Comment l’université de Dundee utilise les scanners Artec 3D dans son programme d’art médical et au-delà

Défi : Apprendre à des étudiants en art médical à numériser des os, squelettes et modèles anatomiques éducatifs puis à les transformer en modèles 3D réalistes

Solution : Artec Eva, Space Spider, Artec Studio, ZBrush

Résultats : Des étudiants en art médical avaient besoin de modèles 3D précis comme base pour leur travail d’illustrateurs médicaux. À l’université de Dundee, ils apprennent à utiliser Artec Eva et Space Spider, deux scanners 3D de pointe, pour créer facilement des modèles 3D utilisables dans une variété d’applications.

Chaque fois que vous regardez une animation expliquant comment les virus se transmettent et, mieux encore, comment les empêcher de pénétrer dans votre système respiratoire, vous pouvez remercier un illustrateur médical pour son travail. En un siècle, la médecine moderne est devenue exponentiellement complexe.

Des étudiantes en art médical à l’université de Dundee en train de scanner avec Artec Space Spider

Les illustrateurs médicaux sont les interprètes qui, en coulisse, transforment toute cette complexité en diagrammes, images, vidéos, et autres supports virtuels ou tangibles visuellement compréhensibles.

Illustration des divers composants de l’oreille interne dans le cadre du programme d’art médical de l’université de Dundee

Le programme d’art médical de l’université de Dundee prépare les futurs illustrateurs médicaux à ce travail captivant et offre aux étudiants diplômés une formation de 12 mois couvrant toutes les bases de cette sphère toujours plus vaste. Grâce aux dernières avancées en technologies, sciences et communications visuelles actuellement disponibles, le moment est tout indiqué pour s’intéresser à cette profession très demandée.

Modèle 3D montrant une maladie rénale dans le cadre du programme d’art médical de l’université de Dundee

Les illustrateurs médicaux sont souvent des artistes avec une formation en anatomie, garantissant que leur travail n’est pas uniquement attractif mais aussi médicalement exact. La précision de leur travail, en particulier si celui-ci est utilisé par un médecin, peut en effet faire la différence entre la vie et la mort. Pour cette raison, une bonne formation en anatomie est un chapitre essentiel de l’art médical.

Des scans 3D d’un pied humain ont servi à créer ce diagramme anatomique du pied

Un exemple d’utilisation d’une illustration médicale est lorsqu’un médecin pose le diagnostic d’un enfant malade et explique à celui-ci et à ses parents les différents traitements possibles. L’illustration médicale permet au médecin de calmer la nervosité des parents et de rendre ce moment moins effrayant et déroutant pour l’enfant.

Imaginez le même médecin se lever de son bureau, marcher et s’asseoir à côté de l’enfant. Elle allume délicatement son iPad et montre à l’enfant et à ses parents une animation en couleur expliquant la maladie dont souffre l’enfant et les différents traitements disponibles. L’enfant relâche ses épaules et pousse un profond soupir de soulagement.

Un autre exemple est la simulation chirurgicale. Les facultés de médecine commencent à développer et à intégrer des simulations en réalité augmentée (RA) et en réalité virtuelle (RV) hautement réalistes de diverses interventions chirurgicales pour leurs étudiants. Ces simulations sont rendues possibles par le travail des illustrateurs médicaux et répondent à des normes strictes en matière d’exactitude et de précision anatomiques.

Une étudiante de l’université de Dundee en train d’interagir avec un environnement en réalité virtuelle

Lors de ces simulations, les apprentis médecins aiguisent leurs capacités motrices et leur mémoire musculaire avec des scalpels, des perceuses et d’autres instruments virtuels. Si le modèle 3D du patient virtuel sur lequel un médecin travaille n’est pas anatomiquement exact, ce dernier pourrait un jour rater une opération sur un vrai patient.

Afin d’augmenter le niveau de réalisme, outre des casques de RV, ces simulations nécessitent souvent l’utilisation de dispositifs haptiques qui exigent que l’utilisateur effectue les mêmes mouvements et exercent la pression nécessaire pour réaliser l’opération. Les résultats sont très encourageants.

Une étude menée en 2019 par l’École de médecine David Geffen de l’université de Californie montre que les étudiants ayant pris part à des simulations chirurgicales en RV réalisaient de bien meilleures performances dans différentes catégories et que leurs résultats étaient 130 % plus élevés que ceux des étudiants ayant suivi une formation traditionnelle.

Différentes options s’offrent aux illustrateurs médicaux pour obtenir des modèles 3D. La voie traditionnelle est la modélisation 3D. Le programme d’art médical de l’université de Dundee inclut des cours d’introduction à cet art, où les étudiants apprennent à atteindre un excellent niveau de maîtrise.

La modélisation 3D implique toutefois un processus très long à plusieurs étapes pour la création de contenu 3D. Et lorsqu’il s’agit de créer des formes organiques, telles qu’un squelette humain et des systèmes musculaires, même les vétérans de la modélisation 3D cherchent souvent des méthodes plus efficaces pour numériser ces objets.

Une de ces méthodes est le scan 3D. L’université de Dundee a accueilli à bras ouverts les scanners 3D portables lorsqu’elle a constaté la rapidité et la facilité avec lesquelles des étudiants sans la moindre expérience pouvaient commencer à scanner des objets. Sans parler des résultats : des modèles 3D scientifiquement précis prêts à servir pour l’illustration anatomique, les applications médicales de RV/RA, ainsi que l’impression 3D, de sorte que les visiteurs de musées puissent tenir et expérimenter à un tout autre niveau divers spécimens précieux.

Après une démonstration des scanners 3D Artec Eva et Space Spider par le Partenaire Or d’Artec 3D et le spécialiste du scan 3D Patrick Thorn, le Dr Caroline Erolin, coordinatrice du programme d’art médical de l’université de Dundee, a rapidement pris sa décision.

Pour reprendre ses propos : « Nos exigences étaient assez élevées car nous devons numériser toute une série de structures organiques, y compris des os humains et des spécimens zoologiques, et ce rapidement et aisément, avec des résultats qui nous permettent de facilement transformer ces scans en modèles 3D remarquables prêts pour la RV et l’impression 3D. »

Une étudiante en art médical à l’université de Dundee en train de scanner un crâne humain avec Artec Space Spider

Le Dr Erolin poursuit : « Dès la première démonstration des scanners Artec par Patrick Thorn, nous avons su que nous avions trouvé les scanners parfaits pour nous. Quelques minutes suffisent pour que des étudiants sans aucune expérience en scan ou en modélisation 3D puissent commencer à scanner. C’est un réel plaisir d’utiliser ces scanners, surtout quand vous voyez l’objet que vous scannez apparaître à l’écran rapidement et en 3D aux couleurs vives. »

L’université a ensuite fait l’acquisition d’un scanner Artec Eva et de trois Space Spider, ainsi que de dizaines de copies d’Artec Studio, un logiciel de traitement des scans 3D à la renommée internationale.

D’après Patrick Thorn, « à partir du moment où j’ai commencé à travailler avec Caroline et l’université, il est devenu évident que les scanners Artec 3D leur conviendraient parfaitement. Il n’a pas fallu longtemps pour que d’autres départements de l’université s’intéressent aux scanners Artec 3D et en fassent également le choix. C’est une collaboration formidable, et je suis fier d’en faire partie. »

Une étudiante en art médical à l’université de Dundee en train d’utiliser Artec Eva pour scanner une camarade de classe

Utilisations actuelles d’Artec Eva et de Space Spider dans le cadre du programme d’art médical de l’université de Dundee :

  • Crânes humains, aide pour la reconstruction faciale à la fois médico-légale et archéologique
  • Zoologie et anatomie comparée pour l’engagement public, l’enseignement et la recherche
  • Ostéologie juvénile, pour aider à préserver une collection fragile et pouvoir l’utiliser à des fins pédagogiques sans la détruire
  • Ostéologie adulte/spécimens osseux, pour l’enseignement et la recherche
  • Certains de ces modèles 3D sont ensuite adapté et étoffés (avec des muscles modélisés dans ZBrush/Maya) par les étudiants en art médical pour créer des ressources anatomiques éducatives
  • Développer chez des étudiants en art médical et médico-légal une palette complète de compétences en scan et traitement 3D
  • Scanner des modèles fabriqués dans des matériaux traditionnels tels que de la cire – généralement pour des travaux d’étudiants

Le Dr Erolin explique à quel point les scanners sont un atout pour les étudiants : « Une fois arrivés au terme de notre programme, les étudiants auront passé des dizaines d’heures à utiliser Artec Eva et Space Spider. Ils sauront ainsi de première main comment utiliser un de ces appareils remarquables et, en quelques minutes à peine, numériser n’importe quel objet – d’un poisson-globe à un crâne humain –, puis transformer étape par étape ces scans en modèles 3D prêts pour un travail plus approfondi d’art médical. Celui-ci inclut les illustrations de manuels, les animations en ligne, les environnements en RV tels que les expositions virtuelles de musées, sans oublier l’impression 3D de ces spécimens pour une utilisation pratique par des chercheurs et des visiteurs de musées. Nos étudiants apprennent à faire tout cela et bien davantage. »

Modèle 3D d’un poisson-globe scanné avec Artec Space Spider (Sketchfab)

Voici un portfolio en ligne montrant les travaux en art médical de plusieurs étudiants de l’université de Dundee.

En ce qui concerne la sûreté du scan 3D pour les collections de musée, le Dr Erolin commente : « Beaucoup d’objets devant être scannés sont très fragiles et s’abîment facilement. Nous devons donc réduire au minimum les contacts avec eux. Artec Eva et Space Spider nous permettent de respecter ce principe. Leur lumière structurée est absolument sans danger et non destructive, que vous scanniez des spécimens zoologiques délicats ou des fossiles fragiles vieux de plusieurs millénaires. »

Illustration créée à l’aide de scans d’Artec Space Spider dans le cadre du programme d’art médical de l’université de Dundee

Le Dr Erolin poursuit : « Grâce à la rapidité avec laquelle les scanners numérisent les objets, même un étudiant inexpérimenté peut scanner en toute sécurité une dizaine de spécimens ou plus en une seule après-midi. Pour un musée, cela signifie un minimum de perturbations et un maximum d’avantages. Aujourd’hui, tout a lieu sur Internet, en particulier compte tenu des défis qui ont surgi dans le monder entier ces derniers mois. Artec est le sésame qui nous aide à faire entrer nos collection dans l’univers numérique. »

Modèle 3D du crâne d’un éléphant de forêt d’Afrique scanné avec Artec Eva (Sketchfab)

« Pour vous donner une idée de l’intérêt suscité par les collections zoologiques en ligne, bien que notre musée D’Arcy Thompson n’ait numérisé qu’une infime partie de ses collections, une vingtaine de milliers de visiteurs virtuels originaires de plusieurs dizaines de pays sont déjà venus jeter un coup d’œil à nos modèles 3D. Et ce nombre ne cesse d’augmenter. »

« Ce genre d’accès ouvre non seulement nos collections à plusieurs milliers de personnes qui n’ont pas la possibilité de venir en Écosse et de visiter ces expositions en personne, mais il fait également la publicité du musée, qui attire ainsi l’attention du public local et étranger. Dans notre monde sans cesse en mouvement, attirer davantage l’attention est du pain bénit pour un musée. »

Un des principaux points forts des scanners pour l’université est le bref apprentissage nécessaire ainsi que la facilité pour les étudiants à maîtriser le logiciel de traitement des scans Artec Studio, qui est une étape cruciale pour transformer les scans en modèles 3D.

Des étudiantes en art médical à l’université de Dundee en train de scanner une mandibule humaine avec Artec Space Spider

Le Dr Erolin explique le processus : « Notre méthode de scan est généralement la suivante : nous scannons l’objet en sections, en fonction de sa taille, avec Eva ou Space Spider. Nous utilisons principalement les paramètres par défaut d’Artec Studio, mais réglons parfois la sensibilité pour les objets plus difficiles ayant par exemple des surfaces sombres et brillantes. Puis, nous effectuons un Enregistrement brut et fin, suivi par un alignement des scans. Après quoi nous faisons un Enregistrement global, et utilisons la Gomme et l’outil Suppression des valeurs aberrantes pour nettoyer un peu. »

« Nous appliquons habituellement une Fusion précise quand nous travaillons avec des crânes et d’autres objets dont l’anatomie détaillée doit être préservée. Quand nous scannons des visages et des objets plus lisses, nous préférons utiliser la Fusion lisse. Après avoir appliqué le Filtre petit objet et la Simplification rapide du maillage, nous créons une texture à partir des scans utilisés pour la Fusion, puis exportons le fichier au format OBJ avec une carte de texture au format JPG ou PNG. Nous mettons ensuite la touche finale dans ZBrush. »

« Tant que vous ne faites pas de retopologie ni ne coupez le maillage, vous pouvez lisser le modèle dans ZBrush sans perdre la carte UV. Vous pouvez aussi projeter la carte de texture dans Polypaint (veillez à diviser la géométrie du modèle au moins une fois pour avoir un nombre élevé de polygones), l’arranger un peu, puis créer une nouvelle carte de texture depuis Polypaint. »

Une étudiante en art médical à l’université de Dundee en train d’utiliser Artec Eva pour scanner une camarade de classe

Le Dr Erolin se confie sur la profession et le scan 3D : « L’avenir de l’art médical et des artistes médicaux s’annonce radieux. C’est une époque passionnante pour travailler dans ce domaine en pleine expansion, en particulier grâce aux technologies disponibles telles que les scanners Artec. Ils nous permettent de transformer des objets du monde réel, complexes et aux formes organiques, en modèles 3D plus rapidement et facilement que la plupart des gens l’imaginent. »

« Personnellement, je suis époustouflée quand je vois ces spécimens prendre vie en 3D. Pour les artistes médicaux du monde entier, ainsi que pour nos étudiants actuels et futurs, des modèles 3D tels que ceux-ci sont cruciaux pour créer des illustrations médicalement et scientifiquement précises, claires et tout à fait compréhensibles. »

Disposer d’une abondance de modèles 3D offre également des avantages inattendus, comme l’a récemment découvert l’université. L’annulation soudaine des cours due à l’épidémie de Covid-19 a entraîné le passage à l’enseignement à distance. Selon le Dr Erolin, après avoir examiné plusieurs plateformes permettant le partage en ligne de modèles 3D avec les étudiants en art médical, le Centre d’anatomie et d’identification humaine de l’université de Dundee a choisi Sketchfab pour distribuer ses modèles anatomiques 3D. Ce choix s’explique par la facilité d’utilisation de la plateforme et l’assistance offerte aux établissements d’enseignement.

Créé avec Space Spider : modèle 3D d’une tête anatomique en cire hébergée sur Sketchfab

Les modèles peuvent être téléversés directement depuis un logiciel de modélisation 3D tel que ZBrush via l’outil de téléversement intégré ou en cliquant sur le bouton de téléversement sur la page d’accueil de Sketchfab. Une fois le téléversement effectué, plusieurs paramètres peuvent être modifiés depuis l’onglet « 3D settings » (Réglages 3D). Ceux-ci incluent : le positionnement du modèle et le réglage du champ de vision ; l’ajout d’un arrière-plan personnalisé avec le logo de l’université ; l’ajustement de la luminosité ; le réglage des propriétés du matériau, telles la brillance et la transparence ; l’ajout d’annotations ; sans oublier des réglages pour visualiser les modèles dans la réalité virtuelle.

Modèle 3D d’un pelvis humain hébergé sur Sketchfab (muscles mis en relief dans ZBrush), créé avec Space Spider

Si les modèles 3D peuvent être téléversés avec leurs cartes de texture, Sketchfab lit également les couleurs des sommets, ce qui peut être très intéressant lorsque les cartes de texture ne sont pas disponibles. Les propriétaires de comptes Pro peuvent héberger des modèles privés, ce qui peut s’avérer très utile pour les scans plus sensibles que vous voulez restreindre au public de votre choix. Par ailleurs, Sketchfab vous permet de facilement partager vos travaux sous une licence Creative Commons. Une fois hébergés sur Sketchfab, les modèles 3D peuvent être aisément intégrés à des sites et à des réseaux sociaux, voire téléchargés pour être imprimés en 3D.

L’utilisation du scan 3D à l’université de Dundee est une telle réussite que l’établissement recommande souvent les scanners Artec 3D à d’autres établissements d’enseignement au Royaume-Uni et à l’étranger. C’est dans ce contexte que le Dr Erolin, en tant que membre organisateur de l’Institut des illustrateurs médicaux (IMI), invite régulièrement Patrick Thorn & Co. à participer à des événements. Le dernier en date a été une conférence de deux jours à Belfast, en Irlande du Nord, en octobre 2019.

Lors de ces deux journées, les ateliers de Patrick Thorn ont suscité beaucoup d’enthousiasme et leurs participants ont eu la chance de tester trois scanners professionnels portables Artec 3D : Artec Leo, Space Spider, et Eva. Les ateliers étaient intitulés « La numérisation 3D pour compléter la reconstruction faciale » et « Le scan 3D : aider la photographie médicale à aller plus loin ».

« Caroline et l’université sont une excellente référence pour Artec 3D et pour nous, commente Thorn. Elles nous ont ouvert les portes de nombreuses universités et entreprises écossaises. »

Pour découvrir comment les scanners Artec 3D sont utilisés dans d’autres départements de l’université de Dundee :

https://www.artec3d.com/fr/cases/artec-goes-arctic

https://www.artec3d.com/fr/cases/anatomical-3d-visualization-at-universi...