Brevet FR3121772A1 — publié le 20221014

L'invention concerne un procédé de traitement d'images d'un tissu biologique vivant comprenant l'obtention (S1) d'une pluralité d'images couleurs successives dudit tissu biologique, le procédé de traitement comprenant une phase de calibrage (S2) dans laquelle est déterminé au moins un vecteur temporel zonal représentatif de l'évolution temporelle de moyennes spatiales des valeurs d'intensité de chacune des couleurs dans une zone des images (S21), un filtre passe-bande centré une fréquence de battement cardiaque est appliqué (S24), puis une base de projection par analyse en composantes principales sur le vecteur temporel zonal filtré est déterminée (S26), le procédé comprenant la dérivation de données colorimétriques (S33), représentatives de l'évolution temporelle d'intensités lumineuses du tissu biologique vivant dans les images du tissu, et la projection (S35) de données colorimétriques sur la base de projection. Figure pour l'abrégé : figure 2 Procédé de traitement d'images d'un tissu biologique vivant avec auto-calibrage L'invention appartient au domaine de l'imagerie biologique, et plus précisément concerne un procédé de traitement d'images d'un tissu biologique vivant. Arrière-plan technologique L'imagerie biologique, généralement à des fins médicales, vise, à travers une acquisition d'image, à mettre en évidence des caractéristiques biologique d'une partie du sujet imagé. De nombreuses méthodes d'imagerie biologiques font appel à des technologies et équipements complexes et contraignants qui ne les rendent utilisable que pour une acquisition d'image ponctuelle incapable de rendre compte d'une quelconque évolution rapide. Par exemple, la radiographie ou la tomodensitométrie font appel à des rayons X dont la dangerosité implique une installation lourde et une restriction quant à l'exposition du sujet imagé. L'imagerie par résonance magnétique nécessite un champ magnétique puissant qui ne peut être trouvé qu'à l'intérieur d'un dispositif excluant tout objet magnétique. Ainsi, l'utilisation de tels procédés d'imagerie est compliquée pour des applications telles que l'imagerie interventionnelle qui nécessitent des technologies compatibles avec une exposition prolongée du sujet imagé et des contraintes faibles en termes d'équipement, et qui nécessite d'être capable de rendre compte d'une évolution temporelle du tissu imagé. L'imagerie interventionnelle fait référence à l'acquisition et/ou au traitement de données pendant une opération dans une salle d'opération. Par exemple, la neuroimagerie fonctionnelle fait traditionnellement appel à l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, IRMf, pour permettre la localisation des zones fonctionnelles cérébrales. L'identification des zones fonctionnelles a pour but d'aider le chirurgien en identifiant les zones corticales associées à des fonctions cognitives. L'objectif est d'éviter tous dommages cognitifs pour le patient à la suite de l'opération. Une distance d'1 cm entre la zone fonctionnelle et le tissu réséqué est généralement respectée. Cette technique est utilisée avant, pendant et après l'opération chirurgicale. L'IRMf préopératoire permet de contrôler la distance entre un site tumoral et une zone fonctionnelle et permet par exemple de déclencher l'opération de neurochirurgie si une tumeur est trop proche d'une zone fonctionnelle. Lors de l'opération, le neurochirurgien réalise une craniotomie (peau, os crânien et dure-mère enlevés), lui donnant accès au cerveau du patient et ainsi un accès à la tumeur. L'opération de craniotomie implique un changement de pression de la boîte crânienne et un affaissement du cerveau (phénomène "brain shift" en anglais). Ce phénomène génère un décalage des points de neuronavigation pouvant aller jusqu'à 3 cm par rapport aux images d'IRMf. Les points de neuronavigation sont donc difficilement utilisables pour l'identification des zones fonctionnelles. De plus, la taille des tumeurs peut évoluer drastiquement pendant la durée entre les acquisitions d'IRMf et l'opération de neurochirurgie. Cette croissance peut introduire le déplacement de zones fonctionnelles dû à la plasticité du cerveau. S'il a pu être développé des solutions permettant des IRMf interventionnelles directement intégrées au bloc opératoire, de nombreuses contraintes subsistent liées aux particularités de ce type d'imagerie. La stimulation électrique est donc systématiquement utilisée pour l'identification des zones fonctionnelles, mais celle-ci présente plusieurs inconvénients. D'une part, la stimulation électrique ne peut résulter qu'en une faible précision spatiale, puisqu'il s'agit d'une mesure ponctuelle dont la résolution définie par la distance entre l’anode et la cathode du stimulateur. D'autre part, la stimulation électrique repose sur l'application de signaux électriques sur le système nerveux patient, ce qui peut provoquer des crises d’épilepsie. D'autres procédés permettant une imagerie interventionnelle utilisent typiquement des imageurs sensibles aux longueurs d'onde de la lumière visible, ou proche telle que l'infra-rouge ou les ultraviolets, qui n'entraînent pas de contrainte d'équipement ou d'exposition, et permettent donc d'imager pendant les évolutions du tissu imagé pendant un temps relativement long, par exemple plusieurs minutes, dans un environnement non dédié à l'imagerie, comme par exemple une salle d'opération. De fait, ces procédés peuvent être réalisés avec des dispositifs compacts et adapté aux contraintes d'une salle d'opération. Par ailleurs, ces procédés présentent également peu de risques, puisqu'ils sont non invasifs et non ionisants. En outre, ces procédés permettent généralement un traitement rapide des données, ce qui permet de disposer d'images récentes très rapidement, si ce n'est en temps réel. De tels procédés rencontrent cependant d'autres obstacles. Notamment, la nature vivante du tissu imagé implique naturellement des variations de celui-ci au cours de l'acquisition, comme par exemple des variations de couleurs ou de positions liées aux pulsations cardiaques ou bien encore à la respiration ou aux mouvements du patient, volontaires ou non, qui rendent difficiles l'exploitation des images ainsi acquises, en particulier lorsque les images doivent rendre compte de caractéristiques telles que l’hémodynamique tissulaire sur des durées de plusieurs dizaines de secondes. D'autres approches reposent sur une modélisation détaillée de la propagation de la lumière dans le tissu imagé. Par exemple, l'article de Charly Caredda et al., "Intraoperative quantitative functional brain mapping using an RGB camera", Neurophoton. 6(4), 045015 (2019), doi: 10.1117/1.NPh.6.4.045015, décrit une technique de spectroscopie optique utilisée pour le suivi de l’hémodynamique qui nécessite une modélisation de la propagation de la lumière. Plus précisément, une loi de Beer-Lambert modifiée faisant intervenir des caractéristiques du tissu et de la chaîne d’acquisition et d’illumination est utilisée. Il s'agit donc d'une technique complexe à mettre au point et dont la précision dépend de la qualité de la modélisation. Certains procédés font appel aux différences d'absorption de molécules telles que la désoxyhémoglobine et l'oxyhémoglobine pour certaines longueurs d'onde pour mettre en évidence certaines caractéristiques de l'hémodynamique à partir d'images de la peau, comme dans l'article de Yu Kagaya et Shimpei Miyamoto “A systematic review of near-infrared spectroscopy in flap monitoring: Current basic and clinical evidence and prospects”, Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery (2018) 71, 246–257, Elsevier Ltd. Toutefois, une telle approche repose encore sur des modèles d'absorption et d'hémodynamique théoriques qui entraînent la nécessité d'une approche statistique avec des seuils prédéfinis, adaptée pour une étude théorique mais non pratique pour une utilisation concrète. Par exemple, les interactions entre le sang et la lumière dépendent de beaucoup de facteurs difficiles à prendre en compte de cette façon, comme par exemple la couleur de la peau ou son épaisseur. Il existe donc un besoin pour procédé d'imagerie d'un tissu biologique vivant, sans nécessité d'équipement complexe ou contraignant, qui permette de mettre en évidence l'évolution de l'apparence du tissu imagé au cours de l'exposition, et en particulier l'évolution des couleurs de celui-ci, de manière simple et fiable, sans nécessiter de connaissance a priori sur le tissu imagé via une modélisation. Présentation de l'invention Il est proposé un procédé d'imagerie d'un tissu biologique vivant comprenant l'obtention d'une pluralité d'images couleurs successives dudit tissu biologique, chaque image couleur associant des valeurs d'intensité d'au moins deux couleurs à chacun des pixels de ladite image couleur, caractérisé en que le procédé comprend une phase de calibrage réalisée à partir d'un premier sous-ensemble d'images de la pluralité d'images couleurs correspondant à une durée de calibrage, ladite phase de calibrage comprenant : - à partir des images du premier sous-ensemble d'images, la détermination d'au moins un vecteur temporel zonal représentatif de l'évolution temporelle de moyennes spatiales des valeurs d'intensité de chacune des couleurs dans une zone des images du premier sous-ensemble d'images, - la détermination d'une fréquence caractéristique d'un phénomène périodique physiologique à partir du vecteur temporel zonal, la détermination d'un filtre passe-bande (S23) centré sur ladite fréquence caractéristique, et l'application du filtre passe-bande (S24) sur le vecteur temporel zonal pour obtenir un vecteur temporel zonal filtré, - la détermination d'une base de projection par analyse en composantes principales sur le vecteur temporel zonal filtré, le procédé étant également remarquable en ce que : - des données colorimétriques, représentatives de l'évolution temporelle d'intensités lumineuses du tissu biologique vivant dans les images du tissu vivant biologique, sont dérivées d'un second sous-ensemble d'images de la pluralité d'images couleurs successives, - les données colorimétriques sont projetées sur la base de projection. Le procédé proposé utilise un phénomène périodique physiologique tels que les battements du cœur ou les mouvements respiratoires pour calibrer l'exploitation de données colorimétriques tirées d'images couleurs du tissu biologique vivant. Il est ainsi possible ensuite de mettre en évidence le comportement hémodynamique du tissu vivant biologique imagé, par exemple en réponse à un stimulus, sans requérir à des méthodes d'imagerie contraignantes telle que l'imagerie par résonance magnétique, permettant donc une mise en œuvre dans un cadre d'imagerie fonctionnelle interventionnelle, et sans nécessiter une modélisation de la propagation de la lumière dans le tissu vivant. Le procédé est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles : - le phénomène périodique physiologique est un battement cardiaque, la fréquence caractéristique étant celle d'une pulsation cardiaque, ou dans lequel le phénomène périodique physiologique est un mouvement ventilatoire, la fréquence caractéristique étant celle de la respiration ; - les données colorimétriques sont des données d'absorbance représentatives de l'évolution temporelle de l'absorbance du tissu biologique vivant pour plusieurs couleurs ; - les données d'absorbance sont des profils temporels de variation d'absorbance, représentatif d'une variation d'absorbance de chaque pixel sur une durée correspondant au second sous-ensemble d'images ; - la variation d'absorbance à un instant d'un pixel est fonction d'un rapport entre une valeur d'intensité de référence pour ce pixel et la valeur d'intensité de ce pixel à cet instant ; - la pluralité d'images couleurs successives du tissu biologique comprend au moins 100 images, correspondant à une fréquence d'acquisition d'au moins 10 images par secondes, et dans lequel le premier sous-ensemble d'images comprend au moins 30 images ; - au moins deux couleurs correspondent à des plages de longueur d'onde comprise entre 400 et 900 nm, et au moins deux couleurs sont séparées par au moins 40 nm en longueur d'onde ; - la détermination d'une fréquence caractéristique d'un phénomène périodique physiologique à partir du vecteur temporel zonal comprend la recherche d'un pic d'un module d'une transformée de Fourier du vecteur temporel zonal pour chaque couleur, et le pic de module est recherché dans une plage de valeurs attendues ; - le filtre passe-bande centré sur ladite fréquence caractéristique présente une bande passante inférieure à 0,5 Hz ; - la base de projection est définie par au moins deux axes principaux résultant de l'analyse en composante principale. L'invention concerne également un système d'imagerie comprenant un imageur présentant un champ de vue dans lequel est destiné à être disposé le tissu biologique vivant, et configuré pour acquérir une pluralité d'images couleurs successives, et une unité de traitement destiné à recevoir ladite pluralité d'images couleurs successives, le système d'imagerie étant configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l'invention. L'invention concerne également un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention lorsqu'un ordinateur lit lesdites instructions. De préférence, le produit programme d'ordinateur prend la forme d'un support non volatile lisible par ordinateur et stockant les instructions de code de programme. Présentation des figures L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisations et des variantes selon la présente invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : est un schéma montrant un exemple simplifié d'un agencement d'un système permettant de mettre en œuvre le procédé selon un mode de réalisation possible de l'invention ; est un diagramme montrant des étapes du procédé selon un mode de réalisation possible de l'invention ; montre des modules de la transformée de Fourier des composantes de différentes couleurs du vecteur temporel zonal, avec la fenêtre du filtre passe-bande, dans un exemple d'un un mode de réalisation possible de l'invention ; montre des exemples de valeurs d'intensité dans une base RVB, et les axes de la nouvelle base de projection ; montre un exemple d'une réponse hémodynamique impulsionnelle théorique et de sa convolution avec le signal de stimulation, dans un exemple d'un mode de réalisation possible de l'invention ; montre un exemple de superposition d'une image du tissu avec les représentations paramétriques statistiques des profils temporels de variation d'absorbance projetés pour différents profils temporels de variation d'absorbance projetés, selon un mode de réalisation possible de l'invention ; montre des profils temporels de variation d'absorbance projetés sur la base de projection, en combiné avec la réponse hémodynamique théorique. Procédé de traitement d'images d'un tissu biologique vivant comprenant l'obtention d'une pluralité d'images couleurs successives dudit tissu biologique, chaque image couleur associant des valeurs d'intensité d'au moins deux couleurs à chacun des pixels de ladite image couleur, caractérisé en que le procédé comprend une phase de calibrage réalisée à partir d'un premier sous-ensemble d'images de la pluralité d'images couleurs correspondant à une durée de calibrage, ladite phase de calibrage comprenant : - à partir des images du premier sous-ensemble d'images, la détermination d'au moins un vecteur temporel zonal (S21) représentatif de l'évolution temporelle de moyennes spatiales des valeurs d'intensité de chacune des couleurs dans une zone des images du premier sous-ensemble d'images, - la détermination d'une fréquence caractéristique (S22) d'un phénomène périodique physiologique à partir du vecteur temporel zonal, la détermination d'un filtre passe-bande (S23) centré sur ladite fréquence caractéristique, et l'application du filtre passe-bande (S24) sur le vecteur temporel zonal pour obtenir un vecteur temporel zonal filtré, - la détermination d'une base de projection (S26) par analyse en composantes principales (S25) sur le vecteur temporel zonal filtré, le procédé étant également caractérisé en ce que : - des données colorimétriques, représentatives de l'évolution temporelle d'intensités lumineuses du tissu biologique vivant dans les images du tissu biologique vivant, sont dérivées (S33) d'un second sous-ensemble d'images de la pluralité d'images couleurs successives, et - les données colorimétriques sont projetées sur la base de projection (S34). Procédé selon la revendication 1, dans lequel le phénomène périodique physiologique est un battement cardiaque, la fréquence caractéristique étant celle d'une pulsation cardiaque, ou dans lequel le phénomène périodique physiologique est un mouvement ventilatoire, la fréquence caractéristique étant celle de la respiration. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les données colorimétriques sont des données d'absorbance représentatives de l'évolution temporelle de l'absorbance du tissu biologique vivant pour plusieurs couleurs. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les données d'absorbance sont des profils temporels de variation d'absorbance, représentatif d'une variation d'absorbance de chaque pixel sur une durée correspondant au second sous-ensemble d'images. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la variation d'absorbance à un instant d'un pixel est fonction d'un rapport entre une valeur d'intensité de référence pour ce pixel et la valeur d'intensité de ce pixel à cet instant. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pluralité d'images couleurs successives du tissu biologique comprend au moins 100 images, correspondant à une fréquence d'acquisition d'au moins 10 images par secondes, et dans lequel le premier sous-ensemble d'images comprend au moins 30 images. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins deux couleurs correspondent à des plages de longueur d'onde comprise entre 400 et 900 nm, et au moins deux couleurs sont séparées par au moins 40 nm en longueur d'onde. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la détermination d'une fréquence caractéristique d'un phénomène périodique physiologique à partir du vecteur temporel zonal comprend la recherche d'un pic d'un module d'une transformée de Fourier du vecteur temporel zonal pour chaque couleur, et le pic de module est recherché dans une plage de valeurs attendues. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le filtre passe-bande centré sur ladite fréquence caractéristique présente une bande passante inférieure à 0,5 Hz. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la base de projection est définie par au moins deux axes principaux résultant de l'analyse en composante principale. Système d'imagerie comprenant un imageur (4) présentant un champ de vue dans lequel est destiné à être disposé le tissu biologique vivant (1), et configuré pour acquérir une pluralité d'images couleurs successives, et une unité de traitement (8) destiné à recevoir ladite pluralité d'images couleurs successives, le système d'imagerie étant configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.