Brevet FR3088530A1 — publié le 20200522

I SYSTEME D'IMAGERIE 2D ET 3D D'UN DESORDRE PIGMENTAIRE CUTANE Le domaine de l'invention est celui de l'imagerie des désordres pigmentaires de la peau. La dermatologie fait face à une demande croissante de prise en 5 charge de plus en plus précoce des pathologies cutanées. Dans la problématique des désordres pigmentaires de la peau, les statistiques de l'Organisation Mondiale de Santé (OMS) montrent : - 2 à 3 millions de carcinomes, 132 000 cas de mélanomes dans le monde en 2011, 10 - un doublement du nombre des cas tous les 10 ans depuis 1945, - dans 15 à 20 % des cas, le mélanome se développe à partir d'un grain de beauté, - 15% de chance de survie à 5 ans si la détection est tardive, - 95% de chance de guérison si la détection est précoce. 15 Pour diagnostiquer les désordres pigmentaires de la peau (grains de beauté, lésions bénignes, lésions malignes, carcinomes, mélanomes ...), les techniques dermatologiques sont basées sur des critères appelles ABCDE. Ainsi, l'évolution d'un désordre pigmentaire vers un cancer se 20 caractérise par : - une asymétrie (A) du mélanome, - une bordure (B) irrégulière, - une couleur (C) inhabituelle, - un diamètre (D) qui évolue 25 - une évolution (E) inhabituelle. De plus, les dermatologues essaient d'évaluer la non-uniformité de l'épaisseur du désordre pigmentaire à l'aide des techniques d'imagerie bidimensionnelle du type dermoscopie ou dermatosoopie non appropriées à une caractérisation fiable de l'évolution en profondeur du désordre 30 pigmentaire. Dans certains cas pour confirmer le diagnostic, la pratique couteuse de biopsies et d'examens d'histopathologie est réalisée. Le défi des dermatologues est d'identifier les « grains de beauté » suspects le plus précocement possible et de développer une nouvelle sémiologie, c'est-à-dire la correspondance entre ce que l'on observe et la pathologie. 2 Dans le cadre du diagnostic des désordres pigmentaires, la technique la plus répandue, l'épiluminescence ou dermatoscopie, repose sur l'utilisation d'un vidéo microscope le plus souvent numérique afin que l'image soit analysée à l'aide des fameux critères ABCD. Plus récemment, de nouveaux équipements sont apparus, comme par exemple le Siascope de la société Astron Clinica et le MelaFind de la société Electro-Optical Systems. Ils sont basés tous les deux sur une information multispectrale dans le visible et le proche infrarouge et se différencient par les outils de traitement de l'information associés. Le Siascope est associé à un modèle physique simple et offre à l'utilisateur des images calculées de la mélanine et de l'hémoglobine. Dans une version plus évoluée, le praticien dispose d'une information sur la localisation en profondeur de la mélanine, information très importante pour le diagnostic de certaines lésions pigmentaires. Cependant la localisation en 15 profondeur est liée à la précision du modèle mathématique utilisé. Un modèle complet de rétrodiffusion de la lumière sur la peau et sa structure interne reste très difficile à obtenir, très peu de données sont disponibles dans la littérature pour valider cette approche. Le système IVIelaFind, comme son nom l'indique, analyse les 20 images de taches pigmentaires dans le but unique de la détection du mélanome. Les images de ces taches pigmentaires sont des ortho images. Les outils numériques associés ne reposent pas sur un modèle physique, mais consistent essentiellement en un algorithme de classification qui compare toute nouvelle tâche à la base de données existante et retourne à 25 l'opérateur une réponse de type oui/non. Ce type de dispositif peut correspondre aux enjeux du diagnostic, voire du dépistage ou de la prévention, mais pas aux enjeux de l'action thérapeutique et du suivi. Dans la pratique, on utilise en complément une biopsie cutanée avec histologie. Mais cette approche est peu à même de remonter à des 30 paramètres biochimiques du sujet. Elle reste dominée par l'indice de Breslow, mesurant l'épaisseur maximum de la tumeur sur coupe histologique, et est donc limitée par le nombre et la qualité des coupes, minorée artificiellement par les aspects régressifs avec des marges standardisées consensuelles mais empiriques dépendant de l'épaisseur de 35 la tumeur appréciée par Breslow ; les marges ne sont pas toujours compatibles avec la topographie de la tumeur (visage), elles sont standardisées et dépendent de la taille cliniquement visible de la tumeur (jusqu'à 1 cm) et sont difficiles à préciser dans certaines formes cliniques (carcinome basocellulaire sclérodermiforme et micronodulaire). Il existe bien d'autres pathologies cutanées d'origines diverses mais souvent liées aux principaux chromophores de la peau, avec des appareils dédiés à une seule pathologie (cas du MelaFind, comme nous l'avons décrit précédemment). Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients. Plus précisément l'invention a pour objet un système d'imagerie d'un désordre pigmentaire cutané qui comporte : - un dispositif d'acquisition d'images 2D du désordre pigmentaire comprenant : ^ une source lumineuse configurée pour éclairer ledit désordre comportant au moins un émetteur et ^ des récepteurs, - une unité de traitement des images acquises, - des moyens de visualisation des images traitées. Il est principalement caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - des moyens de positionnement des récepteurs selon au moins deux angles de vue de manière à obtenir au moins une image par angle de vue, et répartis selon une calotte sphérique, une structure de protection du dispositif d'acquisition et d'un opérateur, comportant une fenêtre de positionnement des récepteurs de manière à les diriger vers le désordre pigmentaire, la structure étant destinée à être positionnée sur la peau et présentant une surface externe opacifiée sauf sur la fenêtre de positionnement, en ce que l'unité de traitement comporte un module de reconstruction 3D à transformation de Radon réflective de manière à obtenir une image 3D reconstruite à partir des images 2D traitées, et en ce que les moyens de visualisation comportent en outre des moyens de visualisation de l'image 3D reconstruite. 4 Les dimensions de la structure de protection sont avantageusement compatibles d'un dispositif d'acquisition portable. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif d'acquisition 5 comprend un pavé multicellulaire avec un récepteur par cellule. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'acquisition comporte une source lumineuse émettant dans la bande visible, et des moyens d'acquisition des images simultanément par les récepteurs. Les moyens de positionnement comportent par exemple un rail to sur lequel est (sont) positionné(s) un (ou plusieurs) récepteur(s), et des moyens de rotation du rail. Le rail peut être coulissant avec un seul récepteur ou un seul émetteur-récepteur. La source lumineuse peut être mufti longueur d'onde dans les bandes visible et proche infra-rouge, et/ou la bande de la 1ére fenêtre 15 thérapeutique et/ou la bande de la 2ème fenêtre thérapeutique et/ou la bande SWIR, le (ou les) récepteur(s) correspondant auxdites longueurs d'onde et étant synchronise(s) avec les émetteurs, et le dispositif d'acquisition comprenant des moyens d'acquisition des images successivement par les récepteurs à raison d'au moins une image par 20 longueur d'onde et par angle de vue. Grâce notamment à une illumination de la peau dans les bandes visible et proche infrarouge (0,4 pm à 1.1 pm) et/ou SWIR (Srnall Wave InfraRed, de 1,1 pm à 2,2 pin), et/ou celles des lére ou 2éme fenêtre 25 thérapeutiques, ce nouveau système d'imagerie permet la visualisation 20 à divers angles de vue, la visualisation volumique 3D des désordres pigmentaires et de leurs racines cutanées, en utilisant un dispositif optique non-invasif et des modules de traitement et de visualisation 2D et 3D associés. 30 Le système qui repose sur une illumination de volume, permet une observation directe après reconstruction tridimensionnelle du désordre pigmentaire dans sa profondeur. Le système selon l'invention est suffisamment générique pour s'adapter si ce n'est à toutes, tout du moins à un grand nombre de 35 pathologies cutanées. Du fait de la visualisation 3D volumique qui permet 5 une vision externe mais aussi interne du désordre pigmentaire, il permet de révéler des structures et des signes invisibles à l'ceil nu (à l'intérieur), d'améliorer la performance du diagnostic clinique des lésions pigmentaires, de détecter des paramètres permettant d'affiner le diagnostic différentiel entre mélanomes et naevus (localisation, quantité ou qualité de la mélanine, mise en évidence de phénomènes de néovascularisation autour du mélanome, profondeur de la structure du mélanome...). Il est possible grâce à l'imagerie volumique 3D combinée avec l'imagerie bidimensionnelle 2D à divers angles de vue de mieux visualiser les la limites tridimensionnelles du désordre pigmentaire et de l'éventuelle tumeur, d'être certain de l'exérèse complète de la tumeur cutanée maligne, des conditions de la guérison et d'améliorer le pronostic fonctionnel. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 15 à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une illustration d'un désordre pigmentaire, par exemple un noevus, la figure 2 représente schématiquement un exemple de système 20 d'imagerie selon l'invention, la figure 3a représente une coupe verticale d'un dispositif d'acquisition d'images 2D à divers angles en version coupole, la figure 3b représente une vue en perspective d'un dispositif d'acquisition d'images 2D à divers angles en version coupole, 25 la figure 3c représente une coupe horizontale d'un dispositif d'acquisition d'images 2D à divers angles en version coupole, la figure 4 représente schématiquement les éléments fonctionnels d'un dispositif d'acquisition d'images 2D, la figure 5a représente une coupe verticale d'un dispositif 30 d'acquisition d'images 2D à divers angles en version coupole avec jupe, la figure 5b représente une vue en perspective d'un dispositif d'acquisition d'images 2D à divers angles en version coupole avec jupe, la figure 6a représente une coupe verticale d'un dispositif d'acquisition d'images 2D à divers angles en version coupole multicellulaire 35 avec jupe, 6 la figure 6b représente une vue en perspective d'un dispositif d'acquisition d'images 2D à divers angles en version coupole multicellulaire avec jupe, la figure 7 est une illustration d'images 2D d'un noevus acquises selon divers angles et post-traitées, les figures 8 forment un ensemble d'illustrations de reconstruction tridimensionnelle par rendu de voxels du volume 3D complet d'un noevus et de zooms de la structure tridimensionnelle du noevus considéré, avec pour la figure 8a une image de la surface du noevus selon un angle de vue, pour la 10 figure 8b une image de la surface du noevus selon un autre angle de vue, pour la figure 8c une image en profondeur du noevus selon un angle de vue, pour la figure 8d une image en profondeur du noevus selon un autre angle de vue. D'une figure à l'autre, les mêmes éléments sont repérés par les le mêmes références. Selon l'invention, le système d'imagerie des désordres pigmentaires décrit en relation avec la figure 2 est destiné à être utilisé par un opérateur qui peut être un professionnel de santé mais pas 20 nécessairement. Le système d'imagerie comporte les éléments suivants : ep Un dispositif A d'acquisition d'images 20 à divers angles de vue et éventuellement à diverses longueurs d'onde pour chaque angle de vue, qui génère des images 2D brutes Si et les données associées (angles de vue et longueur d'onde). 25 - Une unité B de traitement d'images qui génère des images 20 traitées 52 à partir des images brutes 51 et des données associées et qui de préférence génère aussi une reconstruction 3D 53 du désordre pigmentaire et de ses racines à partir des images traitées S2. 30 Des moyens 01 de visualisation 2D à divers angles de vue du désordre pigmentaire à partir des images 2D traitées S2. 4fr Des moyens D2 de visualisation 30 du désordre pigmentaire et de ses racines reconstruites SI 7 L'unité B de traitement d'images etiou les moyens Di et 02 de visualisation peuvent être déportés du dispositif d'acquisition A. L'unité B de traitement d'images réalise les conversions RAVV vers 5 un format image exploitable (JPEG, PNG, TIFF, ...), les corrections des aberrations optiques, le cadrage, le centrage, le recalage, le calibrage, la mise en échelle, le seuillage, et l'indexation angulaire des images brutes Si. On obtient des images traitées 52. Des exemples d'images 20 traitées S2 d'un noevus à divers angles de prise de vue (20', 30°, ..., 1600, 1700) sont 10 donnés figure 7. De préférence comme montré figure 2, à partir des images traitées 62 (elles-mêmes issues des images Si représentant les niveaux d'intensité d'un rayonnement électromagnétique réfléchi ou émis par la surface de l'objet), l'unité B assure aussi la reconstruction tridimensionnelle du désordre 15 pigmentaire via un processus algorithmique de type tomographie réflective fondée sur la transformation inverse de Radon. On obtient des images traitées S3. Concernant cette reconstruction tridimensionnelle, on peut par exemple se reporter au brevet US 8,836,762 « ,Optronic system and method dedicated to identification for formulating three-dimensional Images ». Ce 20 type de reconstruction utilise des données liées à la réflexion, à la diffusion ou à l'émission électromagnétique de l'onde lumineuse incidente sur les structures du désordre pigmentaire (noevus, carcinome, mélanome...) dans sa profondeur ; elle permet une reconstruction tridimensionnelle totale (de type tomographique) du désordre pigmentaire comme illustré figure 8, sans 25 introduire de paramètres d'absorption des tissus. Ces images 63 sont de type nuage de points, isodensités, rendu de voxeis (par exemple Maximum lntensity Projection (MIP), comme décrit dans le brevet EP 3 234 914 B1 procédé de discrimination et d'identification par imagerie 3D d'objets d'une scène. La technique MIP permet de visualiser 30 des données tridimensionnelles dans un plan bidimensionnel. Les voxels (Volume Pixels) sont projetés sur un plan 2D ; les voxels sont déterminés par les rayons joignant le plan de projection au point d'observation et en appliquant aux voxels un seuil d'intensité imposé. Plusieurs plans de projection sont créés à des angles d'observation successifs pour obtenir une 35 notion de profondeur et ainsi améliorer le rendu 3D.Une illustration d'un 8 rendu des voxels du volume 3D reconstruit (S3) d'un noevus est donnée dans les figures 8 : les figures 8a et 8b montrent une image de la surface d'un naevus, prise selon deux angles de vue, les figures 5e et 8d montrent une image en profondeur du naevus prise selon deux angles de vue. .L; Les moyens D1 et D2 de visualisation 20 (des images S2) et 3D (des images S3) sont typiquement des PC, des tablettes, des téléphones portables (« smartphones ») ou tout autre moyen de visualisation. 10 On va à présent décrire plus en détail le dispositif A d'acquisition d'images 2D à divers angles de vue du désordre pigmentaire, montré figure 3a, 3b et 3c. Il comporte : - une source lumineuse configurée pour éclairer le désordre pigmentaire. Elle comporte un ou plusieurs émetteurs orientés vers le désordre pigmentaire 60 15 (dont un exemple est montré figure 1). La source lumineuse peut être une source visible qui émet dans la bande 0,6 pm-0,8 pm. De préférence la source lumineuse est mono longueur d'onde et contrôlable en longueur d'onde et elle émet successivement dans les bandes visible et proche infrarouge (0,4 pm-1,1 pm), les bandes des 1 ére (0,65 pm-0,95 pm) et/ou 20 2eme (1 pm-1,35 pm) fenêtres thérapeutiques et/ou la bande SVVIR (1,1 pm- 2,2 pm), avec une longueur d'onde par bande. - un ou plusieurs récepteurs 303 (montrés figure 4) adaptés aux longueurs d'onde du ou des émetteurs. En sortie des récepteurs, on obtient les images S1 25 On peut avoir des dispositifs désignés émetteurs-récepteurs 3 intégrant la fonction émission et la fonction réception dans le même dispositif comme montré sur les figures 3a, 3b, 3c, 5a, 5b, 6a. Un exemple d'émetteur-récepteur 3 est détaillé figure 4. Il comporte une source lumineuse 301 dans la bande visible, et aussi de préférence des sources lumineuses 302 dans 30 les bandes visible et IR, contrôlables, reliées à un contrôleur en longueur d'onde 33 lui-même relié à un horodateur 32. Le contrôleur en longueur d'onde 33 et l'horodateur 32 peuvent être hébergés par l'unité de traitement B. Le dispositif 3 comporte aussi des récepteurs dans les bandes correspondant à celles des sources lumineuses (visible et IR). 9 - des moyens de positionnement du ou des récepteurs (voire aussi du ou des émetteurs) selon M angles de vue (1/b2) du désordre pigmentaire et répartis selon une calotte sphérique comme on peut le voir figures 3a, 3b, 5a et 5b, de manière à obtenir au moins une image par angle de vue 9n (n varie de 1 à N, avec N5M), les images étant acquises à la même distance du désordre pigmentaire. Plus ON - 91 est grand, plus les images visualisées 2D et/ou 3D seront précises. On a typiquement 120° 5 ON -01 5 180° ; il y a 16 angles de vue sur la figure 7 avec 01= 200, ON =1700 et ON -91 = 1500. Les moyens de positionnement comportent par exemple un rail 2 arrondi selon cette calotte 10 sphérique, sur lequel peut coulisser un récepteur (voire un émetteur- récepteur 3) à des positions Pn assurant un angle de vue en. On peut aussi utiliser un rail 2 sur lequel des récepteurs sont fixés à des positions Pn déterminées a priori (il y a donc N récepteurs), sans qu'il soit nécessaire de les faire coulisser. Les moyens de positionnement comportent également des 15 moyens de rotation du rail 2 autour de son axe vertical Oz (comme montré figure 3c sur laquelle on peut voir deux positions du rail 2) à des angles pk (k varie de 1 à K, KW et N,K=M) assurant des positions Pnk du ou des récepteurs (voire des émetteurs-récepteurs 3) comme montré figure 3b et 3c ou autour d'un axe horizontal Ox situé dans un plan contenant les extrémités 20 du rail. Plus pK - p1 est grand, plus les images visualisées 2D et/ou 3D seront précises. On a typiquement 120' 5 pK -pi 5 180°. Selon une alternative, les moyens de positionnement sont solidaires de la structure de protection 1 décrite ci-dessous plus en détail et c'est la structure 1 qui tourne manuellement ou automatiquement. On notera que ON - 91 = pK - =180' 25 correspond à une structure en forme de coupole comme montré sur les figures 3a et 3b. Selon un mode de réalisation, le dispositif d'acquisition comprend un pavé multicellulaire, chaque cellule 6 contenant un récepteur, voire un émetteur-récepteur 3. Ce pavé a la forme de la calotte sphérique comme montré figure 30 6a et 6b ; il peut être distribué sur une zone limitée ou sur toute la surface intérieure de la calotte. Le dispositif d'acquisition peut être adapté ou intégré à un téléphone portable (smartphone). - le dispositif d'acquisition comprend en outre une structure de protection 1 35 de l'opérateur 50 et des émetteurs et récepteurs, qui généralement épouse la 10 forme des moyens de positionnement comme montré sur les figures, mais d'autres formes peuvent être envisagées (cubique, ou composée ou autre). Cette structure 1 comporte une fenêtre de positionnement du dispositif d'acquisition de manière à le diriger vers le désordre 60. Cette fenêtre peut 5 comporter une loupe 4 facilitant un centrage visuel sur le désordre pigmentaire 60 par l'opérateur 50. La structure 1 est destinée à être positionnée sur la peau par l'opérateur et présente une surface externe opacifiée sauf sur la fenêtre de positionnement de manière à protéger l'opérateur des émissions lumineuses et aussi pour protéger les récepteurs d'émissions parasites. Dans un souci de sécurité oculaire, la loupe 4 comporte avantageusement un obturateur automatique lors de l'émission-réception. On a représenté sur les figures 3a et 3b une structure 1 en forme de coupole. Selon une variante montrée figure 5a et 5b, une jupe 5 est associée à la 15 structure de protection 1 pour permettre l'appui sur la peau et des ouvertures y) adaptables aux dimensions du désordre pigmentaire 60 et/ou à sa position sur telle ou telle partie du corps, comme le visage par exemple. De préférence les dimensions de la structure 1 sont compatibles d'un dispositif d'acquisition A portable facile à poser sur différentes parties du 20 corps : lorsque la structure 1 forme par exemple une coupole comme montré sur les figures, celle-ci a typiquement un rayon REVENDICATIONS1. Système d'imagerie d'un désordre pigmentaire cutané (60) qui comporte : - un dispositif (A) d'acquisition d'images 2D du désordre pigmentaire comprenant : - une source lumineuse configurée pour éclairer ledit désordre comportant au moins un émetteur et - des récepteurs, - une unité (B) de traitement des images 2D acquises (Si), pour obtenir des images 20 traitées (52), - des moyens (D1) de visualisation des images traitées (52), caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - des moyens de positionnement des récepteurs selon au moins deux angles de vue de manière à obtenir au moins une image par angle de vue, et répartis selon une calotte sphérique, - une structure (1) de protection du dispositif d'acquisition (A) et d'un opérateur (50), comportant une fenêtre de positionnement des récepteurs de manière à les diriger vers le désordre pigmentaire (60), la structure de protection étant destinée à être positionnée sur la peau et présentant une surface externe opacifiée sauf sur la fenêtre de positionnement, - en ce que l'unité (B) de traitement comporte un module de reconstruction 3D à transformation de Radon réflective de manière à obtenir une image 3D reconstruite (53) à partir des images 2D traitées (52). - et en ce que les moyens de visualisation comportent en outre des moyens de visualisation (D2) de l'image 3D reconstruite (53). 2. Système d'imagerie d'un désordre pigmentaire cutané selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la structure (1) de protection présente des dimensions compatibles d'un dispositif d'acquisition (A) portable. 15 3. Système d'imagerie d'un désordre pigmentaire cutané selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'acquisition (A) comprend un pavé multicellulaire, chaque cellule (6) contenant un récepteur. 5 4. Système d'imagerie d'un désordre pigmentaire cutané selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque cellule (6) comprend un émetteur-récepteur (3). 10 5. Système d'imagerie d'un désordre pigmentaire cutané selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif d'acquisition comporte une source lumineuse émettant dans la bande visible et des moyens d'acquisition des images (Si) simultanément par les récepteurs. 15 6 Système d'imagerie d'un désordre pigmentaire cutané selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de positionnement comportent un rail (2) sur lequel est (sont) positionné(s) un (ou plusieurs) récepteur(s) et des moyens de rotation 20 du rail. 7, Système d'imagerie d'un désordre pigmentaire cutané selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif d'acquisition comprend un seul récepteur ou un seul émetteur- 25 récepteur (3) sur le rail (2) et en ce que le rail est coulissant. 8. Système d'imagerie d'un désordre pigmentaire cutané selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 6 ou 7, caractérisé en ce que la source lumineuse est multi longueur d'onde dans les bandes visible et proche 30 infra-rouge, et/ou la bande de la 1ére fenêtre thérapeutique et/ou la bande de la 2ème fenêtre thérapeutique et/ou la bande SVVIR, le (ou les) récepteur(s) correspondant auxdites longueurs d'onde et étant synchronisé(s) avec les émetteurs, et en ce que le dispositif d'acquisition comprend des moyens d'acquisition des images (Si) 35 successivement par les récepteurs à raison d'au moins une image par longueur d'onde et par angle de vue. 16 9. Système d'imagerie d'un désordre pigmentaire cutané selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fenêtre de positionnement présente une loupe (4), 5 10. Système d'imagerie d'un désordre pigmentaire cutané selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est portatif. 11. Système d'imagerie d'un désordre pigmentaire cutané selon l'une 10 quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (A) d'acquisition est intégré à un téléphone portable.