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Algorithmes de tomographie informatisée de la médecine appliqués au climat

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Les tomodensitomètres sont largement utilisés depuis une vingtaine d’années pour fournir des images transversales des organes et des tissus à l’intérieur du corps humain à des fins de diagnostic des problèmes médicaux et de traitement des maladies .

 


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Algorithmes de tomographie informatisée de la médecine appliqués au climat

Les tomodensitomètres sont largement utilisés depuis une vingtaine d’années pour fournir des images transversales des organes et des tissus à l’intérieur du corps humain à des fins de diagnostic des problèmes médicaux et de traitement des maladies .

 

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Illustration d’image / (PHOTO: Crédit /© . le soleil brille derrière des nuages ​​de pluie. (Crédit: Shutterstock.com)

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Par Judy Siegel-Itzkovich 

Le Seigneur est lent à la colère et puissant, et le Seigneur n’éliminera en aucune manière les coupables. Son chemin est en tourbillon et tempête, et les nuages ​​sont la poussière de ses pieds. Nahum 1: 3 (La Bible d’Israël ™)

Les tomodensitomètres sont largement utilisés depuis une vingtaine d’années pour fournir des images transversales des organes et des tissus à l’intérieur du corps humain à des fins de diagnostic des problèmes médicaux et de traitement des maladies.

Des algorithmes mathématiques ( ensembles de règles à suivre dans les calculs) sont utilisés pour reconstruire les images à partir de données de projection obtenues à différents angles autour du patient. Plus l’algorithme est performant, plus l’image est précise.

À présent, une mission germano-allemande se prépare à lancer une formation de 10 minuscules satellites – chacun de la taille d’une boîte à chaussures et pesant trois kilogrammes – qui utiliseront des algorithmes de tomodensitométrie inspirés par la médecine pour mieux comprendre les nuages ​​et leur rôle dans le climat. Le projet, appelé CloudCT, a déjà remporté un programme Synergy du Conseil européen de la recherche (ERC) doté de 14 millions d’ euros – somme maximale qui peut être allouée à partir de ce programme

Les scientifiques construisent maintenant leurs équipes et commencent à élaborer les détails du projet. Ils prévoient consacrer beaucoup de temps à la conception et au test de nombreux aspects de CloudCT avant leur lancement .

Les satellites devraient entrer en orbite dans quelques années et commencer à combler certaines lacunes dans notre compréhension des nuages ​​et de leur rôle dans le climat. Inspirés du scanner médical, les scientifiques de la mission créent un système qui révélera des images détaillées des structures et propriétés 3D externes et internes des nuages.

En explorant de petits champs de nuages ​​qui sont généralement ignorés par les technologies de télédétection actuelles, la mission vise à résoudre certaines incertitudes majeures qui limitent la modélisation atmosphérique et les prévisions climatiques actuelles.

Les minuscules satellites, qui doivent être transportés par un vaisseau spatial appelé Genesis, sont conçus pour survoler des centaines de kilomètres dans la formation en continu afin de dériver des informations 3D à partir des images. Celles-ci incluent des estimations de la taille des gouttelettes de pluie et de leur concentration dans les nuages.

Trois chercheurs ont dirigé ce projet interdisciplinaire unique – deux Israéliens et un Allemand. Le professeur Yoav Schechner de la Faculté de génie électrique de Viterbi à l’ Institut de technologie Technion-Israël à Haïfa est un expert en vision par ordinateur et en tomographie par ordinateur. Le Professeur Ilan Koren est un expert en physique des nuages ​​et des pluies du département des sciences de la Terre et des planètes de l’Institut scientifique Weizmann de Rehovot, en Israël. Le professeur Klaus Schilling du Centre de télématique (à Würzburg) est un chef de file dans le domaine de la technologie de formation de petits satellites.

Les nuages ​​jouent un rôle clé dans le bilan énergétique de la Terre et son cycle de l’eau; Même de petites erreurs dans l’évaluation des propriétés des nuages ​​peuvent conduire à des inexactitudes majeures dans les prévisions climatiques. «Les satellites étudient les grandes structures nuageuses mais manquent de la résolution nécessaire pour observer de petits nuages», a expliqué Koren. «Bien qu’ils soient petits, ces nuages ​​modèrent le climat d’une part, mais ils peuvent aussi être très sensibles au changement climatique. C’est pourquoi il est absolument nécessaire de mesurer correctement ces petits nuages ​​afin de comprendre leur nature et leur interaction avec les conditions environnementales changeantes. CloudCT peut ouvrir la voie à cette compréhension », a-t-il poursuivi.

L’idée de sonder ces nuages ​​depuis l’espace a été motivée par la technologie de l’imagerie médicale 3D. « Nous utilisons la santé humaine comme guide pour la santé de la planète », a ajouté Schechner. Par analogie avec le scanner médical plus connu, les images dans CloudCT seront prises simultanément de nombreuses directions autour et au-dessus des nuages. Cet exploit sera rendu possible par la formation en réseau auto-organisée de multiples satellites abordables, très petits et très agiles. Cependant, «contrairement aux paramètres isolés des laboratoires de cliniques, la Terre est irradiée par l’éclairage solaire, qui ne peut être déplacé, allumé ou éteint. Nos algorithmes d’analyse d’images doivent prendre en compte cette réalité et s’appuyer sur la diffusion de la lumière, ce qui nous met au défi », a déclaré Schechner.

Le contrôle de précision requis par le système multi-satellite pour réaliser cette imagerie complexe pose des problèmes de miniaturisation, ainsi que de capacités de coordination et de réaction autonome. Schilling exprime son enthousiasme pour les perspectives du projet CloudCT: «Les systèmes de satellites distribués en réseau que nous développons pour CloudCT sont un exemple de la manière dont un logiciel innovant compense les déficits causés par la miniaturisation. Cela permet à un tel système ultra-petit de mettre en œuvre efficacement un système auto-organisateur et à de nouvelles approches d’observation permettant de réaliser des avancées scientifiques. « 

Leur test est facilité par une mission précurseur de trois satellites, appelée TOM (Mission d’observation télématique de la Terre), ainsi que par un simulateur de dynamique haute performance situé à Würzburg , a déclaré Schilling. «Ce projet nous permettra de voir et de mesurer les nuages ​​comme jamais auparavant», a déclaré Koren.

«Nous sommes ravis que le CER ait sélectionné le projet CloudCT», a conclu Schechner. « Nous pouvons déjà dire que CloudCT est à l’avant-garde des nouveaux concepts d’observation de la Terre et du développement d’algorithmes d’imagerie informatiques sophistiqués. »

 


VIDÉO SUR CE THÈME

Introduction aux algorithmes génétiques | JUG Lausanne …】


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