La qualité des images cystoscopiques

Les caractéristiques des images cystoscopiques dépendent de l’instrument utilisé pour acquérir les images (le cystoscope) et de la qualité de l’examen cystoscopique réalisé par le clinicien. Effets produits par l’optique du cystoscope. Le cystoscope est un instrument fin qui, inséré au travers de l’urètre, permet d’observer les parois internes de la vessie. Il existe deux types de cystoscopes qui peuvent être utilisés pour un examen clinique : les cystoscopes rigides

1.6. Problématique scientifique

(a)

(b)

Fig. 1.10 – Représentation schématisée des objectifs fixés. (a) Construction d’images panora-miques de l’intérieur de la vessie. (b) Évaluation de la superposition des informations fonc-tionnelles données par une image panoramique construite à partir d’images acquises en lumière blanche et des informations spatiales données par une image construite à partir d’images acquises en fluorescence.

et les souples. Le cystoscope rigide est un dispositif composé d’un fin tube métallique à l’intérieur duquel se trouve l’optique qui transmet les images reçues par l’objectif situé dans la partie distale de l’instrument. Le cystoscope souple est un dispositif qui utilise des longs faisceaux de fibres optiques pour transmettre la lumière et les images de la scène observée. La figure 1.11 montre des exemples des ces dispositifs.

(a) (b)

Fig. 1.11 – Les deux types de cystoscope utilisés en clinique. (a) Cystoscope rigide Karl Storz 27005BA. (b) Cystoscope souple Olympus EndoEYE.

Pour les deux types de cystoscope, l’optique impliquée dans la transmission des images ob-servées, va provoquer des distorsions géométriques et des aberrations photométriques dans les images. Les deux principaux effets introduits par l’optique qui peuvent affecter la méthode de construction d’images panoramiques sont la distorsion radiale et le vignettage. La distorsion

ra-(a) (b)

(c)

Fig. 1.12 – Défauts d’optique du cystoscope. (a) Distorsion radiale. Les lignes formées par les carreaux devraient être droites. (b) Effet de vignettage. (c) Pattern formée par les fibres optiques lorsqu’un cystoscope souple est utilisé.

diale est un effet optique géométrique qui fait que l’image a un aspect de « barillet » au fur et à mesure de l’augmentation de la distance au centre de l’image. Le vignettage est un effet photométrique qui fait apparaître les bords de l’image plus sombres que le centre. Lorsqu’un cystoscope souple est utilisé, une autre dégradation va affecter les images cystoscopiques. Le faisceau de fibres utilisé par le cystsocope souple fait apparaître sur les images un « pattern » en forme de nid d’abeilles produit par les différents taux de réfraction de lumière entre le cœur et l’enveloppe des fibres optiques. Des exemples de ces deux effets sont montrés dans la figure 1.12. Ces trois effets seront étudiés plus en détails dans la section 2.3

Effets produits pendant l’examen clinique. Pour effectuer une cystoscopie, le clinicien remplit la vessie avec du sérum physiologique. Cela distend les parois de la vessie et permet de les « lisser » pour en effectuer une observation plus aisée. Le clinicien insère lentement l’instrument à travers l’urètre du patient jusqu’à la vessie. Il va prendre comme référence les orifices des uretères et une « bulle d’air ». Cette bulle d’air est une petite quantité d’air introduite avec le cystoscope due à une purge incomplète de la tubulaire servant à remplir la vessie et du cystoscope lui même. La figure 1.13 montre une illustration d’un examen cystoscopique clinique en utilisant un cystoscope rigide.

Du fait de la morphologie de la vessie, du liquide avec lequel elle est rempli, de l’illumi-nation, des réglages et des mouvements effectués par le cystoscope à l’intérieur de la vessie, la qualité des images cystoscopiques peut varier de façon importante dans une même séquence vidéo-cystoscopique et évidemment d’un patient à un autre. Cette variabilité peut être probléma-tique pour la méthode de construction d’images panoramiques. Par exemple, quelques séquences

1.6. Problématique scientifique

Fig. 1.13 – Illustration de la procédure d’application d’un examen cystoscopique clinique en utilisant un cystoscope rigide.

d’images peuvent avoir des structures très visibles (figure 1.14(a)) tandis que d’autres images en auront très peu (figure 1.14(e)). Il existe des images où le champ de vision est partiellement occulté par le relief des parois latérales (1.14(i)). La vessie étant remplie, on observe communé-ment des élécommuné-ments en suspension qui circulent dans la zone d’observation du cystoscope (figure 1.14(b)). Le réglage de la focale du cystoscope va affecter les images observées et il possible de trouver des images floues (figure 1.14(c)). Cependant, des images floues peuvent être aussi pro-duites par des mouvements très rapides du cystoscope (figure 1.14(c)). Parfois, les images seront acquises quand le cystoscope est assez proche des parois et les images acquises auront une très bonne illumination avec une bonne visibilité des grosses structures (figure 1.14(f)), mais il est aussi possible que l’illumination et la distance d’observation du cystoscope produise des images où les détails sont difficilement visibles (figure 1.14(g)). Il est fréquent de trouver sur certaines zones de la vessie, des réflexions importantes qui produisent de petites zones très lumineuses (figure 1.14(h)). Finalement, une caractéristique majeur présente sur toutes les images cystoscopiques est la différence d’illumination entre les différentes régions de l’image. Cette caractéristique est plus évidente sur la figure 1.14(j).

En plus de la variabilité au niveau des caractéristiques des images cystoscopiques, les mou-vements « libres » du cystoscope à l’intérieur de la vessie font que, d’une image de la séquence à la suivante, il existe des variations géométriques plus ou moins importantes suivant la vitesse de déplacement du cystoscope, la distance du cystoscope à la paroi de la vessie, le point de vue et l’angle d’observation du cystoscope.

1.6.2 Contraintes cliniques imposées sur la méthode de construction des images panoramiques

Informations disponibles. La position spatiale du cystoscope à l’intérieur de la vessie est inconnue et l’utilisation d’une technique pour permettre de situer le cystoscope à l’intérieur de la vessie n’est pas faisable sans modifier le dispositif traditionnel. En plus, l’utilisation de repères anatomiques pour guider la construction d’images panoramiques n’est pas envisageable parce qu’ils ne sont pas visibles la plupart du temps. La seule information disponible pour construire les images panoramiques sont les images acquises par le cystoscope. Actuellement, lorsque le clinicien veut garder la trace d’une région d’intérêt, il fait l’impression d’une photographie ou enregistre une vidéo. Pour construire les images panoramiques, notre méthode n’utilisera donc que l’information fournie par les images d’une vidéo.

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

(g) (h) (i)

(j)

Fig. 1.14 – Quelques exemples d’images pouvant être extraites d’une séquence vidéo-cystoscopique. (a) Image avec une grande quantité de vaisseaux visibles. (b) Structure qui passe dans le champ de vision du cystoscope. (c) Image floue dû à une mauvaise focalisation du cysto-scope. (d) Image floue dû à des déplacements rapides du cystocysto-scope. (e) Image avec très peu de structures visibles. (f) Image prise à une courte distance. (g) Image avec une très faible illumi-nation. (h) Image présentant des reflets sur la bulle d’air. (i) Image avec occlusion. (j) Image où les différences d’illumination sont très évidentes.

1.6. Problématique scientifique Degré de recouvrement entre les images. Si les images panoramiques sont construites à partir du support vidéo enregistré par le clinicien, il faut considérer le degré de recouvrement entre les images de la séquence vidéo. La vitesse des mouvements du cystoscope est un facteur important à considérer pour choisir une méthode de construction des images panoramiques parce qu’elle va nous indiquer le degré de recouvrement entre les images. Nous savons que les images cystoscopiques enregistrées sur un support vidéo sont acquises à une vitesse de 25 images par seconde mais nous ne connaissons pas la vitesse maximale de déplacement du cystoscope ni le champ de vue exact. Il est donc nécessaire d’évaluer cette vitesse de déplacement, ainsi que le champ de vue moyen pour pouvoir connaître le recouvrement minimum envisageable entre les images et ainsi aider au choix d’une méthode de construction d’images panoramiques.

Erreur acceptable dans la construction des images panoramiques. Le support visuel proposé doit permettre au clinicien d’effectuer des observations post-opératoires, de le guider dans des examens postérieurs et de lui permettre d’effectuer des comparaisons entre différents examens. Il est donc nécessaire que la qualité de ce support permette d’effectuer ces opérations avec une erreur minimale. Idéalement, l’erreur de recalage entre les images devrait être nulle, mais en pratique cela n’est pas possible. Il sera donc nécessaire de caractériser cette erreur et de justifier une valeur limite acceptable sur la base de données qualitatives objectives.

Temps de calcul disponible. Si le clinicien veut effectuer des observations des zones d’in-térêt qu’il a sélectionnées immédiatement après avoir fini d’effectuer l’examen de la vessie, il sera nécessaire que la méthode de construction des images panoramiques construise les images dans un temps qui soit compatible avec la durée de l’examen clinique. Idéalement, la méthode devrait construire les images en temps réel, mais dans un premier temps pour cette thèse, nous allons considérer la durée moyenne d’un examen clinique comme temps limite de construction des images. Les informations trouvées dans la littérature concernant la durée d’un examen cys-toscopique sont très variables. Si c’est la première fois que le patient est examiné, il est probable que la durée de l’examen sera plus importante parce qu’il faut balayer de façon « exhaustive » la vessie. Mais, si le clinicien effectue un examen de contrôle sur le patient, cet examen sera plus court.

Présentation des images panoramiques au clinicien La représentation en couleur des images panoramiques au clinicien doit être privilégiée et les artefacts introduits par les diffé-rences d’illumination entre les bords des images doivent être minimisés. Les images panoramiques devront avoir la même résolution que les images originales pour conserver le niveau de détail.

La combinaison des informations spatiales et de fluorescence serait mieux observée dans un support panoramique unique. Une zone de tissu plus étendue pourrait être observée avec ce support et aider à localiser des zones de fluorescence différente en une seule observation.

Une extension du support panoramique que nous proposons serait de présenter au clinicien un modèle générique 3D de la vessie sur lequel les images panoramiques seraient projetées.