Artec Micro & Space Spider aident à créer le premier cours d’ostéologie humaine en réalité virtuelle au monde

L’étudiante de premier cycle Kaitlyn Schoonover utilise Artec Space Spider pour scanner le fémur d’un ours noir (Ursus americanus).

Quelques heures après la découverte d’une jambe à moitié décomposée dans une rivière du nord de la Californie, la police s’est empressée de confier les restes à trois spécialistes : un pathologiste médical, un archéologue et un vétérinaire. Les deux premiers pensaient que la jambe était humaine, contrairement au vétérinaire.

Des entailles sur les os indiquaient que la jambe avait été sciée avec force. Il a donc été conclu que les restes étaient humains. Une équipe de secours a rapidement été formée, aidée par des détectives et des policiers. Trois jours de recherche méthodique sur les rives et le territoire environnants se sont révélés vains. Un anthropologue légiste a finalement été appelé en renfort afin qu’il fournisse une quatrième opinion. Sans hésiter, celui-ci a identifié la jambe comme celle d’un ours noir, probablement abandonnée par un chasseur en amont de la rivière.

Cet incident souligne la nécessité cruciale pour les agents des forces de l’ordre et les personnes travaillant à leurs côtés d’avoir une connaissance réelle du squelette humain. Si un anthropologue légiste ou quelqu’un possédant une expertise similaire avait été consulté dès le départ, des centaines d’heures-hommes et plusieurs milliers de dollars auraient pu être économisés. Ce genre de méprise a lieu des centaines de fois chaque année, aussi bien aux États-Unis que dans le reste du monde.

Scans 3D comparatifs d’un fémur d’ours noir (haut) et d’un fémur humain (bas), réalisés à l’aide d’Artec Space Spider

Historiquement, la façon la plus pratique d’acquérir une connaissance approfondie du squelette humain était d’assister pendant un semestre à un cours d’ostéologie humaine dans une université, avec des leçons en direct et des laboratoires associés s’appuyant sur une collection d’os humains authentiques. Cette méthode n’est toutefois pas toujours pratique, voire possible. Et même si c’était le cas, rares sont les universités qui disposent aujourd’hui d’une collection convenable d’os humains pouvant être étudiés. À la place, elles utilisent des substituts en plastique.

Conscient de ce besoin généralisé, un des plus grands anthropologues légistes au monde utilise la technologie de scan 3D de pointe et les dernières avancées en réalité virtuelle (RV) pour renverser ce paradigme. Dennis C. Dirkmaat, Ph.D., est un anthropologue légiste agréé qui donne des cours d’anthropologie légiste de renommée mondiale à l’université de Mercyhurst à Érié, en Pennsylvanie, depuis 1991.

Il a personnellement traité près d’un millier de cas d’anthropologie légiste pour une centaine de coroners, médecins légistes et organismes chargés de l’application de la loi à travers le pays. Il s’est récemment vu décerner deux récompenses prestigieuses dans sa discipline : le premier Mentor exceptionnel jamais remis ainsi que le T. Dale Stewart Award pour l’ensemble de sa carrière d’anthropologue légiste.

Le Dr Dennis Dirkmaat en train de scanner un modèle dentaire avec Artec Micro

Les cas d’anthropologie légiste auxquels le Dr Dirkmaat participe incluent la récupération de restes humains dispersés à la surface, de parties du corps enfouies, le relevage de restes sur des scènes d’incendie meurtrières, voire lors de catastrophes de grande ampleur, notamment celle du vol United Airlines 93 dans le comté de Somerset, en Pennsylvanie, le 11 septembre 2001, et celle du vol Colgan Air à Buffalo, en 2009.

Il mène également des recherches à grande échelle pour des scènes de crime, ainsi qu’identifie des victimes et analyse des traumatismes du squelette. Le Dr Dirkmaat a témoigné en justice à 28 reprises en tant qu’expert judiciaire. Nombre de ses anciens étudiants sont devenus des inspecteurs de la police criminelle et des anthropologues légistes professionnels qui enseignent aux États-Unis et à l’étranger.

La page Sélection des leçons du Cours d’ostéologie humaine en RV de HD Forensics

Grâce au Cours d'ostéologie humaine en RV du Dr Dirkmaat, n’importe qui dans le monde peut acquérir une connaissance approfondie du squelette humain en étudiant à son propre rythme, et ce dans un environnement dépourvu de la moindre distraction.

Développé pendant deux ans, le cours est aussi complet que celui donné en personne par le Dr Dirkmaat dans un laboratoire universitaire durant 15 semaines aux futurs anthropologues biologiques. Des tests soigneusement échelonnés pendant et après chaque leçon permettent aux nouvelles connaissances de s’ancrer solidement dans la mémoire à long terme.

Un étudiant en train de suivre dans la nature le Cours d’ostéologie humaine en RV

En utilisant un casque de RV Oculus Go ou Oculus Quest II, vous pouvez interagir de manière immersive avec chacun des 206 os du corps humain en 3D couleur de haute résolution. Leçon après leçon, vos connaissances en ostéologie s’élargissent progressivement dans l’ordre le plus approprié : vous apprenez d’abord les noms des os, comment les épeler et les prononcer, l’emplacement des os dans le corps, puis vous apprenez les termes anatomiques directionnels.

Tout au long du cours, vous pouvez choisir virtuellement chaque os, l’examiner sous tous les angles possibles et imaginables en zoomant et dézoomant, et apprendre, à votre propre rythme, les caractéristiques uniques de chaque os.

La leçon Noms des os du Cours d’ostéologie humaine en RV

Selon le Dr Dirkmaat, « ce cours profitera énormément aux personnes travaillant dans les domaines médicolégaux, mais également à toutes celles qui envisagent une carrière en médecine, dans les sciences de la santé, la médecine du sport, l’anatomie, et les sciences biologiques. Une expertise incontestable en ostéologie humaine est cruciale pour toutes ces disciplines et beaucoup d’autres. »

le Cours d’ostéologie humaine en RV ont été créés à partir de scans d’une précision submillimétrique de vrais os humains. Le scanner portable Artec Space Spider et le scanner de bureau Artec Micro sont les deux scanners 3D professionnels de qualité métrologique qui ont servi à numériser ces os.

Scan d’une première molaire d’adulte effectué par Artec Micro

N’ayant besoin que de quelques minutes pour scanner chaque os, Space Spider a été utilisé pour créer des modèles 3D des plus grands os du corps, tels le crâne et les os des bras et des jambes, tandis que Micro, qui numérise de petits objets avec une précision maximale de 10 micromètres, a scanné les plus petits os, y compris ceux des mains et des pieds, ainsi que les vertèbres, les dents, et bien d’autres.

L’étudiant diplômé Anthony Lanfranchi scanne un sternum humain avec Artec Space Spider.

Un des designers du cours, Anthony Lanfranchi, étudiant en master d’anthropologie légiste à l’université de Mercyhurst, se souvient : « Il y a quelques années, lorsque j’ai utilisé pour la première fois notre Space Spider, je ne m’étais encore jamais servi d’un scanner 3D. Mais l’apprentissage a été très facile. Par le passé, nous documentions les os en prenant des photos de ceux-ci et de leurs caractéristiques sous divers angles, voire en créant des moulages en plâtre dentaire des caractéristiques les plus pertinentes. Et pour mesurer les os, nous utilisions des pieds à coulisse et des mètres rubans. »

Anthony Lanfranchi poursuit : « Toutefois, les photos ne représentent pas toujours l’os correctement, et certaines marques, colorations ou caractéristiques importantes peuvent facilement être perdues lors du processus. En ce qui concerne la prise de mesures manuelles des os, des mesures multiples et chronophages sont nécessaires pour des résultats acceptables. Compte tenu des structures et surfaces organiques courbes des os, il est quasiment impossible de les mesurer précisément et d’obtenir des résultats optimaux avec ces technologies anciennes. »

Une étudiante suit le Cours d’ostéologie en RV à son bureau.

« Les scanners Artec 3D, eux, les numérisent à la perfection, qu’il s’agisse des longues surfaces du fémur, des nombreuses sutures extrêmement fines et des cavités profondes du crâne, ou des minuscules os des mains et des pieds. En une poignée de minutes, je peux apprendre à un étudiant débutant avec cette technologie comment scanner n’importe quel os ou structure anatomique, et à prendre des mesures précises inférieures à un millimètre. Et ce même si vous mesurez sur plusieurs surfaces courbes. Les mesures manuelles n’arrivent pas à la cheville de ce qu’offrent les scans Artec 3D », souligne Anthony Lanfranchi.

La leçon Identification des caractéristiques du Cours d’ostéologie humaine en RV, avec le bord interosseux du radius gauche mis en évidence

Après avoir scanné une série d’os avec la résolution la plus élevée possible, Anthony Lanfranchi les traite dans le logiciel Artec Studio. Sa méthode est simple : il clique d’abord sur l’outil Lasso pour supprimer le moindre bruit présent, puis utilise la Fusion nette, et ajoute la texture. Ensuite, les scans sont prêts à être exportés dans une variété de formats. Auparavant, cette technique prenait bien plus de temps qu’aujourd’hui. 

Pour reprendre les propos d’Anthony Lanfranchi : « C’est souvent lors de l’ajout de texture à l’un de nos scans de grande taille que je partais effectuer une autre tâche pendant une heure, puis revenais exporter le scan. Désormais, grâce à Artec Studio 15, il me suffit de 30 minutes environ pour tout faire, du scan entier au traitement complet de ce scan. C’est vraiment phénoménal. »

Anthony Lanfranchi a commencé à se servir d’Artec Micro au début de l’année 2020. Il trouve ce scanner de bureau automatique à la fois intuitif et simple à utiliser. « Après seulement quelques heures, je savais quels étaient les meilleurs réglages pour scanner les petits os et dents que nous avons dans notre collection. Dans les semaines qui ont suivi, nous avons facilement scanné plus de 400 éléments, notamment de petits os humains, des os d’animaux, et un assemblage de dents humaines. »

La leçon Identification des os du Cours d’ostéologie humaine en RV montrant l’os coxal gauche

En plus d’être utilisés pour le Cours d’ostéologie humaine en RV, ces scans de Micro ainsi que ceux de Space Spider servent à créer des cours virtuels pour former les étudiants en médecine et en dentisterie, ainsi que les anthropologues légistes et biologiques, entre autres.

Le moment ne pourrait être mieux choisi. Selon Anthony Lanfranchi, « c’est extrêmement utile cette année compte tenu de l’épidémie de Covid-19 et des restrictions d’accès aux collections d’os humains qu’elle nous fait subir. Sans les capacités de scan rapide d’Artec Micro et de Space Spider et le traitement rapide d’Artec Studio 15, nous aurions été dans l’impossibilité de transformer aussi rapidement nos vastes collections d’os en modèles 3D prêts pour la RV et de créer des collections virtuelles d’os humains. »

Capture d’écran dans Artec Studio 15 d’un fémur de raton laveur scanné avec Artec Micro

Le Dr Dirkmaat et son équipe travaillent sur plusieurs applications qui utiliseront les modèles 3D effectués avec Space Spider et Micro. Parmi elles, une application dédiée permettra aux agents des forces de l’ordre d’identifier correctement les restes humains et non humains sur le terrain. L’application présentera des modèles 3D réalistes d’os humains, pour des comparaisons juxtaposées avec des modèles 3D réduits de restes non humains, notamment de cerfs, ours, ratons laveurs, vaches, cochons, etc.

Capture d’écran dans Artec Studio 15 d’un talus (os de la cheville) d’un ours noir juvénile scanné avec Artec Micro

D’après Anthony Lanfranchi, « chaque jour, à travers le pays, la police contacte des anthropologues légistes pour leur demander si les os qu’elle a trouvés sont humains ou non. En général, la réponse est ‘non’ et accompagnée d’une estimation de l’animal le plus probable à qui appartient l’os. Mais une fois que les policiers disposeront de cette application, ils pourront rapidement voir par eux-mêmes si l’os est humain ou non. »

En raison du passage aux cours universitaires à distance plus tôt dans l’année, Anthony Lanfranchi et ses camarades de classe ont dû suivre leur cours d’ostéologie humaine en ligne. Autrement dit, pour la partie laboratoire du cours, les étudiants ne pouvaient consulter et étudier que des photos d’os. Anthony Lanfranchi commente cette expérience contrariante : « Cela a été extrêmement difficile pour nous tous et, lorsque nous avons enfin pu retourner au laboratoire et utiliser ses collections, certains n’ont pas réussi à appliquer aux os réels ce qu’ils avaient appris virtuellement. »

Un crâne humain scanné avec Artec Space Spider et traité dans Artec Studio

Anthony Lanfranchi souligne l’importance du scan 3D pour la formation médicolégale : « Dans de nombreux cours médicolégaux à travers le pays, même en l’absence de pandémie, les étudiants reçoivent simplement des manuels avec des photos d’os plutôt que de travailler directement avec ces derniers. Pour moi, il ne fait aucun doute que les scans 3D tels ceux de Space Spider et de Micro constituent un bien meilleur outil d’apprentissage que des photographies planes sur une page. Je dirais même que ce genre de scans, expérimentés dans un cours en RV tel que le nôtre, fonctionneront aussi bien, voire mieux, que l’étude des os réels. Vous n’êtes pas limités aux heures d’ouverture du laboratoire. Vous pouvez travailler à votre propre rythme, aussi longtemps que vous le souhaitez. »

Et de poursuivre : « Grâce au cours en RV, vous disposez de votre propre collection d’os disponibles 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. Vous pouvez les examiner autant que vous voulez sans risquer de les abîmer. Et vous suivez le cours d’un professeur qui sait quelle est la meilleure façon d’apprendre le squelette humain. Le Dr Dirkmaat a élaboré le cours en ordonnant les leçons de la façon la plus efficace. C’est inestimable. »