On goûte un smoothie aux fruits avec deux pailles différentes. L'une ne laisse passer que les gros morceaux, l'autre que le liquide. Pris séparément, les sensations sont trompeuses, mais ensemble, elles donnent la clé : tiens, on dirait de la banane, et là, de la fraise. C'est à peu près ainsi que fonctionne la tomodensitométrie à double énergie : elle irradie le corps avec des rayons X à deux énergies différentes, puis sépare le signal en matériaux spécifiques — par exemple, distinguer l'os du muscle ou repérer une goutte de produit de contraste dans un vaisseau.
Cette séparation est un problème inverse : à partir de la somme, il faut reconstituer les termes, et le moindre bruit dans les données se transforme en ondulations sur les images finales. Les méthodes classiques soit calculent lentement, soit exigent des images de référence parfaites, qui n'existent presque jamais en pratique clinique. Les auteurs de la nouvelle étude ont proposé d'entraîner un réseau de neurones sans aucune réponse préétablie. Au lieu de lui montrer des paires « signal brut — image propre », ils ont intégré dans l'apprentissage le modèle physique du scanner lui-même. Le réseau fait une hypothèse sur la composition des tissus, la fait passer par un appareil à rayons X virtuel, puis compare le résultat aux mesures réelles. Si l'écart est grand, il corrige son estimation, tel un peintre qui vérifie constamment son travail d'après nature, plutôt que de copier le dessin d'un autre.
La méthode a été testée sur les données ouvertes du défi AAPM DL-Spectral CT. En précision de reconstruction des projections originales, elle a surpassé trois algorithmes modernes. Mais le plus intéressant, ce sont les images monoénergétiques virtuelles. C'est comme si, à partir du même smoothie, on pouvait obtenir le goût de chaque fruit séparément, et ce à différentes « températures » : à 30, 50 et 70 keV. À ces trois niveaux, la nouvelle approche a produit moins d'erreurs et une structure d'image plus nette que ses concurrents. Cela signifie que le médecin pourra mieux discerner la limite d'une tumeur ou un petit caillot — et tout cela sans dose de rayonnement supplémentaire.
La tomodensitométrie à double énergie permet de calculer la concentration d'iode dans les tissus — ce qui revient presque à mesurer le flux sanguin dans une tumeur sans injecter de colorant supplémentaire.
Dans la série « The Expanse », les scanners médicaux déterminent instantanément la composition de n'importe quel objet grâce à sa signature spectrale — notre méthode fait un pas vers un tel diagnostic sans échantillons de référence.