En plus de 40 ans, le CNES a acquis un savoir-faire et une expertise unique au monde dans le développement des échographes spatiaux.

L’échographie spatiale, à quoi ça sert ?

L’imagerie par échographie est un moyen d’investigation et de recherche médicales peu coûteux et assez simple à mettre en œuvre (contrairement aux rayons X par exemple, qui produisent des radiations). Le principe est celui-ci : une sonde, munie de capteurs piézo-électriques, émet des ondes ultrasonores qui rebondissent sur les tissus du corps et qui sont captées en retour par la sonde. Ces signaux sont ensuite transformés en images, visibles sur un écran. Très rapidement, le CNES a compris l’utilité d’un échographe pour suivre les effets de la micropesanteur sur le système cardio-vasculaire des astronautes.

Au fil des ans, les performances des instruments s’améliorant, il a été possible de visualiser d’autres organes comme le foie, les reins, la thyroïde, les yeux, les muscles… et aujourd’hui, même les os.

PVH, l’acte de naissance

En 1982, l’astronaute français Jean-Loup Chrétien embarque pour sept jours dans la station spatiale soviétique Saliout-7. Il s’agit du premier vol d’un Français dans l’espace (d’où le nom PVH pour Premier Vol Habité), mais aussi de la première expérience d’échographie spatiale, développée par le CNES. Le but est d’étudier la réaction du cœur et des vaisseaux à un séjour en micropesanteur. À cette époque en effet, les modifications physiologiques subies par les astronautes étaient encore mystérieuses.

Cette expérience a été marquante pour l’astronaute : « Contrairement aux autres expériences embarquées, pour l’échographie, je devais en être le pilote, l’acteur. Vous savez, vous, où se trouve la bonne fenêtre intercostale pour observer votre cœur ? »

Mais l’expérience est un succès. L’appareil sera de nouveau utilisé par l’équipage soviétique puis à bord de la navette spatiale américaine à l’occasion du vol de l’astronaute français Patrick Baudry en 1985.

Un second échographe français baptisé As de Cœur servira ensuite à bord de la station orbitale Mir de 1988 à 1999. 

ECHO, la médecine à distance

L’imagerie par échographie reste toutefois un examen opérateur-indépendant, comprenez qu’il faut une personne expérimentée pour créer des images exploitables. Jusqu’en 2016, les astronautes recevaient un entrainement en ce sens, mais il leur était impossible d’acquérir en quelques mois l’expérience d’un praticien échographe. D’autant plus quand la micropesanteur fait « flotter » les organes.

D’où l’idée de Philippe Arbeille, professeur au CHU de Tours, en collaboration avec le Cadmos, de développer des sondes motorisées commandées, à distance, depuis la Terre. C’est ainsi qu’est né ECHO, un échographe téléopérable : l’astronaute se contente de poser la sonde sur l’endroit du corps demandé par le médecin, qui, depuis le Cadmos et grâce à une manette de type joystick, pilote la sonde. Plus précisément il oriente, de manière fine et indépendante, à la fois la tête de la sonde et le capteur (qui envoie et reçoit les ondes), pour obtenir l’image la plus exploitable.

ECHO a été installé dans le module européen Columbus de l’ISS en 2016, et utilisé pour la première fois en 2017 par Thomas Pesquet. Puis l’instrument a été utilisé pour plusieurs séries d’expériences scientifiques : 

• Expériences Vascular ECHO et Vascular Aging avec la participation des équipes scientifiques canadienne et française.
• Expérience Myotones de l’ESA, avec la participation d’une équipe scientifique britannique.
• Expérience CIPHER de la NASA avec participation des équipes scientifiques canadienne et française, qui est toujours en cours. Ce programme rassemble quinze études sur les principaux systèmes physiologiques (muscles, os, nerfs, système immunologique…) et utilise ECHO pour deux de ces études. Objectif : constituer une banque de données médicales pour optimiser la préparation des humains qui iront sur la Lune, voire au-delà vers Mars.

Partenaires

• Medes
• Agence Spatiale Canadienne
• ESA et entreprises Sonoscanner
• Vermon
• EREMS
• Teamviewer et Optimalog

Contact

Responsable ECHO au Cadmos
Didier Chaput
Courriel : didier.chaput at cnes.fr

EchoFinder, la relève

EchoFinder est une solution logicielle développée dans la continuité d’ECHO, dans l’optique de mener des échographies lors de voyages spatiaux lointains, vers la Lune voire vers Mars. Il présente pour cela deux avantages majeurs :

• Il est autonome. EchoFinder est en effet conçu pour que l’astronaute puisse utiliser l’échographe de manière optimale sans l’assistance d’un médecin. Dans le cadre de séjours lointains, la téléopérabilité sera en effet impossible, à cause du temps de latence. Il s’écoulerait trop de temps entre le moment où l’échographiste sur Terre passe sa commande à la sonde et le moment où celle-ci « obéit ».
• Il est adaptable à tous les échographes, quel que soit le modèle ou la marque, et à tous les systèmes informatiques.

Fonctionnement

EchoFinder est un assistant à la réalisation d’échographies. Il associe à l’instrument un logiciel utilisant la réalité augmentée et l’intelligence artificielle (IA), développé par le CNES et MEDES (Institut de médecine et physiologie spatiales). Il aide l’astronaute à placer correctement sa sonde pour obtenir, pour chaque organe, la meilleure image possible (pour de la recherche ou dans une visée médicale), sans qu’il ne soit guidé depuis la Terre et sans expertise médicale.

Lors de son examen, l’astronaute bénéficie d’une vue numérique de son corps, de l’organe qu’il doit imager, augmentée de cubes en 3D. Il doit alors placer la sonde de manière à superposer virtuellement des sphères dans ces cubes, qui marquent la position idéale de la sonde. Cette position est relative, adaptée à chaque morphologie grâce à des mesures effectuées sur chaque astronaute avant le vol. Lors de son examen, lorsque que la sonde est bien positionnée, le logiciel déclenche la prise d’image de manière « intelligente », jugeant, via l’IA, de son caractère exploitable ou non.

« Le développement de cette IA a été fait au campus de la donnée du CNES, explique Jérôme Daniel, responsable du dispositif au Cadmos. Et nous utilisons des bases de données anonymes issues d’hôpitaux pour entraîner l’IA à reconnaître une image exploitable. » 

Mission Epsilon

EchoFinder sera utilisé pour la première fois par Sophie Adenot en 2026, avant tout comme démonstrateur technologique, pour mesurer la performance de l’IA à aboutir à des images exploitables médicalement.

L’expérience menée en 2026 par Sophie Adenot permettra aussi d’étudier le mouvement des organes, dû à la micropesanteur, pour optimiser le logiciel. « Ce qui servira aussi à la science, se réjouit Jérôme Daniel. C’est la première fois qu’on pourra quantifier et qualifier précisément l’organe shift (le déplacement des organes). »

Partenaires

• Inserm
• Université de Caen
• CHU Caen Normandie
• MEDES
• COMAT
• ESA

Contact

Responsable Expérience en micropesanteur - CNES/CADMO
Jérôme Daniel
Courriel : jerome.daniel at cnes.fr

La suite : des usages terrestres ?

De nombreuses applications terrestres ont déjà été identifiées, pour mener des examens dans les milieux isolés, difficiles d’accès. Un essai a ainsi été mené en Guyane entre le dispensaire d’Apatou et le CHU de Tours, pour le suivi des grossesses. Des initiatives sont également en cours avec l’armée, pour développer le dispositif à bord de leurs navires ou de leurs sous-marins, ou avec des stations polaires isolées.