Brevet FR2847995A1 — publié le 20040604

ili PROCEDE DE TRAITEMENT D'INFORMATIONS DE COMMANDE TRANSMISES PAR UN PERIPHERIQUE DE MANIPULATION D'IMAGES DE MODELISATION 3D ET INSTALLATION POUR LA VISUALISATION D'IMAGES MEDICALES EN SALLE D'INTERVENTION ETIOU D'EXAMEN METTANT EN CEUVRE CE PROCEDE La présente invention est relative à un procédé de traitement d'informations de commande transmises à des moyens de traitement par un périphérique de manipulation d'images de modélisation 3D. Elle concerne également une installation pour la visualisation d'images médicales en salle d'intervention ou d'examen mettant en oeuvre ce procédé. On connaît déjà des périphériques de manipulation d'images de modélisation 3D. Un tel périphérique comporte un élément de préhension destiné à être saisi par l'utilisateur (tête de souris dans le cas d'une souris 3D ou 20 encore manette de type " joystick "), et des moyens formant capteurs d'efforts et/ou de déplacements qui génèrent des informations de commande correspondant aux déplacements et/ou efforts appliqués par l'utilisateur sur la tête de préhension. Ces informations de commande sont transmises aux moyens de traitement qui gèrent la représentation de la modélisation 3D qui est affichée sur un écran et qui convertissent lesdites informations de commande en des mouvements donnés dans l'espace à ladite représentation. Il existe une demande de plus en plus importante pour que les radiologues ou chirurgiens puissent manipuler des images de modélisation 3D directement au cours d'une intervention. Les périphériques de manipulation d'images de modélisation 3D connus à ce jour ne le permettent pas de manière optimale. En particulier, ils ne permettent pas la souplesse de manipulation qui serait souhaitable lorsque l'on visualise des images pendant une opération 10 chirurgicale, par exemple. Ainsi notamment, en salle d'examen ou d'intervention, le radiologue ou chirurgien se tient debout, ce qui est pour lui une position inconfortable et inhabituelle pour la manipulation d'un périphérique informatique et est 15 susceptible de générer sur le périphérique un certain nombre de mouvements involontaires. Egalement, lorsque le périphérique est recouvert d'un drap stérile, les frictions de ce drap sur ledit périphérique peuvent entraîner des 20 mouvements parasites. Par ailleurs, dans le cas d'un périphérique à plus de 3 degrés de liberté, et notamment à 6 degrés de liberté, il peut s'avérer particulièrement difficile pour le chirurgien ou radiologue d'effectuer des mouvements de 25 translation ou des mouvements de rotation parfaitement contrôlés, ce d'autant plus que de tels mouvements correspondent généralement à des mouvements ou efforts relativement proches sur le périphérique. L'invention propose des solutions qui pallient ces inconvénients. 30 Elle propose notamment un procédé de traitement d'informations de commande transmises par un périphérique de manipulation d'images de modélisation 3D, ledit périphérique comportant un élément de préhension manipulé par un utilisateur et des moyens formant capteur qui détectent des efforts et/ou déplacements sur ledit élément de préhension et génèrent, en fonction des efforts et/ou déplacements détectés, des informations de commande qui correspondent les unes à des composantes de translation 5 ou de zoom, les autres à des composantes de rotation pour le mouvement à conférer à la représentation dans l'espace de la modélisation 3D, caractérisée en ce que dans un premier mode de fonctionnement, l'ensemble des informations de commande est traitée pour modifier la représentation affichée en lui conférant uniquement des mouvements de 10 rotation dans l'espace et en ce que dans un deuxième mode de fonctionnement, les informations de commande sont traitées pour modifier la représentation affichée en lui conférant uniquement des mouvements de translation ou un effet de zoom. Un tel procédé est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison: - on met en oeuvre sur les informations de commande un traitement pour le filtrage des composantes de rotation et/ou translation correspondant à des micromouvements; - on combine au moins une composante de rotation et au moins une composante de translation et en ce que la (ou les) composante(s) combinée(s) ainsi obtenue(s) est (sont) utilisée(s) comme composante(s) de rotation dans le premier mode de fonctionnement et comme composante(s) de translation dans le deuxième mode de fonctionnement; 25 - une combinaison mise en oeuvre est une combinaison linéaire; - on met en oeuvre sur les composantes combinées une comparaison destinée à mettre en évidence les petites composantes et en ce que en fonction du résultat de cette comparaison, on remplace la ou les composantes ainsi mises en évidence par une composante nulle; - on remplace une composante combinée par une composante nulle lorsque ladite composante est inférieure à un ratio donné d'au moins une autre composante; - on remplace une composante combinée par une composante nulle lorsque ladite composante est inférieure à la moitié d'au moins une autre composante; - dans le deuxième mode de fonctionnement, on détecte, après la 5 mise en oeuvre du filtrage des micro-mouvements, si la composante de zoom est nulle ou non et en ce que, lorsque celle-ci est non nulle, les autres composantes sont remplacées par des composantes nulles. L'invention propose également un ensemble comportant un 10 périphérique de manipulation d'images de modélisation 3D, au moins un écran sur lequel lesdites images sont affichées, des moyens de traitement qui commandent l'affichage sur ledit écran, ainsi que des moyens de liaison permettant audit périphérique de transmettre auxdits moyens de traitement des informations de commande, ledit périphérique comportant un élément 15 de préhension manipulé par un utilisateur et des moyens formant capteur qui détectent des efforts et/ou déplacements sur ledit élément de préhension et génèrent, en fonction des efforts et/ou déplacements détectés, des informations de commande qui correspondent les unes à des composantes de translation ou de zoom, les autres à des composantes de 20 rotation pour le mouvement à conférer à la représentation dans l'espace de la modélisation 3D, caractérisée en ce que les moyens de traitement comportent des moyens aptes à mettre en oeuvre le procédé précité Elle propose en outre une installation pour la visualisation d'images 25 médicales, caractérisé en ce qu'elle comporte un ensemble du type précité, le périphérique étant disposé en salle d'intervention et/ou d'examen. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non 30 limitative et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles: - la Figure 1 est une représentation schématique d'un périphérique de manipulation d'images et des moyens de traitement auquel il est associé; la Figure 2 illustre différentes étapes d'un traitement conforme à un mode de mise en oeuvre possible pour l'invention. - La Figure 3 représente schématiquement une salle d'intervention et/ou d'examen qui comporte un périphérique de manipulation d'images 3D. La Figure 1 illustre un périphérique 1 de manipulation d'images de modélisation 3D et des moyens de traitement 2 auxquels ledit périphérique 15 est relié (par câble ou par une liaison RF par exemple). Ce périphérique 1 est en l'occurrence une souris 3D qui comporte une tête non représentée qui est articulée sur un support selon 6 degrés de liberté et des moyens la formant capteurs permettant de détecter les 20 mouvements de la tête de préhension selon six composantes correspondant à ces six degrés de liberté et de transmettre aux moyens de commande des informations de commande correspondant à ces six composantes. Ces informations de commande sont transcrites par les moyens de traitement 2 pour donner un mouvement correspondant à la représentation de la modélisation 3D dont elle commande l'affichage sur un écran. Un exemple de souris 3D de ce type a notamment été décrit dans le 30 brevet US 4 785 180. Le capteur de cette souris 3D est un capteur optoélectronique qui permet de détecter six composantes: trois composantes de translation dans trois directions correspondant à trois axes perpendiculaires et trois composantes de rotation correspondant aux rotations autour de ces 3 axes. Dans la suite du présent texte, ces informations de commande sont 5 représentées par 3 paramètres de translation " x ", " y " et " z " et 3 paramètres de rotation " A ", " B " et " C ". Les 3 paramètres de translation " x ", " y " et " z " correspondent à l'amplitude des composantes du mouvement selon 3 axes perpendiculaires. 10 Les 3 paramètres de rotation " A ", " B " et " C " correspondent à l'amplitude des composantes du mouvement de rotation autour de ces mêmes 3 axes. Ces 6 paramètres sont transmis aux moyens de traitement qui 15 mettent en oeuvre les étapes illustrées sur la Figure 2. Selon une première étape (étape 1), les moyens de traitement mettent en oeuvre sur ces informations de commande un filtrage des micro mouvements. Ce filtrage est par exemple un simple seuillage sur les paramètres de translation et de rotation. On évite ainsi par exemple qu'un micro mouvement sur la souris ou 25 plus généralement le périphérique, d au fait que l'opérateur a bougé le drap stérile qui est disposé sur celle-ci ou d au fait que l'opérateur a effleuré la souris sans véritablement vouloir la commander, soit pris en compte. Dans une deuxième étape (étape 11), les informations de translation et de rotation sont fusionnées. Notamment, par exemple, on détermine une combinaison linéaire du paramètre correspondant à la translation " x " et du paramètre correspondant à la rotation " B ", ainsi qu'une combinaison linéaire du paramètre correspondant à la translation " y " et du paramètre correspondant à la rotation " A ". A titre d'exemple, les paramètres " x " et " B " sont sommés et il en est de même pour les paramètres " y " et " A ". La rotation " C " et la translation " z " ne sont quant à elles pas fusionnées. Les moyens de traitement 2 imposent à l'utilisateur un choix entre un fonctionnement en mode " rotation " et un fonctionnement en mode 15 " translation ". Les paramètres résultant de l'étape de fusion sont alors utilisés comme paramètres de commande pour le mouvement de rotation, si l'on se trouve dans le mode de fonctionnement " rotation " ou pour le mouvement 20 de translation, si l'on se trouve dans le mode de fonctionnement la " translation ". Dans la Figure 2, on a illustré le cas o l'on utilise comme paramètres de commande, dans le mode de fonctionnement " rotation ", 25 les paramètres suivants: A' = A + y B' = B + x C' =C Dans le cas du mode de fonctionnement " translation ", on utilise 30 par exemple les nouveaux paramètres de translation suivants: x'= B + x y' = A + x z' = z On comprend ainsi que le mouvement de rotation ou de translation qui sera imposé par l'utilisateur à la représentation 3D qu'il manipule sera 5 plus rapide et efficace: il prendra directement en compte pour un seul mouvement de rotation ou un seul mouvement de translation imposé sur la représentation de la modélisation 3D la somme d'effets de translation et de rotation imposés physiquement par l'utilisateur sur le périphérique qu'il manipule. Dans une troisième étape (étape i1), les paramètres ou valeurs ainsi obtenus sont filtrés pour éliminer les petites composantes de translation/rotation. Par exemple, on compare le paramètre A' à la B'/2 ainsi qu'à C'12. Si A' est inférieur à B'12 ou à C'/2, le paramètre A' est remplacé par une valeur nulle. On supprime ainsi les composantes de rotation ou de translation qui 20 sont négligeables ou petites par rapport aux autres composantes. Des tests de comparaison similaires sont mis en oeuvre sure les autres paramètres (B',C', x', y'). On notera qu'un tel filtrage des petites composantes permet plus facilement à l'utilisateur d'effectuer une rotation nette autour d'un axe qu'il choisit. Par ailleurs, on notera également que le traitement de filtrage 30 proposé a l'avantage de ne pas empêcher des rotations (respectivement translations) complexes prenant en compte deux ou trois composantes de rotation (resp. translation) à la fois. Bien entendu, des tests de filtrage ou de comparaison autres que ceux qui viennent d'être décrits pour l'étape 1II sont également possibles. Lorsque le périphérique est utilisé en mode de fonctionnement 5 " translation ", le mouvement selon l'axe " z " est interprété par les moyens de traitement comme une commande de zoom. Pour éviter que ce mouvement de zoom ne soit perturbé par des mouvements de translation parasites, on met en oeuvre un filtrage tel que 10 dès qu'il est détecté que la composante " z' " est différente de zéro, les composantes " x' " et " y' " sont remplacées par des valeurs nulles. De cette façon, on réalise un mouvement de zoom non perturbé et parfaitement net. On comprend que le dispositif qui vient d'être décrit est particulièrement adapté à une utilisation dans une installation permettant la visualisation d'images médicales en salle d'intervention et/ou d'examen. Avec une telle installation, le périphérique 1 est disposé en salle d'intervention et/ou d'examen. C'est ce qu'on a illustré sur la figure 3 sur laquelle on a représenté une salle d'intervention et/ou d'examen 11, et une salle annexe de contrôle 25 12 dans laquelle est disposée l'unité de calcul qui constitue les moyens de traitement d'images 2. Cette unité 2 gère l'affichage d'images 3D correspondant à des données qu'elle reçoit d'un dispositif d'acquisition d'images médical (non 30 représenté) disposé dans la salle 1 (dispositif d'acquisition fluoroscopique du type à bras en C par exemple): Plus précisément, l'unité 2 reçoit des informations de commande du périphérique 1 qui est manipulé par le chirurgien ou radiologue et qui est disposé dans la salle d'intervention et/ou d'examen 11, sur le côté d'une table 19 destinée à recevoir le patient. Cette unité 2 commande l'affichage 5 d'images 3D sur des moniteurs de visualisation 14 et 15 disposés l'un (moniteur 14) dans ladite salle 11, l'autre (moniteur 15) dans la salle annexe de contrôle 12. Des câbles relient ladite unité 2 au périphérique 1 et aux moniteurs 14 et 15. D'autres moyens pourraient bien entendu être envisagés (transmission RF par exemple). La salle 11 d'intervention et/ou d'examen comporte en outre au moins deux autres moniteurs, référencés par 16 et 17, présentant des images complémentaires éventuellement reliées à l'image du moniteur 15 à l'aide de l'unité 2 et en fonction d'instructions de commande transmises par 15 le chirurgien ou radiologue via le périphérique 1 On notera que le moniteur 14 de la salle 11 est un moniteur à écran plat, ce qui permet de minimiser son encombrement. Il est rapporté sur un mur de la salle 11, dans une zone de celle-ci qui permet d'éviter tout risque de collision avec le patient. Ce moniteur est par exemple disposé en face de la table d'opération, du côté opposé au périphérique 1. Il est par exemple disposé à gauche des moniteurs de fluoroscopie 16, 17. et éventuellement si ce n'est pas possible ou s'il y a un risque de collision pour le patient, à droite de ceux-ci. il REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'informations de commande transmises par un périphérique (1) de manipulation d'images de modélisation 3D du 5 type comportant un élément de préhension manipulé par un utilisateur et des moyens formant capteur qui détectent des efforts et/ou déplacements sur ledit élément de préhension et génèrent, en fonction des efforts et/ou déplacements détectés, des informations de commande qui correspondent les unes à des composantes de translation ou de zoom, les autres à des 10 composantes de rotation pour le mouvement à conférer à la représentation dans l'espace de la modélisation 3D, caractérisée en ce que dans un premier mode de fonctionnement, l'ensemble des informations de commande est traitée pour modifier la représentation affichée en lui conférant uniquement des mouvements de rotation dans l'espace et en ce 15 que dans un deuxième mode de fonctionnement, les informations de commande sont traitées pour modifier la représentation affichée en lui conférant uniquement des mouvements de translation ou un effet de zoom. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on met en 20 oeuvre sur les informations de commande un traitement pour le filtrage des composantes de rotation et/ou translation correspondant à des micromouvements. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce 25 que l'on combine au moins une composante de rotation et au moins une composante de translation et en ce que la (ou les) composante(s) combinée(s) ainsi obtenue(s) est (ou sont) utilisée(s) comme composante(s) de rotation dans le premier mode de fonctionnement et comme composante(s) de translation dans le deuxième mode de 30 fonctionnement. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une combinaison mise en oeuvre est une combinaison linéaire. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre sur les composantes combinées une comparaison destinée à mettre en évidence les petites composantes et en ce que, en fonction du résultat de cette comparaison, on remplace la ou les composantes ainsi mises en évidence par une composante nulle. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on remplace une composante combinée par une composante nulle lorsque ladite composante est inférieure à un ratio donné d'au moins une autre 10 composante. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on remplace une composante combinée par une composante nulle lorsque ladite composante est inférieure à la moitié d'au moins une autre 15 composante. 8. Procédé selon la revendication 2 prise seule ou en combinaison avec l'une des revendications 3 et suivantes, caractérisé en ce que, dans le deuxième mode de fonctionnement, on détecte, après la mise en oeuvre du 20 filtrage des micro-mouvements, si la composante de zoom est nulle ou non et en ce que, lorsque celle-ci est non nulle, les autres composantes sont prises en compte sont remplacées par des composantes nulles. 9. Ensemble comportant un périphérique (1) de manipulation 25 d'images de modélisation 3D, au moins un écran (14) sur lequel lesdites images sont affichées, des moyens de traitement (2) qui commandent l'affichage sur ledit écran (14), ainsi que des moyens de liaison permettant audit périphérique (1) de transmettre auxdits moyens de traitement (2) des informations de commande (A, B, C, x, y, z), ledit périphérique (1) 30 comportant un élément de préhension manipulé par un utilisateur et des moyens formant capteur qui détectent des efforts et/ou déplacements sur ledit élément de préhension et génèrent, en fonction des efforts et/ou déplacements détectés, des informations de commande qui correspondent les unes à des composantes de translation ou de zoom, les autres à des composantes de rotation pour le mouvement à conférer à la représentation dans l'espace de la modélisation 3D, caractérisée en ce que les moyens de traitement (2) comportent des moyens aptes à mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes. Installation pour la visualisation d'images médicales, caractérisé en ce qu'elle comporte un ensemble selon la revendication 9, le périphérique (1) étant disposé en salle d'intervention et/ou d'examen (11).