Présentation
EnglishRÉSUMÉ
Les endoscopes ont un rôle essentiel pour l’inspection des organes creux et des cavités du corps. Ils fournissent des images à haute résolution avec des couleurs et textures naturelles requises pour un diagnostic, le suivi des patients et les interventions chirurgicales. Cependant, leur champ de vue réduit est un facteur limitant majeur pour une interprétation aisée des scènes. Les techniques de mosaïquage permettent le calcul d’images panoramiques de toute la zone d’intérêt qui inclut, par exemple, des lésions et des repères anatomiques. Cet article donne un aperçu sur l’état de l’art lié à tous les aspects du mosaïquage, à savoir la correction, le recalage et la cartographie des images.
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Christian DAUL : Professeur des Universités - Université de Lorraine, CNRS, Centre de Recherche en Automatique de Nancy (CRAN, UMR 7039), 54000 Nancy, France
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Didier WOLF : Professeur des Universités - Université de Lorraine, CNRS, Centre de Recherche en Automatique de Nancy (CRAN, UMR 7039), 54000 Nancy, France
INTRODUCTION
L’endoscopie permet de visualiser des cavités inaccessibles à l’œil à l’aide d’un instrument appelé endoscope. L’endoscope est le plus souvent introduit dans la cavité à explorer par les ouvertures disponibles. Très utilisée en médecine, l’endoscopie l’est également dans l’industrie pour réaliser des contrôles visuels non destructifs. Cet article traite de l’endoscopie médicale mais les problématiques générales sont les mêmes en endoscopie industrielle.
L’endoscope est soit un tube rigide, soit un faisceau de fibres optiques de différentes longueurs et diamètre selon l’usage. D’un côté de l’instrument (pointe distale) se trouve une optique et un diffuseur de lumière pour illuminer la scène à visualiser et de l’autre côté (extrémité proximale) sont généralement installés un capteur d’images numériques et une source de lumière. Les images et la lumière sont véhiculées par un canal optique entre les deux extrémités. L’endoscope est souvent manipulé manuellement par un opérateur qui observe les images diffusées sur un moniteur. Les défauts des images endoscopiques sont liés à l’optique. L’uniformité de l’éclairage in situ est difficile à obtenir, d’autant plus que l’opérateur manipule l’instrument à la main avec des variations de distance qui peuvent être importantes entre la pointe distale et la surface observée. Les focales des optiques sont choisies courtes pour avoir des angles d’ouverture importants, ce qui introduit des défauts de vignettage et de distorsions géométriques. Les organes examinés en médecine peuvent être de nature spéculaire engendrant des reflets gênants sur les images. Enfin, le canal optique de transmission des images peut être constitué de fibres optiques (endoscope souple) qui conduisent à un effet dit en « nid d’abeilles » sur les images. Cet article décrit de manière assez détaillée les techniques qui peuvent être utilisées pour corriger les images endoscopiques des défauts précités.
Aujourd’hui, à des fins d’archivage ou de suivi de patient dans le temps, les examens endoscopiques sont enregistrés sous la forme d’un film vidéo qui peut être de longue durée. Des techniques de mosaïquage ont été développées afin de présenter les informations contenues dans les images de la vidéo-séquence sous une forme beaucoup plus simple et compacte. Celles-ci consistent à calculer les déplacements géométriques (par exemple des translations, rotations et des facteurs d’échelle) entre chaque image de la séquence vidéo et de les replacer dans un référentiel unique pour générer une image dite panoramique. L’opérateur peut ensuite naviguer dans cette image panoramique et se repérer plus facilement pour par exemple retrouver des régions d’intérêt communes à une autre image panoramique réalisée antérieurement. Cet article décrit les principales méthodes de recalage d’images utilisables en endoscopie qui sont à la base du mosaïquage. Les images endoscopiques sont souvent peu contrastées et texturées et nécessitent des algorithmes de recalage spécifiques et robustes.
Enfin, le mosaïquage, à proprement parler, est présenté avec, en particulier, le placement d’informations non redondantes dans un repère commun (celui de l’image panoramique), ainsi que la correction des discontinuités de couleur et de texture dues à la trajectoire des images endoscopiques dans la mosaïque (par exemple, déplacements de l’endoscope conduisant à des trajectoires « en 8 » ou en zigzag et impliquant des recouvrements d’images). Pour terminer, plusieurs exemples de mosaïquage sont présentés en cystoscopie (observation de la vessie) et gastroscopie (observation de l’œsophage et de l’estomac).
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6. Glossaire
Arthroscopie ; arthroscopy
Exploration de l'intérieur d'une articulation à l'aide d'un endoscope
Biopsie ; biopsy
Prélèvement d’un fragment de tissu ou d'organe (peau, foie, poumon, paroi du colon, glande, ganglion, etc.), afin de l'analyser au microscope.
Cœlioscopie (ou laparoscopie) ; laparoscopy
Technique d'endoscopie médicale utilisée pour le diagnostic (cœlioscopie proprement dite) ou l'intervention chirurgicale.
Consensus par échantillons aléatoires ; random sample consensus
Algorithme itératif pour l'estimation des paramètres d'un modèle à partir d'un échantillon de données tirées au sort.
Descripteur de point clé ; key point descriptor
Vecteur dont les composantes décrivent les caractéristiques visuelles du voisinage du point. Les valeurs de ces composantes sont calculées à partir des couleurs ou des niveaux de gris dudit voisinage.
Fibroscope ; fiberscope
Endoscope souple à base de fibres optiques.
Flot optique (ou mouvement apparent) ; optical flot
Champ de vecteurs reliant les points homologues entre deux images.
Fluorophore ; fluorophore
Substance chimique capable d'émettre de la lumière de fluorescence après excitation.
Mosaïque ; mosaic
Image panoramique d’une scène.
Mosaïquage d’images ; image mosaicing (or image mosaicking)
Placement des pixels des images de la vidéo-séquence dans le repère unique de la mosaïque pour offrir une vue étendue de la scène.
Point clé ; key point
Point de l’image à contraste marqué et avec des caractéristiques de textures et de contraste quantifiables.
Point homologue ; homologous point
Points de deux (ou plus) d’images correspondants au même point tridimensionnel de la scène.
Recalage d’images ; image registration
Action de superposer les parties communes de deux images (superposition automatique des points homologues).
Transformée de caractéristiques invariantes en échelle SIFT ; Scale Invariant Feature Transform
Descripteur de points clés relativement invariant à l’échelle et aux changements d’intensités.
Transformée accélérée de caractéristiques robustes SURF ; Speeded Up...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ZHANG (Z.) - A flexible new technique for camera calibration. - IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 22, n° 11, p. 1330-1334 (2000).
-
(2) - TSAI (R.K.), LENZ (R.Y.) - Techniques for calibration of the scale factor and image center for high accuracy 3-D machine vision metrology. - IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 10, n° 5, p. 713-720 (1988).
-
(3) - MELO (R.), BARRETO (J.P.), FALCÃO (G.) - A new solution for camera calibration and real-time image distortion correction in medical endoscopy-initial technical evaluation. - IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 59, n° 3, p. 634-644 (2012).
-
(4) - MIRANDA-LUNA (R.), BLONDEL (W.), DAUL (C.), HERNANDEZ-MIER (Y.), WOLF (D.) - A simplified method of video-endoscopic image barrel distortion correction based on grey level registration. - in IEEE International Conference on Image Processing, Singapore (2004).
-
(5) - MIRANDA-LUNA (R.), DAUL (C.), BLONDEL (W.), HERNANDEZ-MIER (Y.), WOLF (D.), GUILLEMIN (F.) - Mosaicing...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
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1 Outils logiciels
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2 Sites Internet
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3 Brevets
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4 Annuaire
- 4.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive) 4.1.1 Fabricants d’endoscopes médicaux (liste non exhaustive)
- 4.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive) 4.2.1 Sociétés médicales d’endoscopie (liste non exhaustive)
- 4.3 Laboratoires – Centres de recherche (liste non exhaustive) 4.3.1 Laboratoires français travaillant dans le domaine du recalage, du mosaïquage ou de la reconstruction 3D de données endoscopiques
4.1.2 Développeur de systèmes endoscopiques médicaux sur mesure
4.3.2 Laboratoires travaillant dans le domaine du recalage, du mosaïquage ou de la reconstruction 3D de données endoscopiques
Logiciel gratuit et généraliste de mosaïquage (non dédié spécifiquement aux scènes endoscopiques). Pour Windows (version de 2007) http://www.01net.com
Logiciel gratuit de correction des distorsions en barillet http://www.archeograph.com
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