisme susceptible de répondre aux besoins du plus large éventail de publics possible.