Visualisation Anatomique en 3D : Scan des os pour reconstruire l'apparence de personnes ou d'animaux

Résumé : Pendant de nombreuses années, les médecins légistes ont cherché à recréer le visage de nos ancêtres. Aujourd’hui, grâce aux progrès scientifiques et technologiques, dont le scan 3D, ce rêve est devenu réalité.

Objectif : Utiliser des scanners 3D portables pour numériser les crânes et les os d’hommes et d’animaux anciens, puis créer des modèles 3D précis pouvant être visionnés et imprimés, et reconstituer fidèlement leur véritable apparence.

Outils utilisés : Artec Eva, Space Spider, Artec Studio

Un ajout récent à la boîte à outil de reconstruction pour la médecine légale à l'Université de Dundee, le scanner Eva d'Artec 3D aide les scientifiques à avancer leurs recherches.

Combien nous ressemblaient nos ancêtres et les peuples anciens? C'est une question à laquelle les artistes et scientifiques comme Caroline Erolin et le Dr Christopher Rynn de l'Université de Dundee, en Écosse essaient de répondre. Caroline et Christopher se spécialisent dans la visualisation anatomique en 3D et peuvent reconstruire l'apparence d'un humain mort en se basant sur leurs os du crâne.

La reconstruction faciale archéologique est très demandée parmi les musées et réalisateurs de films documentaires. Le plus récemment, le visage de l'”homme de Thankerton” a été reconstruit pour le Musée de Biggar et l'Upper Clydesdale en Écosse. Trouvé dans une ciste de pierre dans le village écossais de Thankerton en 1970, le crâne a été daté au carbone 14 entre 2460 et 2140 av. JC et on pense qu'il a appartenu à un homme âgé de 18 à 25 ans.

“Homme de Thankerton”, reconstruit à l'Université de Dundee. Image avec l'aimable autorisation de la BBC

Le travail de Christopher et Caroline n'est pas limité à la seule reconstruction faciale archéologique. Ils dirigent actuellement des Masters en Art Médical et en Art légal et Identification Faciale au Centre pour l'Anatomie et l'Identification Humaine de l'Université (CAHID). Ils travaillent avec des dirigeants qui sont activement impliqués dans des enquêtes médicales et de médecine légale et dans l'identification faciale, offrant des preuves au système judiciaire criminel britannique.

Le Centre s'est récemment tourné vers Patrick Thorn & Co., les Partenaires Or d'Artec au Royaume-Uni, pour acheter un scanner 3D Artec Eva avec une offre éducative, dans le cadre de la volonté du Centre d'améliorer ses méthodes actuelles d'imagerie.

Patrick lui-même a installé le système Artec et conduit un session de formation d'une journée sur celui-ci et les capacités du logiciel de scan et post-traitement Artec Studio. Sa visite à CAHID s'est trouvée coïncider avec celle d'une équipe de documentaristes de la BBC, qui ont filmé un épisode sur la reconstruction faciale avec Christopher pour la programme “Inside Out”, qui couvre des histoires régionales et des enquêtes dans tout le Royaume-Uni.

Une photo du Dr Christopher Rynn montrant aux spectateurs d'”Inside Out” de la BBC le processus de reconstruction faciale. Image avec l'aimable autorisation de la BBC.

“Jusqu'à présent le scanner a été un vrai succès avec les étudiants, qui, parmi d'autres choses, apprennent des techniques de reconstruction faciale légale pour aider à la reconnaissance de restes humains non identifiés,” déclare Caroline Erolin. “Les étudiants pratiquent leur technique sur des moules de crânes obtenus à partir de données CT (tomographie par ordinateur) d'individus en vie plutôt que sur des cas réels. Cependant, nous pouvons maintenant également scanner les os du crâne.”

Le processus de reconstruction implique de reconstruire l'anatomie faciale sur le crâne. Ceci peut être soit fait dans de l'argile sur un moule ou modelé de façon numérique sur un scan dans l'ordinateur. Caroline dit qu'il y a un certain nombre d'avantages à travailler avec un scan : cela n'endommage pas le vrai crâne et une fois numérisé, les couches de reconstruction peuvent être vues et modelées indépendamment. Une fois terminée, la reconstruction faciale finale peut être comparée au visage de l'individu vivant.

Une partie du cours requiert la reconstruction des muscles faciaux dans de la cire pour créer un modèle anatomique détaillé et fidèle à la réalité. Cette partie aide à apprendre aux étudiants des techniques d'anatomie faciale comme de sculpture avant de travailler sur la reconstruction décrite ci-dessus. Un nombre d'étudiants ont utilisé Artec Eva pour scanner leurs modèles et créer des versions numériques qui peuvent être partagées et avec lesquelles on peut interagir en ligne en utilisant le Site Viewshape d'Artec et d'autres galeries de modèles 3D.

Scan d'un cours d’étudiant en Master de Médecine Légale (montrant un bâillement) dans Artec Studio.

Un autre projet pour lequel l'équipe du CAHID est impliquée est la numérisation de la collection de zoologie de D'Arcy Thompson. Le Musée de Zoologie de l'Université abrite des spécimens fascinants du monde entier. La collection peut être consultée en ligne. La plupart des spécimens ont été collectés par le célèbre Sir D'Arcy Wentworth Thompson, le premier Professeur de Biologie à Dundee et auteur du livre influent de 1917 “A propos de la Croissance et la Forme”.

L'espoir est de rendre cette collection plus accessible à tous, y compris le grand public et la population locale autant qu'au personnel et aux étudiants. Une fois scannée, l'intention est de créer un musée virtuel en ligne où les modèles 3D des spécimens peuvent être visualisés et manipulés. Certains seront aussi imprimés en 3D pour pouvoir être tenus lors de portes ouvertes ou emmenés dans des écoles.

IMAGE : Caroline scane un squelette de gorille au Musée Zoologiqe D'Arcy Thompson.

“Beaucoup des spécimens sont assez complexes et demandent de multiples scans sous différents angles.,” déclare Caroline. Par exemple, un crâne demande habituellement au moins deux scans, un pour la surface “supérieure” et un autre pour l'”inférieure”. Il peut y en avoir plus si la mâchoire est scannée séparément.

IMAGE : Scan d'un crâne de morse du Musée Zoologique D'Arcy Thompson, fait avec Artec Eva.

“Les crânes peuvent être des objets difficiles à scanner car ils contiennent beaucoup de détails complexes et de cavités,” ajoute Caroline. “Cependant Eva semble capable de bien capturer la plupart de ces détails. Le fait qu'Eva soit tellement portable aide, car il peut être emmené dans le Musée pour scanner sur site avec l'aide du pack de batterie Artec et de notre ordinateur portable. La capture de texture d'Eva est excellent et s'exporte bien pour utilisation dans d'autres logiciels 3D tels que Zbrush.”

IMAGE : Montrant à un groupe d'étudiant comme il est simple d'utiliser la solution Artec.

Suite à leur expérience réussie avec l'Artec Eva et à la coopération avec Patrick Thorn, le CAHID a acheté un Artec Space Spider pour permettre la capture de spécimens plus petits et plus détaillés. De plus, combiner les scans plus grands d'Eva avec les détails plus fins de Spider est une solution parfaite pour les spécialistes du Centre.

“Ceci nous permettra aussi d'enseigner aux étudiants une gamme plus large de techniques de scan 3D de grands spécimens comme les crânes d'éléphants jusqu'aux plus petits échantillons d'ostéologie,” dit Caroline. “Auparavant, nous utilisions des scanners laser plus basiques qui ne capturaient pas les mêmes niveaux de détail ou de textures de couleurs, ce qui était un facteur limitant pour nous. Le scan 3d n'a jamais été aussi bon marché et simple à effectuer qu'il ne l'est maintenant.”

Un scan effectué avec l'Artec Eva d'un crâne adulte ayant subi une déformation volontaire du crâne, de la collection de squelettes du CAHID.

Les plans du CAHID incluent de numériser ses collections de squelettes importantes, y compris la Collection Scheuer d’ostéologie juvénile. La Collection Scheuer est supposément le seul fond de restes squelettiques juvéniles existant au monde. Elle est constituée de restes de plus de 100 individus subadultes, collectés de sources anatomiques archéologiques et historiques. Beaucoup de ces spécimens sont très fragiles et leur manipulation est hautement restreinte. En numérisant la collection, ils deviendront accessibles aux étudiants en ligne visuellement et aussi sous forme de spécimens imprimés en 3D pour la classe.

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