Isabelle E Magnin

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Publié le 21 septembre 2018 

Les travaux d’Isabelle E Magnin concernent les méthodes d’analyse en imagerie médicale, à l’interface de la médecine, des mathématiques appliquées, de l’analyse numérique et du traitement d’images. Elle n’a de cesse d’innover et de concevoir de nouvelles méthodes de traitement et d’analyse d’images à la fois tridimensionnelles et dynamiques, qui contribuent notamment à des avancées majeures en imagerie du cœur et des vaisseaux. 

Des débuts dans le champ de la sécurité nucléaire 

Avant son entrée à l’Inserm, Isabelle E Magnin a développé une méthode de traitement du signal destinée à vérifier l’intégrité d’un générateur de vapeur pour centrales nucléaires, au cours de sa thèse de docteur-ingénieure avec la société Framatome. Ce travail, dont l’objectif était d’améliorer la sécurité nucléaire, impliquait de surmonter la difficile question du contrôle non destructif automatique et quantitatif par ultrasons. 

Suite à ces travaux, elle a ensuite l’idée d’appliquer des techniques bidimensionnelles de traitement d’images à ce type de signaux, techniques jusqu’alors exclusivement mono-dimensionnelles dans ce domaine industriel du contrôle non destructif. 

Un recrutement à l’Inserm en radiologie 

Isabelle E Magnin deviendra, en 1982, la première chercheure recrutée à l’Inserm dans la discipline de la radiologie. Elle se consacre alors à la conception d’un nouveau principe de scanner à rayons X destiné à “imager” les organes en mouvement. Elle travaille avec le soutien de Robert Goutte, directeur du laboratoire de traitement du signal et des ultrasons, et de Michel Amiel, radiologue. 

Imager le cœur en mouvement 

Elle met au point l’imagerie cardiaque par tomosynthèse à rayons X, concept inspiré de l’imagerie codée en astronomie. Cette prouesse lui permet de montrer, dès 1985, la faisabilité de l’imagerie multi-coupe du cœur en mouvement, qui nécessite des techniques rapides et spécifiques d’acquisition d’images 3D. 

Il s’agit notamment, sur le plan théorique, de résoudre le problème inverse et de calculer une image acceptable de l’organe à partir de projections multiples. Suite à ces travaux, elle déposera avec son équipe un brevet en consacrant le principe. 

Modéliser l’anatomie et les déformations du cœur 

Isabelle E Magnin s’attelle ensuite à la modélisation de l’anatomie et des déformations du cœur, en travaillant à partir de séquences d’images 3D acquises à l’aide de scanners à rayons X, IRM et ultrasons. Dès 1990, elle introduit les modèles déformables pour la segmentation automatique du ventricule gauche du cœur, à partir de séquences d’images cardiaques (3D+temps). Cette technique présente l’immense avantage de fournir une mesure automatique de la fraction d’éjection (mesure d’efficacité de la pompe cardiaque) d’un patient, tout en minimisant l’intervention manuelle du clinicien. Outre ses publications, ses travaux ont été remarqués en 1991 aux entretiens de Bichat, travaux pour lesquels elle obtient, avec le cardiologue Richard Brion, le prix des 10 meilleurs films pour Cœur, effort et ultrasons.

Inventer pour modéliser l’arbre coronaire 

Le cœur, comme le cerveau, sont des organes vitaux. Leur efficacité respective dépend directement de la qualité du réseau artériel qui les irrigue. C’est pourquoi, Isabelle E Magnin poursuit ses travaux par l’analyse et la modélisation du réseau observé en angiographie par rayons X et en résonance magnétique. Elle introduit, en 2001, un nouveau concept de “puzzle 3D géométrique-topologique patient-spécifique”, pour modéliser l’arbre coronaire gauche et droit d’un patient, permettant alors de mieux localiser la pathologie et son retentissement fonctionnel. 

Elle conçoit et développe, avec son équipe, un logiciel de détection automatique de l’axe central des vaisseaux appelé Maracas, qui sera commercialisé par la société Hitachi. Le logiciel permet de mesurer avec précision la section d’un vaisseau, ce qui améliore grandement l’évaluation clinique quantitative de la sténose artérielle (rétrécissement local), affinant ainsi le choix thérapeutique (dimensionnement des stents).

Simuler la diffusion de molécules d’eau dans un cœur 

En 2012, pour améliorer la mesure clinique de la perfusion du tissu cardiaque et la qualité du diagnostic, Isabelle E Magnin conçoit et développe avec son équipe, le premier simulateur numérique haute performance de diffusion de molécules d’eau dans un cœur de fœtus humain. 

Elle simule également l’IRM virtuelle de cette diffusion dans 192 directions angulaires. Or, le temps nécessaire pour simuler les déplacements de milliards de molécules d’eau à travers les parois de ce cœur et de calculer les IRM de diffusion virtuelles se compte en années et n’est pas envisageable en pratique ! 

Pour contourner cette difficulté, elle réalise ces simulations numériques sur la grille de calcul européenne EGEE, conçue initialement pour les besoins de calcul hors norme des physiciens des particules. Elle introduit alors cet outil de recherche en imagerie médicale, ce qui lui permet d’aboutir à une telle simulation en un mois de calcul, au lieu des huit ans nécessaires auparavant. Elle invite alors l’Inserm à rejoindre le comité de pilotage de l’Institut des Grilles du CNRS. 

Imager de grands échantillons de tissus 

Les travaux de simulation menés par Isabelle E Magnin se heurtent rapidement à la méconnaissance des communautés scientifiques de la microarchitecture 3D du tissu cardiaque, qui peut s’expliquer par le fait qu’aucune méthode actuelle ne permet d’imager de grands échantillons de tissus mous en 3D à très haute résolution. 

Pour pallier ce déficit et poursuivre ses travaux, Isabelle E Magnin se tourne en 2013 vers l’imagerie synchrotron X par contraste de phase pour reconstruire, pour la première fois, des échantillons transpariétaux (1 à 2 cm) de cœurs humain frais à une résolution spatiale de 3,5 microns. 

Grâce au traitement numérique multi-échelles de ces nouvelles images, très volumineuses (80 gigabytes par échantillon), elle montre, en 2017 avec son équipe, les limites des mesures de la diffusion de l’eau en IRM clinique, qui conduisent à une sous-estimation de l’ordre de 20 à 30 % de l’orientation des constituants du tissu de la paroi cardiaque (angle d’hélice) et présentent donc l’inconvénient de limiter la pertinence du diagnostic. 

Ses travaux en cours devraient prochainement aboutir à la définition de nouveaux biomarqueurs de l’ultrastructure du cœur humain. 

Faire émerger des startups dans le domaine de l’imagerie médicale 

Outre ses activités de recherche, Isabelle E Magnin a contribué à l’émergence de start-ups créées par ses collaborateurs dans le domaine de l’imagerie médicale : 

  • Theralys, aujourd’hui BioClinica, en 2001 ;
  • Intellimed, en 2002 ;
  • Centre d’imagerie par résonance magnétique pour animaux (Cirma), en 2008.

Créer la plus grande unité en France dédiée à l’imagerie médicale 

À partir de 2001, Isabelle E Magnin a œuvré à la création de Creatis, une unité Inserm interdisciplinaire de grande taille (200 membres) qui rassemble, depuis 2011, deux laboratoires CNRS alliant physique de l’imagerie, traitement des données et informatique avancée. Elle a dirigé pendant quinze ans ce laboratoire qui est, à ce jour, la plus grande unité en France exclusivement dédiée à l’imagerie médicale et dont la reconnaissance internationale est avérée. 

À partir de 2001, Isabelle E Magnin a œuvré à la création de Creatis, en tant qu’unité Inserm interdisciplinaire de grande taille (200 membres), en rassemblant en 2011 deux laboratoires CNRS alliant physique de l’imagerie, traitement des données et informatique avancée. Elle a dirigé pendant quinze ans ce laboratoire qui est, à ce jour, la plus grande unité en France exclusivement dédiée à l’imagerie médicale et dont la reconnaissance internationale est avérée. 

Rapprocher la communauté médicale et celle du traitement d’image

Elle a également contribué au rapprochement des communautés médicales et de traitement d’image, en créant, en 2003, le groupement de recherche CNRS/Inserm STIC-Santé, puis en participant, au titre du CNRS, à la direction de l’institut thématique multiorganisme d’Aviesan Technologies pour la santé, aux côtés de Jacques Grassi. 

Isabelle E Magnin se consacre aujourd’hui à la direction d’un laboratoire international associé franco-chinois, dédié au traitement et à l’analyse d’images médicales au Harbin Institute of Technology en Chine. 

Biographie

Isabelle E Magnin est née le 8 janvier 1954 à Saint Julien en Genevois (Haute Savoie). Elle a effectué ses études secondaires à Thônes (Haute-Savoie), puis à Annecy et ses études supérieures à Lyon. 

  • Ingénieure, école catholique d’arts et métiers-ECAM, Lyon (1977).
  • DEA d’analyse numérique, université Lyon 1 (1978).
  • Chercheuse contractuelle, laboratoire du traitement du signal et ultrasons (LTSU), Institut national des sciences appliquées – INSA, Lyon (1979–1982).
  • Doctorat d’ingénieure, INSA, Lyon. Thèse intitulée « Utilisation des techniques de traitement du signal pour la caractérisation des sources d’émission acoustique » (1981).
  • Attachée de recherche (1982–1986), chargée de recherche de première classe (1986–1994), directrice de recherche de deuxième classe (1994–2002), directrice de recherche de première classe (depuis 2003) à l’Inserm.
  • Doctorat d’Etat ès sciences physiques, dont la thèse s’intitule « Imagerie tridimensionnelle par sources codées de rayons X », université Lyon 1, 1987.
  • Création du diplôme d’études approfondies « Images et systèmes », co-habilité université Lyon 1 et INSA Lyon (1996–2001).
  • Directrice du « Centre de recherche en acquisition et traitement de l’image pour la santé – CREATIS », unité mixte de recherche Inserm 630/CNRS 5515/université Lyon 1/Institut national des sciences appliquées – INSA, à Villeurbanne (2001–2011).
  • Créatrice et directrice (2003–2007), puis directrice adjointe (2007–2014) du groupement de recherche CNRS/Inserm Stic-Santé, n° 2647, Paris. 
  • Directrice-adjointe de l’Institut national multithématiques (ITMO) « Technologies pour la santé », au titre du CNRS, Paris (2010–2013).
  • Fusionne le laboratoire CREATIS avec le laboratoire de résonance magnétique, unité mixte de recherche CNRS 5212/ université Lyon 1 (2011).
  • Directrice de l’unité mixte de recherche Inserm 1044/CNRS 5220/ université Lyon 1/INSA Lyon « Acquisition et traitement de l’image pour la santé » – CREATIS, Institut national des sciences appliquées – INSA à Villeurbanne (2011–2015).
  • Création et direction du laboratoire international associé (LIA) franco-chinois « Metislab », dédié au traitement et à l’analyse d’images médicales, labellisé CNRS 1124, Inserm, université Lyon 1, INSA Lyon et l’institut de technologie de Harbin et l’hôpital universitaire du cancer de Harbin, Chine (2014–2018).

Instances scientifiques et de gestion de la recherche

  • Chercheuse dans l’unité mixte de recherche Inserm 1206/CNRS 5220/université de Lyon (CREATIS), dirigée par Olivier Beuf, depuis 2016.
  • Membre du conseil scientifique de l’UFR de médecine, Lyon 1 (1983–1989).
  • Membre du conseil scientifique consultatif régional de l’Inserm Rhône-Alpes (1983–1984).
  • Membre du comité de coordination du pôle Rhône-Alpes de génie biomédical (1986–1994)
  • Membre du bureau du conseil national des universités (CNU) (1992–1995)
  • Membre de la commission nationale d’évaluation de l’INRIA (2003–2005).
  • Membre du conseil d’administration de l’Inserm (2006–2008).
  • Membre de la commission de spécialistes « Génie informatique, automatique et traitement du signal » à l’INSA Lyon (1995–2015), à l’université Lyon 1 (1992–2015) et à l’université Joseph-Fourier de Grenoble (1996–2007).
  • Membre du comité national section 7 « Sciences de l’information » (2005–2008) et déléguée scientifique à la direction de l’Institut des sciences de l’ingénierie et des systèmes – INSIS du CNRS (2010–2013).
  • Présidente du conseil scientifique du CEA-Leti, département technologies pour la biologie et la santé (2006–2008).
  • Membre du Scientific committee of the Centro di Biomagnetismo-fisiologica clinica, Milan (2008–2015).
  • Membre du conseil de l’Alliance nationale des sciences du vivant, AVIESAN (2010–2013).
  • Chief international academic advisor de l’Institut de technologie de Harbin (HIT), Chine, depuis 2012.
  • Création de la série de congrès internationaux Functional Imaging and Modeling of the Heart (FIMH) en 2001 et présidente du comité des sages (Board of Directors).

Sociétés savantes

  • Membre de la Société internationale de l’Institute of Electrical and Electronic Engineers (1998–2010).
  • Membre de la Société française de génie biologique et médical (2001–2013).

Prix – distinctions

  • Prix pour le film « Cœur, effort et ultrasons » aux entretiens de Bichat (1991).
  • Médaille d’or de l’innovation de la société européenne de contrôle non destructif (1994).
  • 1er prix aux journées francophones de radiologie pour le logiciel Maracas (2000).
  • Professeur honorifique de l’Institut de technologie de Harbin (HIT), Chine (depuis 2006). 
  • Lauréate de la chaire d’excellence Professeur Chang Yang, Chine (2008–2011)
  • Lauréate du Friendship Award remis par le Premier ministre chinois (2012).
  • Chevalier dans l’ordre national de la Légion d’honneur (2015).