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III. Visualisation des vaisseaux sanguins en réalité augmentée

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1. 786 56 200 60 77 961 56 Avril 2013 90 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Conclusion Nous arrivons au total de 77 961 56 pour notre budget fictif final C est un budget qui nous para t important pour un travail d tudiants puisque nous ne sommes pas encore ing nieurs qualifi s Nous observons galement que la grande majorit du budget est d pens dans nos salaires fictifs presque deux tiers du budget et dans les charges sociales de ces derniers et de ceux de nos encadrants et clients presque un tiers du budget On voit ici le poids important que repr sentent les charges sociales pour l entreprise qui voudrait embaucher des ing nieurs en comparaison du prix du mat riel dont nous avons eu besoin Concernant notre prototype il n existe actuellement pas de brevet pour une invention similaire m me si certains brevets ont t d pos s pour visualiser les vaisseaux sanguins de la main afin de faciliter l insertion d aiguilles Nos clients pourraient donc d cider de confier notre projet des ing nieurs confirm s dans le but de l am liorer et d apporter une r elle innovation Ils pourraient par exemple effectuer la reconstruction des veines en trois dimensions par st r oscopie l aide d une deuxi me cam ra Cette carte des veines en trois dimensions pourrait servir calibrer le scanner et ainsi scanner uniquement
2. Cy T aiX T Y r i3Z tt u f y st c f maA tratr aA t J _ f Toan T 22Y T 232 ty c PAA F aY Frati 7 Finalement en r solvant ce syst me surd termin de quatre quations on retrouve les coordonn es X Y Z du point M de la sc ne Traitement de l information visuelle Les besoins dans le traitement des images fournies par le capteur visuel restent d terminer pr cis ment par les tests Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 81 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Annexe 3 Protocole des tests Mat riel Spot cam ra infrarouge quip e des LEDS mettant 850 nm Une carte USB permettant de relier la sortie vid o de la cam ra un ordinateur avec son logiciel permettant d effectuer des enregistrements Toute la connectique n cessaire alimenter la cam ra ainsi que de relier la cam ra la carte 1 ETAPE Faire fonctionner la cam ra et acqu rir la vid o 2 ETAPE V rifier la concordance longueur d onde des leds absorption de la cam ra et donc de r ussir observer les vaisseaux sanguins de la main en vid o 3 ETAPE Faire plusieurs essais en variant les param tres luminosit peau distance cam ra peau ae ETAPE Analyser les r sultats tirer les conclusions 1 ETAPE Fonctionnement de la cam ra OK Acquisition de la vid o OK Enregistremen
3. Notre partenaire privil gi en lectronique et syst mes embarqu s Sven Luther directeur de Z INNOV Z INNOV est tout au long de la r alisation de ce projet notre interlocuteur privil gi pour tout ce qui concerne l int gration de composants sp cifiques sur notre carte lectronique de base les probl mes de transfert et acquisition de donn es etc Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 9 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e III Visualisation des vaisseaux sanguins en r alit augment e 1 Besoins enjeux et objectifs Notre projet intitul R alisation d une tablette PC quip e de 2 cam ras proche infrarouge pour visualiser en r alit augment e des vaisseaux sanguins sous cutan es et un mod le pr op ratoire d un patient a pour but comme son nom l indique de cr er un syst me de tablette type Ipad ayant pour but de permettre la visualisation des vaisseaux sanguins du torse principalement pour notre application En effet lors d une op ration en chirurgie laparoscopique le chirurgien a besoin de proc der des petites incisions sur le torse afin de positionner des trocarts Pour l insertion de gaz carbonique servant soulever les parois de l abdomen et prot ger les organes abdominaux lors de l insertion des instruments chirurgicaux Pour le positionnement des instruments dans l abdomen Pour l insertion d
4. il a t question de le porter sur le prototype final savoir la carte d acquisition fournie par Sven Luther au mois de Mars 2013 II Livrable final Le 30 avril 2013 a lieu l ch ance finale du projet qui consiste a remettre le prototype a nos clients Celui ci se composera du e Mat riel hardware la tablette PC reli e un module cam ra IR et un cran permettant de visualiser les vaisseaux sanguins en r alit augment e le mat riel d alimentation et de liaison entre les modules e Logiciel software programme de traitement d images port sur la tablette crit en C et utilisant les biblioth ques OpenCV le programme sur CD Notre livrable logiciel se compose de deux programmes informatiques crits en langage C et exploitant la biblioth que libre de traitement d images OpenC V Open Computer Vision Library le premier programme pour le chirurgien ouvrant directement le flux de la cam ra de la tablette trait par nos algorithmes c est dire mettant en vidence les vaisseaux sanguins quand une partie du corps du patient est film e et avec 3 param tres r glables en temps r el par 3 curseurs situ s dans un coin de l cran pour am liorer la d tection des vaisseaux le second programme identique au premier avec en plus une interface de lancement permettant de choisir le type de donn es traiter image vid o ou flux de cam ra ainsi que la ou les couche s traiter du mode R V
5. GR Ecole associ e h rrrrrrrrrrr L UNIVERSITE DE STRASBOURG M INSTITUT ZA Q r4 Mines T l com d PROJET INGENIEUR 2012 2013 11 Avril 2013 RAPPORT PUBLIC Equipe projet n 6 R alisation d une tablette PC quip e de deux cam ras proche infrarouge pour visualiser en r alit augment e des vaisseaux sanguins sous cutan s quipe projet e Florentin Kucharczak e Thomas Deflandre e Guillaume Joerger e Pierrick Ley e Julien Goechnahts e G ry Ogam Clients eIRCAD Z INNOV Encadrant Piotr Szychowiak Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e R sum Notre projet intitul R alisation d une tablette PC quip e de deux cam ras proche infrarouge pour visualiser en r alit augment e des vaisseaux sanguins sous cutan es et un mod le pr op ratoire d un patient a t propos par l association de deux entreprises l IRCAD Institut de Recherche contre les Cancers de l Appareil Digestif et Z INNOV entreprise sp cialis e en lectronique et syst mes embarqu s Il a pour but d offrir au chirurgien un outil lui permettant de pr parer son op ration de mani re optimale Les objectifs seront d velopp s pr cis ment par la suite Ce projet a donc t confi notre quipe de six l ves ing nieurs de T l com Physique Strasbourg C est un immense honneur d exp rimen
6. a filtrage par la moyenne b galisation d histogramme adaptative c fermeture morphologique d diff rence fermeture morphologique galisation d histogramme adaptative e seuillage f ouverture morphologique g squelettisation morphologique h superposition amincissement morphologique sur image originale Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 41 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e 4 Mise en oeuvre Nous illustrons le traitement sur l image ci dessous issue de la cam ra a Filtrage par la moyenne Dans un premier temps nous r duisons le bruit par un filtrage par la moyenne Image onginale Filtrage par la moyenne Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 42 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e b galisation d histogramme adaptative Nous augmentons ensuite le contraste de l image par une galisation d histogramme adaptative Fdtrage par la moyenne Egsisstion dtustegramme adapistme c Fermeture morphologique Nous utilisons une fermeture morphologique pour supprimer les vaisseaux sanguins afin de les isoler Egshsstion dtustogramme adaptative Fermeture morphologique Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 43 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e d Diff rence
7. Choix de la cam ra la plus adapt e Sites internet www ovt com Documentation technique Documentation des diff rentes cam ras a disposition de Z nnov V Calibrage de la cam ra Sites internet Wwww digitalspirit org file index ohp obj download docs CM TransmissionData pdf optique ingenieur org fr cours OPI fr MO5 CO6 co OPI fr MO5 CO6 web html VI Normes de transfert de donn es Sites internet www wikipedia org www journaldunet com www socketmobile com VII Reglementations sur les dispositifs m dicaux Site internet www afssaps fr VIII Traitement d images Sites internet http www willowgarage com pages software opencv http opencv willowgarage com wiki http opencv org Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 66 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e http sourceforge net projects opencvlibrary files opencv win http spirit science fr doc_rayons couleurs html http webdav noauth unit c fr files perso ythomas cours Videocommunications1 20 lut Rchap2 TransfoHisto FR pdf Documentation technique cours Learning OpenCV Gary Bradski amp Adrian Kaehler O Reilly 2008 Cours de morphologie math matique de Vincent Agnus Ircad D tection de contours Traitement d images Alain Boucher IFI Segmentation d images m dicales Herv Delingette Inria Rapport Public 1
8. s g nant et donc d avoir une encore meilleure observation des veines sur le corps Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 28 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Sans papier calque Avec papier calque L att nuation de la puissance d mission des LEDS via une feuille de papier calque a am lior la qualit de nos clich s En effet il y a moins de lumi re r fl chie par la peau et nous sommes parvenus a observer les veines avec moins de difficult s puisque nous n tions plus g n s par le halo pr sent pr c demment De plus les clich s obtenus sur le ventre sont plus encourageants puisque sans halo nous pouvions mieux observer les veines La conclusion de cette phase de test est qu en apportant un faisceau de rayonnement infrarouge avec une puissance adapt e nous pouvons obtenir de tr s bons clich s en visualisant nettement les vaisseaux sanguins 4 Tests cliniques Objectifs Ayant obtenu des r sultats plus ou moins satisfaisants sans traitement avec une cam ra proche IR et des LED de longueur d onde pr alablement choisie notre objectif est d sormais de pousser l tude en situation r elle Nous pourrons ainsi tudier les acquisitions au bloc sur un patient dont la peau de l abdomen est tendue et tenter de prouver la faisabilit op rationnelle Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 29 Projet ing nieur 6 Tablette PC p
9. 1 2 Rapport financier 46 OS mars 20 mars 6heures 1 EE 4 1 3 Rapport technique et made d emploi 10 heures En cours 4 Poster et d pliant 16 10 avr 15awr_ A heures En attente HI Plan qualit 1 Gestion des risques Bien que l optimisation op rationnelle et d cisionnelle soit au c ur de la gestion du projet il tait important d valuer les risques pouvant nous emp cher de le mener a terme Nous pouvons noter que le recensement des probl mes rencontr s lors de la r daction des rapports bimensuels s inscrit tout fait dans cette valuation dans la mesure o les difficult s rencontr es de mani re r currente devaient aboutir un changement de notre part dans la gestion c tait un moyen de d celer les probl mes et de les corriger au plus vite Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 58 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Ces risques sont ind pendants du savoir faire de l quipe et peuvent d signer entres autres e les risques li s la logistique tels qu un retard d acquisition ou la non r ception d un mat riel de la part de Sven Luther ce dernier tant notre fournisseur privil gi Ces risques sont faibles mais existants Sven pouvant avoir un contretemps avec sa soci t e les risques li s un refus de financement de la soci t Z Innov Ces risques sont faibles compte tenu des d cisions prises par Sv
10. 16 1 Choix de la fen tre de longueurs d ondes d tude optimale 16 2 Choix de la cam ra la plus adapt e 18 3 Caliprace de CAR a a 19 TESTS re IMO a a a mn S 19 IIl tude juridique ceceseccsesescoescscseseecerscecevscecavscececscecavscasecscscsessessesensnevesasecesavevesavecavareaeaees 21 1 Normes de transfert de donn es ss 21 2 Reglementations sur les dispositifs m dicaux 21 Chapitre 3 Conception et Prototypage 23 Mey EOSIN OE der eee ea a et ea esiiaeieatsntedanvontonntaane 23 LORS ea T 23 2 VOSGES de validati cea en tement 24 3 Tests d approfondissement sis 24 A TES COR a a te 29 Il Traitement Cr VA CS acetccccrese sees seaeitancecsseeseasectessuane van uecesprsdeatens csaseatuancacaausaaeiaes ebenteedsaeeteaoe 35 1 Augmentation du contraste et des nuances 35 2 D tection GE COMO UN sandosesaceceseasacesadnabsosnetanaclecuseveiandases dasesadaanenaaeaausercacetieaseeteiaes 39 3 Chaine de traitement op rationnelle ss 41 4 Mise AOS UV IC mien ee entiere aan coins 42 PGO BR ea E nan es a a en detre 47 LD a 47 Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e 2 Le logiciel de traitement d images ss 48 3 Ouverture la SLEFCOSCO DIOS cas cssisisectsvasicietnesavectsanscausvenavoeancnsvatiecansavaieneavacrsansios
11. 9 1 3 127 Fr quence 30 240 Hz 30 240 Hz 30 Hz d acquisition Qualit du signal 38dB 39dB rapport signal sur bruit Nous avons finalement fini par choisir le capteur CMOS de mod le OV10630 pour diff rentes raisons Premi rement sa fonction H D R High dynamic range car celle ci permet d obtenir des images plus d taill es sans zones surexpos es ou sous expos es ce qui sera utile car l clairage artificiel en bloc op ratoire est d une forte intensit lumineuse qui peut varier de 40 160 000 lux selon la norme internationale Et galement sa fonction de synchronisation d images car nous avons besoin de synchroniser les images des deux capteurs que l on va utiliser pour la vision st r o 3 Calibrage des cameras tant donn que l acquisition de la cam ra et de tout le mat riel n cessaire a pris plus de temps que ce qui avait t initialement pr vu dans le planning les responsables de l tude technique se sont pench s sur le calibrage de la cam ra En effet cela consiste choisir un mod le g om trique de cette derni re et en d terminer les param tres en vue de retrouver les coordonn es des points de la sc ne tridimensionnelle observ e partir des coordonn es des points de l image bidimensionnelle prise par la cam ra pour un ventuel traitement vid o exploitant ces informations La d monstration math matique tant assez sp cifique et un peu longue elle est mise
12. OpenCV Open Computer Vision est une biblioth que graphique libre distribu e sous licence BSD Cette licence permet aux utilisateurs de pouvoir r utiliser tout ou partie du logiciel sans restriction Cette biblioth que a d abord t d velopp e par Intel Elle peut servir faire du traitement d images de vid os crire des algorithmes d apprentissage ou faire du calcul matriciel Nous avons donc acc s de nombreuses fonctions permettant de traiter les images Par exemple on peut cr er et nommer une nouvelle fen tre cvNamedWindow puis charger une image cvLoadimage et enfin l afficher cvShowlmage On peut copier une image cvClonelmage On peut aussi r aliser des op rations morphologiques comme la dilatation ou l rosion par exemple cvDilate et cvErode en choisissant la forme de l l ment structurant carr ellipse et sa taille cvCreateStructuringElement On peut additionner ou soustraire les valeurs des pixels de deux images cvSub la fin de chaque programme on lib re la m moire en d truisant les fen tres cvDestroyWindow les images cvReleaselmage et les l ments structurants cvReleaseStructuringElement Il y a galement des fonctions de filtrage d image creategaussianFilter par exemple cvSobel de lissage cvSmooth On peut aussi trouver des fonctions annexes comme la cr ation d une barre de d filement cvCreatetrackbar Ainsi cette biblioth que nous a donn tous
13. bimensuels d un rapport public d une feuille de route et d un cahier des charges fonctionnels ainsi que la r alisation d une affiche 3 Prototypage L objectif principal du projet est d apporter une preuve de concept C est tout naturellement que la deuxi me partie du projet a consist concevoir un produit r pondant aux besoins des clients par la mise en forme d un prototype Nous avons donc accentu notre travail sur les aspects hardware et software Le premier travail a consist en l acquisition la prise en main et l exp rimentation d une cam ra proche infrarouge quip e de LEDS infra rouge qui nous a permis notamment de valider nos hypoth ses th oriques et de d terminer tout sorte de param tres afin d optimiser le rendu visuel D s l acquisition de premiers clich s nous avons pu commencer tester diff rents Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 11 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e algorithmes de traitement d images Cette tape fut longue et fastidieuse puisque l objectif tait d obtenir le meilleur rendu possible quant la visualisation des vaisseaux sanguins Pour cela nous avons test de nombreux algorithmes puis hi rarchis les diff rentes tapes afin d aboutir la cha ne de traitement la plus efficace Par la suite nous avons r ceptionn la tablette P C qui nous a permis d afficher en temps r el les va
14. de continuit de la fonction intensit continue qui a t chantillonn e En pratique on peut calculer des approximations plus ou moins fid les du gradient en chaque point Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 39 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e En effet il n utilise qu un voisinage g n ralement de taille 3x3 soit 8 points autour de chaque point pour calculer le gradient b Filtre de Canny Le filtre de Canny est utilis en traitement d images pour la d tection des contours Sa mise en uvre est la suivante e R duction du bruit La premiere tape est de r duire le bruit de l image originale avant d en d tecter les contours Ceci permet d liminer les pixels isol s qui pourraient induire de fortes r ponses lors du calcul du gradient conduisant ainsi a de faux positifs e Gradient d intensit Apr s le filtrage l tape suivante est d appliquer un gradient qui retourne l intensit des contours Nous obtenons finalement une carte des gradients d intensit en chaque point de l image accompagn e des directions des contours e Suppression des non maximas La carte des gradients obtenue pr c demment fournit une intensit en chaque point de l image Une forte intensit indique une forte probabilit de pr sence d un contour Toutefois cette intensit ne suffit pas a d cider si un point correspond a un contour ou non Seuls les poi
15. de s assurer que le travail r alis r pondait convenablement aux d sirs des clients il tait imp ratif de mettre en place des outils qui mesuraient l tat du projet au cours de son avancement Ces outils avaient pour but d indiquer si le projet respectait correctement la ligne de conduite impos e par les clients concernant l aspect m thodique temporel et de communication En outre la principale fonction du plan qualit concernait le suivi du cahier des charges Il s agissait d une part de trouver un accord avec les clients quant la r daction de celui ci D autre part le plan qualit s assurait lors de la r alisation du produit que celui ci y tait conforme Nous avons convenu d un cahier des charges sign par les clients lors de la pr sentation P4 en avril 2012 Cependant il a largement t modifi comme d crit dans la partie Evolution du cahier des charges n y a pas eu de litige car les modifications ont t valid es par les deux parties De plus il faut galement souligner l importance de la communication avec les clients au cours du projet Il s agissait de les tenir inform s de l tat d avancement de notre travail tout en s assurant que le mode d information leur convenait rapports synth ses des travaux mais aussi de savoir les solliciter a bon escient C est pourquoi un questionnaire qualit leur a t envoy propos de nos m thodes de travail de notre comportement et de notre commu
16. fermeture morphologique galisation d histogramme adaptative Puis nous soustrayons la fermeture morphologique l galisation d histogramme adaptative Fermeture morphologique Df rence ffermeture morph gaksation d histograrnme adapt e Seuillage Les vaisseaux sanguins isol s nous transformons l image en noir et blanc par un seuillage Df rence ffermeture morph gaksation d histograrnme adapt Seuillage Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 44 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e f Ouverture morphologique Nous supprimons les artefacts par une ouverture morphologique Setuillage g Squelettisation morphologique Nous r duisons les vaisseaux sanguins un ensemble de courbes par squelettisation morphologique Squelettis stion rnorphologaue Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 45 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e h Superposition squelettisation morphologique sur image originale Enfin nous superposons l ensemble de courbes obtenu sur l image originale et atteignons notre but Squelettisation morphologique rage lrailce Ayant abouti a un traitement efficace de nos images l objectif est d sormais de l int grer sous forme d un logiciel sur le prototype Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 46 Projet ing nieur
17. l infrastructure radio C est un besoin notamment dans le domaine de l imagerie m dicale 2 R glementations sur les dispositifs m dicaux Avant d tudier pr cis ment les normes juridiques il a fallu d finir exactement le produit afin de savoir quel type de famille il appartient Le produit est un dispositif m dical savoir un Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 21 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e instrument utilis sur le corps humain des fins m dicales qui n est pas implantable dans le corps humain et dont l objectif est d tudier l anatomie du patient Une importante question s est pos a ce moment pr cis le dispositif constitue t il un outil de diagnostic Ou alors seulement une aide pour le chirurgien En effet selon les applications les normes sont tr s diff rentes Les clients ont sp cifi qu il s agissait seulement d une aide ce qui r duit consid rablement les normes respecter notamment concernant la maintenance Les premi res recherches repos rent sur le code de la sant publique ainsi que la l gislation et la r glementation applicables au bloc op ratoire Cette l gislation stipule que tous syst mes utilis s des fins m dicales doivent respecter des r gles de compatibilit s techniques d finies par l Agence Francaise de S curit Sanitaire des Produits de Sant AFSSAPS Cette agence s assure que les
18. longueur d onde de 850 nm gr ce une couronne de LED autour de la cam ra qui elle capte les rayons r fl chis Cet appareil 2 en 1 nous a t d une grande utilit autant pour sa facilit d utilisation que pour sa compatibilit entre la longueur d onde des LED et le spectre d absorption de la cam ra Il a cependant t n cessaire de contourner quelques difficult s de connectique En effet Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 23 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e la sortie de la camera est en BNC coaxiale donc analogique or nous voulons pouvoir la brancher en USB sur un ordinateur ou une tablette donc num rique Nous avons choisi d utiliser une carte d acquisition vid o USB UPG306 de UPMOST fournie par l IRCAD Cette carte a une entr e composite et une sortie USB La liaison BNC composite a t faite l aide d un simple adaptateur Nous avons aussi d faire attention la perte de signal le long de ces diff rentes connectiques pour tre s r d avoir en sortie une image r elle Cette cam ra reli e en USB un de nos ordinateurs a t notre premier prototype fonctionnel avec lequel nous avons r alis plusieurs s ries de tests 2 Tests de validation A ce stade notre premier objectif est de valider nos hypoth ses choix de la longueur d onde et du spectre de la cam ra Nos premiers tests avaient donc pour but de valider ces choix ain
19. ment structurant pour la fermeture morphologique modifie le degr de la d tection des vaisseaux sanguins sur l image 3 R glage de la glissi re taille de l l ment structurant pour l ouverture morphologique modifie le degr de suppression des art facts de d tection de l image Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 52 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e IV Marketing Au cours de notre projet nous avons t amen s imaginer la commercialisation ventuelle de notre produit En effet le but moyen terme pour nos clients est de breveter notre prototype ou un prototype similaire am lior apr s un approfondissement de notre tude technique C est pour cette raison que nous avons r alis toute une tude juridique qui nous a permis de savoir qu aucun brevet n tait d pos pour une application similaire a la n tre Dans cette optique nous avons donc r alis une affiche et un prospectus Ces outils en plus de servir ventuellement dans un but de marketing pourront galement servir pr senter notre projet de mani re p dagogique 1 Poster Notre affiche au format AO permet de pr senter rapidement les principales tapes et les principales conclusions de notre travail i ECOM WBE EHITT oS STS i SIQUE SBOUPS S HST Visualisation des vaisseaux sanguins en r alit augment e sur tablette P C Otyectil dtvetopper
20. une cam ra endoscopique Figure 1 Op ration laparoscopique Le positionnement relatif des trocarts par rapport aux organes du patient est tr s important pour optimiser l intervention En pratique le chirurgien compte sur sa connaissance anatomique du patient pour faire ses choix ce qui r sulte lors d une erreur d appr ciation de faire un orifice suppl mentaire dans la peau du patient Malheureusement il arrive parfois que le chirurgien sectionne ou endommage avec le trocart une des art res pr sentes dans la paroi abdominale Les complications dues ce type d incident sont fr quentes et rallongent notamment le temps de l intervention car il faut videmment suturer l art re coup e L objectif de d veloppement d un tel syst me est alors de permettre au chirurgien d viter ce genre de complications Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 10 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e La tablette PC aura un double b n fice Un gain de temps pour le chirurgien il ne perd plus de temps rechercher les causes du saignement Une facilitation de l op ration pour le chirurgien et galement un temps de gu rison post op ratoire r duit pour le patient terme le but serait pour l IRCAD de d poser un brevet et commercialiser notre produit en cas de conclusions positives des tudes pr liminaires et des r sultats obtenus avec le prototype q
21. une zone tr s pr cise du corps du patient et donc viter de perdre du temps chercher une zone pr cise au scanner On pourrait galement penser am liorer notre prototype en le couplant une autre m thode de d tection comme la thermographie En faisant aboutir ce projet avec quelques am liorations nos clients pourraient s rement d poser un brevet Si un brevet est d pos l IRCAD avec les nombreux chirurgiens venant s y former tous les ans la robotique m dicale pourrait en profiter pour faire la promotion de ce produit puis le vendre les clients potentiels tant tous les h pitaux quip s d un scanner ou d une salle d op ration Sur le plan personnel la tenue de notre budget nous a aid s fournir un travail r gulier et syst matique et a t formateur En effet le contr le de notre budget nous a forc tenir le d compte pr cis de nos heures travaill es sur le projet ainsi qu r diger des rapports pour chaque r union en y faisant figurer les personnes pr sentes et sa dur e Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 91 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Annexe 6 Rapport ressources humaines Objet du rapport Pendant les 18 mois qu aura dur votre projet vous avez t confront s diff rentes situations tant au niveau management de projet qu au niveau management d quipe Si vous vous engagiez demain dans un pr
22. ure tablette FC quip e de deus con ras moche iitrarbuge perwation au Chris pes de voustner tes vonseaue sanguins de l aboumen cy patent afin d evtter de les secthonner lors oy placement den trocarts eu Cours d ute c tboacopue chirurpe dela cavii stdomenale guide Oat Camera iecacrant tavpe Clemm irrad Zn Dette PL Drin tapes 1 Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 53 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Pour la cr ation du poster nous avons choisi un design circulaire compos de 5 disques entourant un disque central pour focaliser l attention sur ce dernier dans lequel nous avons mis une image de c lioscopie qui est le theme notre projet Les 6 disques permettent de r sumer les diff rentes tapes de notre projet avec un cheminement logique orient par les fl ches bleues Enfin bleu et blanc comme couleurs principales a pour but d voquer la st rilit et l hygi ne caract ristiques de l univers hospitalier et du bloc op ratoire ainsi que la froideur et la pr cision des instruments chirurgicaux 2 Prospectus Notre prospectus qui est en cours de r alisation a pour but de retracer rapidement notre projet et de d crire les fonctionnalit s du produit Il contient galement toutes les informations n cessaires pour nous contacter ou contacter les clients Notre prospectus a l avantage d tre portable et de pouvoir tre fa
23. 2 Organisation de l activit 20 01 12 20 01 12 i P3 Pr sentation de projet 16 03 12 16 03 12 S S 5 g g 4 gt Remise du dossier de projet 16 04 12 16 04 12 0 P4 Pr sentation finale 04 05 12 04 05 12 Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 57 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e partir du mois de septembre 2012 nous avons mis en place une nouvelle politique de planification en d composant de mani re beaucoup plus pr cise en sous t ches avec un responsable et un pr visionnel du temps passer sur chaque Il tait galement int ressent lorsque chaque t che tait termin e de calculer le temps effectif pass pour calculer nos carts et am liorer nos pr visions Cette grille des taches tant trop grande pour tre pr sent e ici en voici un extrait pour vous montrer son fonctionnement La couleur rouge repr sente le travail achev le bleu le travail en attente et le vert le travail en cours Domaine d tude T che principale Subdivision Responsable Date de d but Date de fin pr vud Dur e pr vue Ecart 3 Tablette 3 1 1 Acquisition mat riel command Q pO 3 1 2 Comprendre fonctionnement de l environnement 1 Pos Interfa age avec notre mat riel et test des algorithmes en temps r el 15 heures En cours 3 2 1 Finalisation du prototype FK 20 mars 15 avr 8heures En attente 4 Pr paration R6 12 heures En cours
24. 49 Chapitre 4 Le livrable esssssssseresrrsssssssssrssrrrssrssssssrrrrrissrssssssrrnrtreerssssssrrrrrrssessssssrrrrrrsse 50 l Livr bles intermedidireS 22 rini aN Ea Ea aa E 50 1 Visualisation des vaisseaux sanguins 50 2 Traitement d images sous OpenCV ss 50 3 Int gration du logiciel sur la tablette 51 RE ES A a de a ne 51 W Mode demp 6 ante neonate AE en Oe eee ere 51 IY oe LL ANN ec aise E eatye aia dooe ae ene E E 53 1ER E E E E na ee E A en de 53 2 NP FOS OCC UE e TT E N N 54 Chapitre 5 Management de projet 55 EEE pi DAT LUS E RP E E 55 RAR cae ace stn EA E A EN E E O E EN A A E E 57 M PA iE A E A E E E E E E EE AE A eseneseanenenees 58 CONCIUSION AO 62 Tables des figures 63 Bibliographie 64 Annexe 1 Cahier des charges Annexe 2 Vision cognitive amp calibrage de cam ras Annexe 3 Protocole des tests Annexe 4 D tection des courbes Annexe 5 Rapport financier Annexe 6 Rapport ressources humaines Annexe 7 Questionnaire qualit Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Chapitre 1 Le projet I Pr sentation de l quipe Constitu e de six membres l quipe s est organis e de mani re coh rente par affinit s autour de centres d int r ts communs a savoir l imagerie m dicale et le domaine de la sant en g n ral A la demande de l quipe de
25. 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e HI Prototype 1 La tablette Notre prototype comporte l ensemble de nos programmes de traitement d images impl ment s sur une tablette tactile qui a pour but de rendre notre dispositif portable dans la salle d op ration pour que le chirurgien puisse l utiliser en temps r el Le but est toujours d atteindre un prototype le plus efficace possible Ainsi avec cette tablette le chirurgien ne sera pas oblig de tourner la t te pour v rifier qu il ne coupe pas de veines sur un cran plac c t du patient mais il pourra directement ins rer les trocarts en observant le ventre du patient travers la tablette L ensemble du mat riel nous a t fourni par M Luther de l entreprise Z INNOV Il nous l a livr en pi ces d tach es un cran une carte lectronique et un module cam ra La cam ra est une OV5642 cinq m gapixels Elle pourrait convenir notre application d apr s les courbes d absorption de cette cam ra Malheureusement cette derni re poss de un filtre infrarouge elle ne sera donc pas utilisable pour notre application Nous devrons donc continuer utiliser pour notre prototype la cam ra nocturne branch e en USB Figure 11 Cam ra OV5642 La carte est une iIMX6Quad fonctionnant sous Linux ou Android Elle poss de un processeur Quad Core ARM Cortex A9 1GHz et deux ports cam ra Cette carte pourrait don
26. 8 page 20 page 20 page 23 page 26 page 47 page 48 page 48 page 55 page 56 page 57 63 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e I Bibliographie I Prise en main du sujet et de son domaine d application Infrared Imaging System for Analysis of Blood Vessel Structure R Fuksis M Greitans O Nikisins M Pudzs Institute of Electronics and Computer Science e Development and clinical trial of a practical vessel imaging system for vessel punctures in children Natascha J Cuper Rudolf M Verdaasdonk Rowland de Roode and Erica Septer Dept of Medical Technology amp Clinical Physics and Clinical amp Haematological Laboratory University Medical Center Utrecht e The Clinical Evaluation of Vein Contrast Enhancement H D Zeman G Lovhoiden and C Vrancken e Vein pattern recognition Image enhancement and feature extraction algorithms Septimiu Crisan loan Gavril Tarnovan Titus Eduard Crisan Department of Electrical Measurement Faculty of Electrical Engineering Technical University of Cluj Napoca II Etude des brevets et syst mes analogues Sites internet Wwww google com patents WWW epo org www brainlab com htto www osirix viewer com httpo global smith neohew com htto www apple com science profiles maki Diff rents brevets Three dimensional infrared imager for subcutaneous puncture and study of vascular network Pate
27. B ou T S L Notre livrable contient aussi les fichiers sources de ces programmes et il est extensible nous l avons con u de sorte que l on puisse ais ment rajouter des traitements suppl mentaires l image III Le mode d emploi Les diff rents composants du prototype final ayant d j t pr sent s dans la partie pr c dente il sera ici question du mode d emploi de ce prototype Dans un premier temps il faut savoir que le prototype compte deux alimentations 230V connecter au secteur Celle du module cam ra et celle de la tablette attention ne pas oublier l adaptateur pour la prise am ricaine La mise sous tension de la tablette provoque l clairage de cette derni re Il n est pas demand de mot de passe et nous sommes alors connect s directement sur le bureau du Linux Ubuntu 11 10 freescale Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 51 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e l aide du clavier il faut pr sent lancer le terminal Afin de faciliter l utilisation du prototype un script bash a t impl ment directement Pour lancer l application il suffit alors de taper dans le terminal la commande suivante bash application sh L application se lance il ne reste plus au chirurgien qu tester diff rents param tres gr ce aux trackbars dispos es en bas de l image Les param tres sont pr alablement
28. La deuxi me cl pour une bonne r ussite de projet est l laboration et le suivi d un planning En effet il est tr s important de lister les t ches principales r aliser de mani re exhaustive et de les d composer en sous t ches afin de pouvoir appr hender de la fa on la plus pr cise le travail r aliser A partir de cela il faut valuer le temps que l on se donne pour effectuer chaque t che et nommer un responsable pour chaque grande partie C est cette personne qui s assurera alors que le travail est r alis dans les temps et que chaque t che avance bien selon ce que l quipe avait pr vu dans le planning Lors de chaque r union de projet un point est fait sur chaque partie avec les diff rents responsables pour voir si le planning est bien respect et le cas ch ant faire des modifications sur ce dernier Cependant il est important de noter que tous les membres sans exception doivent tre au moins une fois responsable d une t che sans quoi un membre peut avoir l impression d tre en retrait ou de se sentir inf rieur aux autres membres ce qui peut tre contre productif et engendrer une attitude n gative Il faut toujours privil gier la dynamique par la motivation Tout doit tre organis de mani re ce qu aucun membre n ait pas l impression d avoir toujours les t ches corv es r aliser Il faut galement rappeler que l un des enjeux d un projet est de tirer le meilleur de
29. acquisition la luminosit tant au minimale et le contraste quasiment aux maximale Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 26 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Bras avec peau noire Ensuite nous avons fait des tests sur diff rentes parties du corps telles que le bas du ventre le cou et le pied Bas ventre peau blanche Bas ventre peau noire Sur le bas du ventre nous ne sommes pas parvenus visualiser parfaitement les vaisseaux sanguins sous cutan s En revanche nous avons pu en localiser quelques uns et retracer leur parcours Cou peau blanche Cou peau noire Sur le cou les vaisseaux sanguins apparaissent moins nettement que sur le bras mais plus nettement que sur le torse Ce sont des clich s encourageants notamment sur la peau noire Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 27 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Cou peau noire Concernant les clich s du pied ils sont comme pour les bras extr mement concluant puisqu on voit appara tre nettement les vaisseaux sanguins Cette deuxi me phase des tests a t globalement satisfaisante puisque nous sommes parvenus faire appara tre les vaisseaux sanguins sur plusieurs parties du corps et notamment sur le ventre la partie qui nous int resse le plus m me si l apparition des veines fut discr te Nous reg
30. anguins en r alit augment e galisation de la couche luminosit tirement de la couche luminosit Rapport Public 1 re Edition Projet ing nieur 6 Image des veines originale Avril 2013 galisation des couches rouge verte et bleue tirement des couches rouge verte et bleue 38 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e d Analyse Les images que nous avons obtenues augmentent clairement le contraste et les nuances de l image originale et ce de mani re plus ou moins r ussie On constate d j une diff rence importante entre les images qui ont subi un traitement sur leur couche luminosit avec celle qui ont subi un traitement sur leurs couches rouge verte et bleue les couleurs sont alt r es dans le second cas On constate aussi une d gradation de l image lors de l galisation de l histogramme qui n appara t pas lors d un simple tirement Mais on s y attendait puisque l galisation en plus d tirer l histogramme l aplatit en mettant toutes ses valeurs peu pr s au m me niveau uniformisation le bruit de l image originale se retrouve amplifi C est particuli rement visible sur les deux clich s des veines Comme nos images sont assez bruit es on utilisera pour notre projet plut t l tirement d histogramme que l galisation d histogramme 2 D tection de contours La d tection de cont
31. aste Contraste Contraste forte Pr cision Pr cision Pr cision Contraste Contraste Contraste Luminosit ee meee Precision Precision Precision moyenne Luminosit Contraste Contraste Contraste faible Pr cision Pr cision Pr cision Figure 10 premiers r sultats qualitatifs Les premi res conclusions de cette phase de tests sont La distance optimale entre la peau et l objectif de la cam ra est 15 20 cm La variation de la luminosit influe tr s peu Les param tres d acquisitions et qui sont les optimaux sont Luminosit 12 contraste 40 Globalement nous avons obtenus des r sultats tr s satisfaisants Nous visualisons nettement les vaisseaux sanguins b Tests sur diff rentes parties du corps et diff rentes peaux Ayant d termin s les param tres d acquisitions optimaux nous avons ensuite test notre dispositif sur diff rentes parties du corps bras main ventre cou et pied et sur deux types de peau une peau blanche et une peau noire Nous avons tout d abord r alis des tests sur un bras avec une peau noire Nous avons galement pu observer nettement les vaisseaux sanguins et m me de fa on encore meilleure qu avec une peau blanche En effet il y a moins de r flexion du rayonnement IR sur la peau Pour obtenir la meilleure image possible nous avons d changer les param tres de logiciel d
32. c tre ventuellement adapt e l application st r oscopique pr vue au d part du projet Elle a trois ports d affichage RVB LVDS et HDMI C est cette carte qui permet de faire fonctionner la tablette et nos traitements sur les vid os en temps r el gr ce sa puissance de calcul Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 47 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Figure 12 Carte iMX6Quad Enfin l cran est un cran Nit6X sept pouces 1024 600 qui est compatible avec la carte pr c dente Il servira afficher nos vid os Figure 13 cran Nit6X 1024 600 Pour l instant nous branchons notre cam ra nocturne sur l cran et la carte mais le but terme serait d avoir une cam ra directement implant e sur la tablette voire deux pour une vision st r oscopique puisque la carte y est adapt e 2 Le logiciel de traitement d images Pour am liorer la qualit de nos images puis d tecter les veines en temps r el nous avons utilis la biblioth que OpenCV L utilisation de cette biblioth que tait une contrainte de la part de nos clients qui travaillent r guli rement avec cette biblioth que La r cup ration de notre travail et la possible poursuite de celui ci en seront donc facilit es pour eux Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 48 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e
33. chacun des membres de l quipe Pour cela il faut prendre en consid ration les pr f rences de chacun afin de r partir les diff rentes t ches de mani re coh rente et efficace afin d en tirer le meilleur profit Il faut toujours privil gier le d bat entre les membres afin de trouver un compromis Cependant il arrive que ce soit difficile de trouver un accord c est le r le du chef de projet ou du responsable de partie en question de trancher Afin de rester en permanence connect avec son quipe il nous a paru d une importance primordiale de fixer des r unions r guli rement et p riodiquement afin de faire le point sur le travail effectu et surtout de valider les diff rentes tapes du projet tous ensembles Il ne faut surtout pas h siter a prendre le temps de discuter pour trouver un compromis parler avec les camarades qui sont ext rieurs au probl me permet m me parfois de trouver des solutions que nous n aurions pas vues autrement Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 93 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e ii Responsabilisation des membres Dans notre recherche constante d efficacit nous avons r fl chi d s le d but la meilleure mani re de nous organiser Comme nous l avons expos pr c demment nous avons mis en place plusieurs m thodes et outils qui nous ont permis de minimiser les malentendus et la perte de temps Cependant pou
34. cilement distribu lors de r unions conf rences Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 54 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Chapitre 5 Management de projet I Gestion financiere Charges de structures 600 Dotations aux amortissements TOTAL 85 940 56 F igure 14 budget pr visionnel Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 55 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Charges sociales 21 330 Charges de structures 600 Dotations aux amortissements 786 56 Frais divers 200 Frais de d placement 60 TOTAL 77 961 56 Figure 15 tat du budget actuel Travailler en mode projet a n cessit l estimation d un budget et le suivi de nos d penses en fonction de celui ci Pour ce faire chaque l ve envoie tous les dimanches de chaque semaine son relev horaire au responsable financier qui se charge de les rentrer dans un tableau r capitulatif Ce tableau nous permet de suivre le temps pass par chacun sur le projet et donc l volution de son salaire fictif Ensuite se rajoute le salaire des clients et encadrant tout ceci forme le budget salarial du projet En plus de ce budget nous avons aussi un budget r el qui inclut les d penses en mat riel et frais divers Le mat riel essentiel la r alisation du projet a t fourni ou financ par les d
35. contraintes sanitaires sont respect es pour les dispositifs mis sur le march atssaps Agence francaise de s curit sanitaire des produits de sant AFSSAPS Un interlocuteur privil gi en terme de normes pour syst mes m dicaux Ainsi pour r aliser notre tablette il va falloir se r f rer aux r gles de cette Agence et respecter les normes europ ennes concernant la s curit De plus il est indispensable de respecter les normes de compatibilit lectronique et se r f rer la norme IEC 60601 qui est en cours d acquisition donc bient t disposition de l quipe Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 22 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Chapitre 3 Conception et Prototypage I Exp rimentations 1 Le mat riel Figure 9 mat riel pour les tests approfondis Camera vision nocturne KAM 301 Carte d acquisition vid o USB UPG306 de UPMOST Adaptateur coaxial Composite Cable composite Ordinateur Transformateur 9V Apr s une tude technique et des premiers tests pr liminaires concluants nous avons pu lancer la phase des tests de notre projet Celle ci a t rendue possible gr ce aux diff rents mat riels que nous nous sommes procur s Premi rement la cam ra et le projecteur de LED infrarouge forment un composant 2 en 1 la cam ra quip e vision nocturne KAM 301 Elle permet d clairer la peau une
36. de la situation financi re de notre projet de janvier 2011 mai 2013 Ainsi il permettra non seulement d clairer nos clients au sujet des diff rents flux financiers ayant eu lieu au cours de cette ann e et demi mais aussi servira d outil d aide aux d cisions quant a la poursuite du projet son arr t ou un investissement plus important encore Nous avons essay de pr senter ce rapport d une fa on p dagogique sans rentrer dans les d tails techniques L IRCAD Institut de Recherche contre les Cancers de l Appareil Digestif a t fond en 1994 au sein des H pitaux universitaires de Strasbourg C est une association r gie par la loi de 1908 du code civil local d Alsace Moselle Cette structure juridique permet en particulier l IRCAD d avoir un projet conomique et d tre habilit effectuer des actes habituels de commerce tout en conservant un objectif non lucratif et en recevant des financements la fois priv s et de collectivit s locales territoriales et europ ennes via des participations des projets de recherche Z INNOV est une entreprise strasbourgeoise sp cialis e principalement dans le domaine de l informatique et de l lectronique Z INNOV est une SASU Soci t par Actions Simplifi e associ Unique de capital social de 30 000 euros Nous allons donc effectuer tous nos bilans en HT Nous avons galement tabli un budget fictif En effet nous n avons pas t r mun r s au cour
37. disposition pour consultation en annexe n 1 4 Tests pr liminaires Pour valuer les besoins pr cis dans le traitement de la vid o fournie par la cam ra avant l affichage sur l cran de la tablette il est n cessaire d effectuer des tests On dispose pour cela du mat riel suivant capteur CMOS OV7675 d OmniVision fourni par Z Innov CD des pilotes informatiques du capteur fourni par Z Innov LED infrarouges fourni par l IRCAD transformateur 9 V pour l alimentation des LED achet nous m me Nous ne disposions pas encore de la cam ra et du syst me d mission infrarouge d finitifs Nous avions l intention de tester le mat riel sur diff rentes parties du corps et diff rentes pigmentations de peau pour observer des r sultats et tirer certaines conclusions de ces tests Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 19 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Cependant dans la figure ci apr s sont pr sent s le mat riel disponible et ce que nous esp rions obtenir rapidement apr s r glages du logiciel et obtention de LEDs mettant dans le domaine infrarouge 780 950nm optimal pour la visualisation Transmission par USB Cam ra OV7675 Figure 7 Mat riel disposition pour les tests pr liminaires Rampe de LEDs infrarouges Figure 8 R sultat esp r rapidement Rapport Public Tere Edition Avril 2013 20 Projet i
38. du patient de mani re perop ratoire c est dire pendant l op ration elle m me ce qui ne n cessite pas de cr ation d un mod le pr op ratoire L appareil est en cours de certification aux Etats Unis Une documentation d taill e de la part de Brainlab est disponible Quant l iPad le professeur japonais Maki Sugimoto a eu l id e de concevoir l aide d une plateforme Macintosh une technique de guidage consistant effectuer une cartographie des organes qu il peut projeter sur le patient en r alit augment e Cette conception s est faite l aide d un logiciel libre de visualisation appel Osirix Figure 4 Pr Maki chirurgie mini invasive Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 15 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e II Etude technique 1 Choix de la fen tre de longueurs d ondes d tude optimale Une partie importante de l tude technique a t consacr e la recherche de la meilleure bande de longueurs d ondes afin d observer les vaisseaux sanguins du torse de mani re optimale et galement aux normes respecter en mati re de luminosit dans le bloc op ratoire Avant de parler d clairage il a fallu d terminer ce qui tait autoris dans ce domaine a l int rieur du bloc op ratoire La norme internationale EN 60601 2 41 sur les luminaires chirurgicaux et d examen stipule que l intensit lumineuse de l cla
39. e domaine Ensuite nous remercions Piotr Szychowiak pour son expertise et ses pr cieux conseils Nous souhaitons galement remercier Dominique Perthuis pour son apport en gestion de projet Enfin nous souhaitons remercier Vincent Agnus de l Ircad pour le temps qu il nous a consacr nous former sur le traitement d images et qui a su nous guider Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 4 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Table des mati res RS a D aa 2 VAS LU D LOI EEE 3 Fe EI Pe E E E ncion sna entra sanouea eae ae aes cunt E E A E ET 4 Chapitre 1 Le projet 7 I Pr sentation de l quipe de selenesssocedeetascesteneesbarve serrage ess 7 I Des partenaires prestigieux sise 8 RD A D 8 2 LAINN OY a stents 9 III Visualisation des vaisseaux sanguins en r alit augment e 10 1 Besoins enjeux et OD OCEIIS A aan ete en ner cest 10 2 ICU ie ON KONIG a N 11 3 POTO AE C der tes De Oo en do de 11 4 Evolution du cahier des charges ss 12 Chapitre 2 Etude th orique oo ccccsscesseeseesessessssssesssesessesseesessesssesseseeeseesess 13 l Recherches bibliographiques se ccvassccrecescancsaninvesexaasdeetnenstnccusiavedenurgusensatucenneussuctiecadenenuanvents 13 1 Prise en main du sujet et de son domaine d application 13 2 Description de l existant brevets et syst mes analogues 13 Il Erode technique sessen neen E E EEEE
40. emi re patiente atteinte d ob sit Le chirurgien a mis en vidence une couche graisseuse de 5 cm d paisseur qui n est pas ou peu irrigu e De ce fait nous n avons pas pu observer de vaisseau sanguin sous cutan mais seulement les vergetures Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 30 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Clich s pris sur la premi re patiente avec la cam ra dans le proche IR Abdomen en pr sence de B tadine Abdomen en pr sence de B tadine et apr s insertion des trocarts Cam ra sous manchon st rile Nous avons tir la conclusion que la visualisation n est pas possible sur un patient corpulent Concernant la deuxi me patiente elle tait beaucoup moins corpulente ce qui nous a permis de visualiser les vaisseaux sans probl me Clich s pris sur la deuxi me patiente avec un appareil photo num rique Samsung Galax Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 31 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Les vaisseaux sanguins ne sont sensiblement pas visibles l il nu contrairement une visualisation sous une lumi re infrarouge Clich s pris sur la deuxi me patiente avec la cam ra dans le proche IR Abdomen sans B tadine Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 32 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguin
41. en Luther concernant notre mat riel mais peuvent exister au vu de la conjoncture conomique actuelle e les risques li s une mauvaise pr vision dans le planning ceci peut entrainer des retards pouvant s accumuler Ces risques sont minimis s par l organisation de l quipe supervis e par les encadrants mais ils sont tout de m me existants e les risques li s un incident au sein de l quipe devant mener l arr t du projet par l quipe de pilotage Ces risques sont quasi inexistants l quipe s tant avant tout construite par affinit s Un redoublement ou une exclusion de plus d un membre seraient par exemple une cause de cet arr t e les risques li s la publication d un brevet dans le courant de l ann e 2012 2013 Ces risques sont quasi inexistants et ne compromettraient que partiellement l avancement de notre projet cela nous emp cherait seulement de pouvoir commercialiser le livrable Une s rie d tudes de faisabilit a t men e afin de pr venir les risques d abandon C est pour cela par exemple que nous avons tudi les brevets d pos s en Europe et aux Etats Unis L valuation devait ensuite mener r fl chir un plan de secours en cas d chec chaque tape c est la gestion du risque De plus notre projet se devait d tre d coup en modules Lors d une r union de validation nous devions faire le point sur le module achev et prendre une d cision quant l vol
42. er des solutions au guidage chirurgical l aide de l imagerie Ces outils sont bien s rs con us pour optimiser des s quences et s inscrit dans le cadre de l informatisation des blocs op ratoires A titre d exemple nous pouvons citer l utilisation de l Apple iPod Touch en Inde et de l Apple iPad au Japon dans le cadre d op rations invasives Le Dash des laboratoires Brainlab exploite les gyroscopes et l acc l rom tre de l iPod Touch afin d assister les chirurgiens lors d interventions orthop diques De plus le dispositif utilise une cam ra post e sur un tr pied L appareil a t test en Inde lors d op rations du genou de mani re satisfaisante Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 14 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Figure 3 Ipod Dash application En clair c est un syst me de guidage chirurgical par l imagerie dont le but est d aider les chirurgiens orthop diques lors d un remplacement int gral du genou Ce guidage s effectue avec la pr sence de r f rences de visualisation sur le f mur et le tibia L appareil est reli un instrument chirurgical suivi par des capteurs retranscrivant une image en 3 dimensions de l os du patient sur un ordinateur Nous pouvons ainsi b n ficier d un placement optimal pour la proth se ainsi qu une minimisation de l invasion Il est important de noter que le proc d int gre les donn es
43. er les veines directement sur la peau dans le but d aider les praticiens pour ins rer une aiguille Cette recherche nous a men jusqu un brevet Patent No US 6 178 340 B1 dat de 2001 faisant mention d un appareil vraiment semblable au notre c est dire avec une visualisation 3D sur Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 13 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e un cran Mais ce brevet n a t d pos qu aux Etats Unis et est aussi d pos pour un appareil permettant d aider au positionnement d aiguille ce qui n est pas notre cas i N 226 4 4 T 19 j x ae j MN Tv NA ad f fj T 4 VK Zj a Fu iva p Figure 2 Patent n US 6 178 340 B1 F f Ainsi ces brevets ne devraient pas nous limiter et peut tre m me nous aider En effet nous avons pu voir quels syst mes analogues sont d j existants Nous pourrons dans notre avancement nous appuyer sur leurs exp riences et m me envisager de leur demander certaines informations ou conseils De plus de nombreux appareils familiers tels que l Apple iPod ont t d tourn de leur utilisation primaire afin d aider les praticiens Pour cela de nombreuses entreprises d ing nierie biom dicale Brainlab Smith amp Nephew Osirix 3M A amp D Nonin amp Omron etc ont collabor avec des fabricants d appareils digitaux afin de trouv
44. es cam ras OV10630 fournies par Z INNOV 5 Aspect juridique Le prototype est un dispositif non consid r comme un moyen de diagnostic mais utilis comme aide pour le chirurgien C est un dispositif m dical non implantable dans le corps humain servant seulement l tude de l anatomie du patient II doit donc pouvoir tre introduit dans un bloc op ratoire C est pourquoi il devra supporter la st rilisation mais aussi respecter les normes du bloc op ratoire Il respectera aussi les r gles fix es par l AFSSAPS Agence Fran aise de S curit Sanitaire des Produits de Sant qui s assure que le produit respecte toutes les contraintes vis vis de la sant et de la s curit IIl Pr cisions sur les prestations La puissance des LED est tudier et choisir de mani re obtenir les r sultats attendus Le rayonnement IR est aussi tudier afin de le choisir de mani re ce qu il ne br le pas le patient durant une exposition de dix minutes Date et signatures IRCAD amp Z INNOV Equipe Projet Ing nieur 6 T l com Physique Strasbourg promotion 2014 Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 73 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Annexe 2 Vision cognitive amp calibrage de cam ras Compr hension d un ph nom ne partir d information visuelle ex reconnaissance de formes localisation contr le dimensionnel d objets rec
45. eux clients Ce suivi r gulier des budgets nous permet de comparer avec le budget estim voir Figure 14 en d but de projet Les r sultats de cette comparaison apparaissent dans la Figure 16 Du fait de plusieurs changements de strat gie et d approche dans notre projet et aussi en fonction du mat riel disponible les carts entre les mat riels pr vus et ceux r ellement utilis s sont un assez grands Nous avons pu nous permettre ces carts car au niveau du montant ils ne sont pas si importants et sont largement quilibr s par la marge faite sur les salaires En effet les montants des mat riels que nous n avions pas pr vu s quilibrent presque avec ceux dont nous n avions pas eu besoin Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 56 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Enfin l cart au niveau de la charge horaire n est pas d a un manque de travail mais un arr t dans l avancement du projet pendant 2 mois d un manque d informations essentielles d un de nos deux clients Actuel Pr vision Salaires 47 400 52 800 5 400 77 961 56 85 940 56 7979 Figure 16 diff rence entre le budget pr visionnel et l actuel Pour un rapport d taill des finances se r f rer l Annexe 5 II Planning Une des cl s pour la bonne r ussite d un projet c est l laboration et le suivi d un planning En effet il est tr s impo
46. frarouge pour visualiser les vaisseaux sanguins sous cutan es du torse d un patient dans le but de faciliter la t che du chirurgien qui effectue de la chirurgie laparoscopique sur ce patient Ce projet est confi une quipe de 6 l ves ing nieurs qui ont d sormais un an pour r aliser le prototype 2 Caract risation du besoin Patient Chirurgien Q Prototype Energie ECA FC1 Bloc lectrique op ratoire FP Fonction Principale FC Fonction Contrainte Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 70 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Voici ci dessous les 5 fonctions de services que doit respecter le prototype Rep re Fonction de services Fonctions techniques Solutions techniques Crit re valeur longueur d onde 780 950 nm Normes juridiques Ju pue Bande verticale sur 30 mm de le cot largeur Respecter les normes Etre manipulable par le praticien Rayonnement tudier Etre sans danger pour le patient St rilit normes Puissance de l alimentation Etre aliment en nergie lectrique Alimentation filaire Eclairer la zone du corps LED IR _ capi michel Cam ra IR OV10630 R solution VGA minimum r fl chis Visualiser les vaisseaux FANS a vid o au ec oioe Vitesse de 100 Hz FP1 sanguins du torse du patient syst me de traitement transmission minimum en r alit augment e ae processe
47. g a specific planning to the letter which divided the tasks into modules In other words we have started by leading an experimental campaign with a testing prototype then we have developed a processing software and we have eventually transferred it to the final prototype which will be delivered on May 2 2013 Each module has been efficiently completed by gradually validating the tasks with a quality plan As is said in the subject the aim was to use two cameras in order to visualize the blood vessels in three dimensions with the stereoscopy This being we had to operate some change in the specifications and we came to the conclusion that only one camera would be operational on the final prototype All the documents related to project management such as planning budget estimations technical specifications and our quality plan are attached to this report Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 3 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Remerciements Nous tenons remercier T l com Physique Strasbourg pour nous avoir offert l opportunit de travailler sur un projet aussi passionnant en particulier Jelila Labed qui a su tenir compte de notre souhait lors de l affectation des sujets De plus nous remercions nos deux clients St phane Nicolau et Sven Luther pour leur soutien et leur supervision sans qui nous n aurions pas acquis autant de connaissances techniques dans c
48. irage en bloc op ratoire doit tre comprise entre 40 160 000 lux Ensuite s est profil e la phase de recherche de la meilleure bande de longueurs d ondes Le choix le plus judicieux appara t clairement tre celui du proche infrarouge NIR ou Near Infrared Suite une br ve pr sentation de ce domaine de longueurs d ondes seront d velopp s les l ments qui ont conduit ce choix Le NIR est la r gion spectrale englobant la gamme de longueurs d ondes de 780 2500 nm Le tissu humain est relativement transparent dans le NIR ce qui permet une p n tration suffisante de la lumi re pour d tecter des signaux quelques centim tres de profondeur L h moglobine dans le sang absorbe de mani re quasi parfaite la lumi re IR dans le NIR Par cons quent la structure des veines captur e avec une cam ra sensible aux longueurs d ondes du NIR est enregistr e sous forme d ombres ou contours de l image De plus le proche infrarouge est une technique non destructrice et non nocive Il n y a pas de pr paration d echantillon avant analyse comme pour des proc d s n cessitants dilutions echauffements En ce qui concerne la visualisation elle est rapide et peu on reuse en comparaison des autres techniques d inspection lla ensuite t question de r duire cette fen tre d tude Deux facteurs importants dans le choix de la fen tre d tude l absorption de Veau constituant 70 des tissus et 38 du
49. isseaux sanguins Cette tape a fait l objet de nombreux tests et de configurations afin de rendre op rationnelle la tablette et dispos e t l charger nos programmes de traitement Cette d marche de r alisation et d exp rimentations a t effectu e selon un planning tr s pr cis qui nous a permis de pr senter r guli rement nos r sultats nos conclusions et notre avancement lors des quatre revues de projets puis remettre le prototype final nos clients lors de la pr sentation finale le 30 avril 2013 4 Evolution du cahier des charges Initialement il nous tait confi de r aliser une tablette de type PC munie de deux cam ras proche infrarouge afin d afficher les vaisseaux sanguins sur un large cran int gr Les deux cam ras avaient pour but d obtenir une image en trois dimensions la st r oscopie tant la valeur ajout e vis a vis des appareils existants La tablette se voulait d tre maniable sans fil l g re conomique en nergie et de respecter les standards inh rents au milieu hospitalier L id e de transf rer l image acquise sur un cran mural ou un poste en dehors du bloc op ratoire a t exploit e et n cessitait l int gration de la norme Wi Fi dans l environnement de travail pour le transfert vid o Nous avons galement voqu la possibilit de projeter l image acquise sur le corps du patient afin d effectuer une cartographie sur la peau Ceci mettait en uvre un projecteur in
50. ivrable a t pr sent avec succes lors de la pr sentation R3 2 Traitement d images sous OpenCV Une fois le concept de visualisation des vaisseaux sanguins en lumi re infrarouge valid il nous a fallu crire tester et synth tiser en un logiciel des algorithmes de traitement d images afin de pouvoir exploiter cette visualisation et r pondre au cahier des charges En effet bien que le r sultat avec le mat riel de tests ait t satisfaisant il tait impossible de s affranchir de traitements d abord par souci visuel mais surtout par souci fonctionnel pour le chirurgien Pour ce faire nous avons tudi la chaine de traitement la plus optimale afin d aboutir un logiciel efficace et fiable Le traitement d images a galement t primordial pour apporter la r alit augment e au projet Nous avons d but l tude de traitement sous Matlab afin d exploiter rapidement les fonctions existantes sur nos clich s et nous faire une id e de ce qui tait adapt ou non notre probl me Ensuite nous avons traduit ces algorithmes en C en utilisant les biblioth ques de OpenCV La d marche et les r sultats sont d crits dans la partie Traitement d images de la partie Conception et prototypage Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 50 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e 3 Int gration du logiciel sur la tablette Une fois le logiciel crit et valid
51. l cole pour des r unions Nous pouvons estimer le montant de ces d placements 60 f Frais divers Les frais divers sont les frais que nous avons pour le bon fonctionnement du projet En effet nous avons aussi besoin de papiers d imprimer Ces frais s l vent 200 g Bilan TOTAL D penses Clients Encadrant Charges sociales 2322 Charges de structures Dotations aux amortissements 786 56 Frais divers Frais de d placement TOTAL IV Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 89 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e V Budget de fonctionnement fictif Dans le bilan r el pr c dent il manque le salaire des 6 l ves ing nieurs qui ont travaill sur le projet pendant 1056 heures Dans le budget fictif nous comptons ces heures comme celles d un ing nieur Nous fixons le salaire brut de l ing nieur 40 par heure Nous avons donc 40x1056 42 240 De plus comme pr c demment cela se rajoutent les charges sociales hauteur de 45 du salaire brut 0 45 x 42 240 21 330 Nous avons donc tous les l ments pour finaliser notre budget D penses Ing nieurs Clients Encadrant Charges sociales Charges de structures Dotations aux amortissements Frais divers Frais de d placement Rapport Public 1 re Edition 42 240 5160 7585 21 330 600
52. l quipe projet Nous pensons ici aux clients encadrant et l quipe de pilotage I Communication Tout d abord afin de communiquer il faut d finir un moyen de communication Nous avons tout de suite d cid de cr er une adresse mail au nom de notre projet projetingenieur6 gmail com dans le but d offrir un outil simple pour joindre nos clients mais galement comme un moyen de stockage efficace de tous les documents de l quipe M me si des sauvegardes doivent tre faites au fur et mesure sur diff rents ordinateurs cette boite mail est un moyen de centraliser tous nos rapports et les diff rentes informations partag es avec clients et encadrant Pour les membres du groupe cela doit tre le seul moyen de communication officiel pour faciliter la relation Le client sait qu il parle au groupe et le groupe devient alors un interlocuteur unique plut t que chacun se serve de son adresse mail personnelle par exemple Les autres membres de l quipe sont dans ce cas loin de la discussion et ne peuvent donc pas suivre les volutions ce qui est mauvais pour la productivit Dans la relation avec ces derniers il est galement tr s important de s accorder sur la fr quence des r unions au cours de tout le projet et de s assurer que cela est bien r alisable pour les deux parties Le mettre en forme sur un planning est une bonne id e afin d tre s r Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 95 Proje
53. l image en pratique tr s proche de 77 2 rad On note fx jxcot cytcycot 0 K AP 0 f sin Cy Sin 0 O 0 0 1 0 fx fk_xetf_y f k_y en pixels sont les distances focales de l objectif de la cam ra Suivant x resp y On appelle param tres intrins ques de la cam ra les param tres de K Ils sont au nombre de 5 Gr fy Cx Cy 0 On a ainsi Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 76 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e m APTM KTM En supposant que 0 x 2 rad on obtient T31X Fray 1733Z t Cy v C T il FT Fral t y Les relations obtenues il reste a trouver les valeurs des param tres Ceux qui nous int ressent sont les param tres intrins ques d pendant uniquement de la cam ra puisque les param tres extrins ques eux varient avec la position et l orientation de la cam ra des m thodes sp cifiques existent pour obtenir en temps r el les param tres extrins ques Pour trouver les param tres intrins ques de la cam ra on utilise une mire de calibrage plaque compos e de taches circulaires dont on prend une s quence d images sous diff rents angles avec la cam ra Pour chaque image chaque point image d une tache circulaire donne deux quations ses coordonn es u v Si le nombre de taches de la mire et le nombre d image de la s quence sont assez grands alors il y aura assez d quations pour
54. le nombre d inconnues les param tres et l on peut r soudre le probl me Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 77 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e A O r EREEREER TEE LR Figure 2 Exemple d une s quence de 6 images d une mire de calibrage 64 taches circulaires Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 78 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Figure 3 Transformations correspondants chaque image Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 79 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Avec une seconde cam ra vision st r o on a en plus la possibilit de faire de la triangulation retrouver les positions des points de la sc ne partir de leurs point images R a a a une seule cam ra b deux cam ras Figure 4 Triangulation Figure 5 St r ovision Pour conna tre la transformation T inter cam ras il suffit de conna tre leur transformation extrins ques T et T T TT Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 80 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e On a ainsi m KTM m K TST M En supposant encore que 0 77 2 rad on obtient u f C faKto raZ t Tak Prat 1222 Fi
55. les conditions de Gauss autrement il appara t des distorsions Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 74 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Ye Figure 1 Transformations l mentaires du mod le du st nop et rep res associ s Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 75 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e T P A A 7 2 gt oo Ze gt GY gt uv On utilise les coordonn es homog nes car elles permettent d obtenir des relations lin aires avec ce mod le X Xe _ Y _ _ La M 7 Mc z m ym pl 1 1 e Transformation 1 M11 n2 3 Cy 121 122 123 Cy T31 132 133 tz 0 0 0 1 Elle correspond une rotation et une translation On appelle param tres extrins ques de la cam ra les param tres de T Ils sont au nombre de 6 car 3 param tres suffisent pour la rotation CA eae e Transformation 2 f 0 0 0 T 0 f 0 O 0 0 1 0 Elle correspond a une projection f en m tres est la distance focale de l objectif de la cam ra e Transformation 3 ky ky cot c c cot A 0_ k sin Cy sin 0 0 1 Elle correspond la conversion metre pixel k_x et k_y en pixels par metre sont les fr quences spatiales suivant x resp y Cy Cy en pixels sont les coordonn es du centre de l image et en radians est l angle entre les lignes et les colonnes de
56. les outils nous permettant de traiter efficacement les images fournies par la cam ra 3 Ouverture la st r oscopie La st r ovision est un processus de reconstitution de profondeur d images ou de films en comparant deux vues diff rentes minimum Dans le cas de notre application nous avions pr vu d avoir en notre possession deux cam ras Cependant il nous a fallu abandonner ce projet pour cause de manque de temps En effet le retard de livraison de la tablette nous a forc s nous concentrer sur l int gration hardware une seule cam ra Malgr cela nous avons d cid de mener une rapide tude sur le fonctionnement de la st r oscopie et une m thode de reconstruction qui pourrait permettre de visualiser en 3D le r seau sanguin du patient z Calibrage des cam ras Lecture de la paire d images 3 Le Block Matching Pour chaque pixel dans l image de droite on extrait un bloc de n sur n pixels autour de lui et on cherche la ligne dans l image de gauche pour le bloc le plus ressemblant 4 Sub pixel estimation Il faut pr sent proc der une op ration de lissage de l image pour r gler le probl me de transition entre les blocs 5 Reconstruction par triangulation ho Malgr le regret vident de ne pas avoir pu impl menter cette m thode par manque de temps nous avons cependant mis en valeur lors de nos recherches sur cette partie le grand int r t que pourrait repr senter cela pour l application f
57. me trait s par mon programme b Fonctionnement Notions de colorim trie Pour repr senter les couleurs distingu es par la vision humaine il existe plusieurs syst mes notamment le syst me R V B ou R G B Rouge Vert Bleu ou Red Green Blue un syst me naturel car d crivant ces couleurs par 3 param tres correspondants aux 3 types de c nes de la r tine de l il humain recevant de l ext rieur la lumi re et g n rant 3 courants lectriques le syst me T S L ou H S L Teinte Saturation Luminosit ou Hue Saturation Lightness la teinte tant la couleur pure la saturation la puret vis a vis du gris et la luminosit la puret vis a vis du noir pour la premi re moiti et l impuret vis a vis du blanc pour la seconde un syst me perceptuel car d crivant ces couleurs par 3 param tres correspondants aux 3 types de cellules ganglionnaires de la r tine de l il humain recevant les courants lectriques des c nes et g n rant 3 courants lectriques vers le cerveau Ce dernier syst me est tr s pratique lorsque l on souhaite agir uniquement sur la luminosit Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 35 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e d une image Le programme peut appliquer un traitement quelconque sur une ou plusieurs couches de l image une couche d une image tant la m me image avec deux des trois param tres repr sen
58. namique possible du d but la fin Si nous devions recommencer un projet de la sorte nous continuerions dans cette voie car cela a t une des cl s de notre r ussite collective ill Outils de suivi et de v rification Notre politique de suivi de l avancement a repos sur l importance des documents crits Chaque membre s est efforc r aliser un rapport final de chaque travail afin d expliquer de maniere claire et facilement consultable par les autres le contenu de son travail C est important de montrer que l on travaille r guli rement cela rassure l ensemble de l quipe et il s ensuit une meilleure coh sion de l quipe une confiance accrue et une meilleure solidarit De plus l issue de chaque r union d quipe que nous avons programm es de mani re p riodique des rencontres de groupe afin de discuter de vive voix de notre avancement des modifications ventuelles de planning ou de t ches nous r digions un rapport d activit Cela nous permet de valider ces changement tous ensemble pour que tout le monde suive bien les modifications Tout cela est ensuite act par crit sous forme de compte rendu ou de rapport qui sera ensuite mis disposition de tous les membres via notre boite mail de projet Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 94 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Nous nous sommes galement rendu compte de l im
59. nd programme en Matlab effectue sur l image une binarisation une fermeture morphologique 1 Contenu Dans le r pertoire detection des courbes on trouve le fichier Matlab le fichier image des veines pris par Pierrick original le fichier image des veines pris par Pierrick trait par Photoshop avec un filtre d accentuation le fichier image des veines pris par Pierrick trait par Photoshop trait par mon programme 2 R sultats Image des veines originale Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 84 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Binarisation et fermeture morphologique Matlab Accentuation Photoshop 3 Analyse On constate que la binarisation suivie de la fermeture morphologique par le programme limine une grande partie de l information de l image accentu e Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 85 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Annexe 5 Rapport financier Le rapport financier permet d tablir avec pr cision le budget de notre projet Ainsi nous pouvons voir quel budget nos clients auraient d investir pour nous donner la possibilit de d velopper notre projet Ce rapport permet donc d tablir la rentabilit ou non de notre projet Il s inscrit dans une logique d analyse d interpr tation et d valuation
60. ng nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e III Etude juridique 1 Normes de transfert de donn es La connaissance des diff rentes normes de communication sans fil s inscrit dans le cadre d une volont de nos clients de disposer d un moyen de transfert de donn es vid o de la tablette vers un cran ou une station de contr le et ou enregistrement Les probl matiques d int gration de consommation d nergie et d efficacit durant le transfert sont au centre de l tude La norme Wi Fi le Bluetooth le Wireless USB et la liaison infrarouge ont fait l objet de l tude Cette derni re technique a n anmoins t abandonn e car elle n cessite une ligne de vision directe entre l metteur et le r cepteur ce qui n est pas pratique le praticien devant conserver une mobilit maximale Le Wireless USB a quant lui t abandonn cause de raisons industrielles Nous avons donc men une tude comparative entre le Bluetooth et la norme Wi Fi qui nous a conduits choisir la norme Wi Fi pour une raison tr s simple le Bluetooth profite d un d bit trop faible de l ordre de 3Mbps pour transf rer un fichier vid o d une plateforme une autre La norme Wi Fi est un ensemble de protocoles de communication sans fil dont le r seau permet de relier plusieurs appareils informatiques un r seau informatique Les liaisons sans fil utilisent des ondes lectromagn tiques s
61. nication joint en Annexe 5 Au vu des retours les deux clients semblaient tre satisfaits de notre prestation Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 60 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Synth se Th mes Communication interne R unions Rapports de r unions Communication externe Suivi du planning Innovation Rapport Public 1 re Edition Groupes Facebook 3 fois par mois Un membre chaque r union Diffusion du rapport Bo te mail projetingenieur Distribution des t ches mise jour fr quente Recherches brainstorming Avril 2013 61 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Conclusion Ces dix huit mois ont t avant tout l occasion de nous plonger dans un milieu qui nous int ressait et que nous connaissions peu L environnement m dical avec les visites p riodiques l IRCAD et les diverses visites au bloc op ratoire ont t une immense source de motivation et d mulation De plus nous en connaissons d sormais un peu plus sur le fonctionnement d un projet que ce soit sur le plan de la communication de la gestion d un emploi du temps ou de la gestion de l quipe Pour mener bien la conception de notre livrable il nous a fallu impl menter divers outils dont certains sont de notre propre initiative Dans un premier temps n
62. nisation de l quipe doit pour nous et suite l exp rience que nous avons v cue tre centr e sur une communication sans tabous intense et claire La t che la plus importante afin de favoriser cela est la cr ation de diff rents moyens de communication efficaces afin que chacun puisse n importe quel moment entrer en contact avec les autres les informer de son travail et ventuellement signaler des probl mes rencontr s Pour ce faire nous avons cr un compte Facebook pour la communication quotidienne afin de poster des nouvelles sur l avancement de son travail des sources que l on souhaitait Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 92 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e instantan ment partager avec les autres des images rapports ou pr venir le groupe d une prochaine r union ou d un rendez vous L avantage de ce moyen de communication est qu il nous permet d tre s rs que chacun a vu l information gr ce la rubrique vu lorsque quelqu un publie quelque chose Nous attendons syst matiquement une r ponse de validation de chacun dans le but d viter les absences des membres Comme cela si quelqu un ne remplit pas la t che qui lui a t confi e ou oublie une r union il en est le seul responsable Il n y a pas de manque de communication au sein du groupe gr ce ce moyen de communication que nous avons privil gi
63. nning le budget global le cahier des charges et notre plan qualit Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 2 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Abstract Our project Design of a PC tablet equipped with two near infrared cameras for augmented reality vision of subcutaneous blood vessels and a setting of a preoperative model of a patient was proposed by the IRCAD Institute for Research against Digestive Cancer and Z INNOV a company specialized in electronics and embedded systems It aims at facilitating the handling of the practitioner during surgery and optimizes the procedure The goals will be specifically developed in the follow up This project has been entrusted to our team of six students in engineering in the graduate school T l com Physique Strasbourg This is a great opportunity to learn methods of project management in collaboration with these two companies on a subject covering various application fields taught in school such as image processing optics electronics and computing This report aims at retracing the work completed these last eighteen months At first we have got acquainted with the various resources at our disposal and then we have led a feasibility study through an active work of bibliographic control on the internet Once the specifications have been agreed to by the team and the clients we have begun the design of the prototype by followin
64. nt No US 6178 340 B1 Date of Patent Jan 23 2001 Inventor Eduardo Svetliza IL Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 64 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Infrared aided method and apparatus for venous examination Patent No US 5 519 208 Date of Patent May 21 1996 Inventor Joel Esparza Infrared aided method and apparatus for venous examination this application is a continuation in part of application US 5 519 208 Patent No US 5 608 210 Date of Patent Mar 4 1997 Inventor Joel Esparza Apparatus for enhanced visual venous examination Patent No US 5 947 906 Date of Patent Sep 7 1999 Inventor Frederic O Dawson Jr Micro vein enhancer AccuVein LLC Patent No US 7 904 138 B2 Date of Patent Mar 8 2011 Inventor Ron Goldman Vein locating device for vascular access procedures Patent No US 2008 0147147 A1 Date of Patent JUN 19 2008 Inventor David M Griffiths III Etude de l infrarouge Sites internet http omlc ogi edu spectra hemoglobin http membres multimania fr nirspectrosco These Extraction de la signature veineuse dans le Moyen et le Proche Infrarouge Nadia BOUZIDA 2009 Universite de Quebec Canada Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 65 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e IV
65. nt permis l acquisition d images num riques il faut maintenant les traiter pour en extraire l information int ressante pour le chirurgien les vaisseaux sanguins Nous crivons pour cela un programme informatique en langage C exploitant la biblioth que libre de traitement d images OpenC V Open Computer Vision Library Il s agit d effectuer un traitement num rique en temps r el d un flux vid o de cam ra pour am liorer la visibilit des vaisseaux sanguins 1 Augmentation du contraste et des nuances Pour aboutir au programme final de notre projet nous avons travaill sur l augmentation du contraste et des nuances en d veloppant un premier programme Nous avons crit ce premier programme en Cet en utilisant la biblioth que Openc V Il est une interface pouvant traiter des images des vid os des flux de webcam en leur appliquant des traitements quelconques il est modulaire Nous y avons cod 2 traitements pour am liorer l image un qui augmente le contraste un autre qui augmente les nuances a Contenu Dans le r pertoire augmentation du contraste et_des nuances on trouve les fichiers sources le fichier de compilation le fichier binaire le fichier image de Lena original les fichiers images de Lena trait s par mon programme les fichiers images des veines pris par Guillaume originaux les fichiers images des veines pris par Guillau
66. ntre les Cancers de l Appareil Digestif a t fond en 1994 au sein des H pitaux Universitaires de Strasbourg Il r unit des laboratoires de Recherche en Canc rologie Digestive et en Robotique M dicale un d partement Recherche et D veloppement Informatique et un centre de formation en chirurgie mini invasive Une dimension internationale l IRCAD est aujourd hui reconnu travers le monde comme le centre de r f rence en chirurgie laparoscopique 3500 chirurgiens du monde entier viennent chaque ann e se former Strasbourg sous le contr le d experts de renomm e internationale Stephane Nicolau St phane Nicolau notre contact privil gi occupe au sein de l IRCAD le r le de responsable de la r alit augment e pour le d partement Recherche et Developement R amp D Informatique Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 8 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e 2 Z INNOV Z INNOV est une entreprise strasbourgeoise sp cialis e principalement dans le domaine de l informatique et de l lectronique En lectronique Z Innov con oit des cartes lectroniques int grant une grande vari t de composants Wifi Bluetooth ZigBee 3G crans tactiles sorties haute d finition processeur multim dia etc En informatique les comp tences de Z INNOV s tendent l ensemble des outils possibles dans un syst me embarqu gt
67. nts correspondant a des maxima locaux sont consid r s comme correspondant a des contours et sont conserv s pour la prochaine tape de la d tection Un maximum local est pr sent sur les extrema du gradient c est dire la ou sa d riv e s annule e Seuillage des contours La diff renciation des contours sur la carte g n r e se fait par seuillage hyst r sis Cela n cessite deux seuils un haut et un bas qui seront compar s l intensit du gradient de chaque point Le crit re de d cision est le suivant Pour chaque point si l intensit de son gradient est o Inf rieur au seuil bas le point est rejet o Sup rieur au seuil haut le point est accept comme formant un contour o Entre le seuil bas et le seuil haut le point est accept s il est connect un point d j accept Une fois ceci r alis l image obtenue est binaire avec d un c t les pixels appartenant aux contours et les autres Ceci tant les r sultats de cette approche de d tection n taient pas satisfaisants et similaires ce clich pour les trois filtres tests effectu sous Matlab Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 40 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Nous avons donc privil gi l approche de d tection avec des op rateurs de morphologie math matique et plus particuli rement de l op rateur top hat La transform e Top hat est une op
68. ogie pr sente sur les cartes de Z INNOV mais aussi une cam ra proche infrarouge avec son logiciel permettant de visualiser l image sur ordinateur L IRCAD quant lui met disposition un ensemble de diodes lectroluminescentes soud es sur un support et formant une unit Il Description du prototype 1 Aspect pratique La tablette PC devra poss der un espace horizontale de largeur 3 cm afin que le praticien puisse mettre son pouce lorsqu il tient la tablette sans toucher l cran 2 Aspect lectronique et logiciel La plaquette PC contiendra la carte lectronique sur laquelle figura un syst me d acquisition et de transmission des vid os provenant des deux cam ras ainsi que d un processeur ZMS 20 qui traite les donn es Cette unit de calcul sera programm e en Open CV et le traitement s effectuera sous Android De plus tout ce qui concerne l aspect fabrication lectronique devra respecter la norme IEC 60601 3 Aspect imagerie Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 72 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e L image de la partie du corps de patient devra s afficher en temps r el sur l cran de la plaquette PC en faisant appara tre nettement les vaisseaux sanguins sous cutan s 4 Aspect optique Les cam ras utilis es doivent tre sensibles aux longueurs d ondes proches infrarouges 750 950 nm Pour r aliser le prototype il sera utilis d
69. ojet identique quelle d marche quels outils quelle organisation d quipe mettriez vous en place afin d assurer le succ s de ce nouveau projet Dans la r alisation d un tel projet il est en effet plus que n cessaire de d finir de mani re tres pr cise l organisation de l quipe autant d un point de vue interne qu externe Pour ce faire et gr ce notre exp rience du projet nous avons d compos les principales cl s de la r ussite d un projet en deux parties Fixer des r gles de travail et de comportement interne Fixer des r gles avec les parties externes au projet I R gles de travail et comportement interne Nous avons appris lors de notre projet qui s est d roul sur une p riode d un an et quatre mois que l organisation interne de l quipe tait la base de la r ussite Nous nous sommes rendu compte que la mise en place du projet et notre approche vis vis de l organisation ont rapidement t un indicateur de succ s Cette partie sur le fonctionnement interne de l quipe sera d compos e en trois parties l organisation de l quipe la responsabilisation des membres et les outils d valuation de l avancement Il para t vident dans la r alisation d un tel projet qu avec une quipe compos e de six membres un encadrant et deux clients la communication et l organisation du groupe sont des l ments gage de r ussite i Organisation de l quipe L orga
70. onstruction de l environnement e ire tape calibrage g om trique du capteur visuel e 2de tape traitement de l information visuelle Calibrage g om trique du capteur visuel Consiste choisir un mod le g om trique du capteur visuel et en d terminer les param tres en vue de corriger les d fauts du capteur ou de retrouver les coordonn es des points de la sc ne tridimensionnelle observ e partir des coordonn es des points de l image bidimensionnelle prise par le capteur On choisit ici de mod liser le capteur visuel avec le mod le du st nop Il est constitu d un plan image dans lequel se forme l image par projection perspective des points de la sc ne Un point de l espace est transform en un point image du plan image via trois transformations l mentaires successives entre les quatre rep res suivants e e rep re de la sc ne rep re tridimensionnel arbitraire e le rep re de la cam ra rep re tridimensionnel d origine le centre optique de l objectif du capteur et d axe des c tes perpendiculaire au plan image e le rep re du d tecteur rep re bidimensionnel d origine le centre de l image projet orthogonal du centre optique dans le plan image et d axes dans le plan image e e rep re de l image rep re bidimensionnel d origine un coin du plan image Ce mod le lin aire est valable uniquement lorsque la lentille du syst me optique de la cam ra respecte
71. our visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Mat riel Nous utilisons le m me mat riel que lors de la pr c dente campagne d essais savoir e Capteur CMOS OV7675 d OmniVision fourni par Z Innov non utilis e e CD des pilotes informatiques du capteur fourni par Z Innov e LED infrarouges fournies par I IRCAD non utilis es e Transformateur 9V pour l alimentation des LED achet nous m me e Cam ra de vid osurveillance avec source IR int gr e 1 s ance d acquisition Nous avons eu l occasion d effectuer des acquisitions sur deux patientes l une ob se se faisant op rer pour un pontage gastrique et l autre pour une ablation du pancr as de corpulence standard Nous avons int gr les blocs op ratoires en tenue de bloc avec notre mat riel lors de la phase de pr paration des patientes par les infirmiers infirmiers anesth sistes et assistants Avant insufflation insertion du gaz pour gonfler la paroi abdominale nous avons plac la cam ra de vid osurveillance dans une poche st rile et avons laiss l assistant chirurgien la manipuler au dessus de l abdomen de la patiente afin de mettre en vidence les vaisseaux environnant l art re pigastrique Il est important de noter que les acquisitions ont t effectu es e Sans insufflation e En pr sence de B tadine sur la peau des deux patientes solution antiseptique R sultats Analysons le cas de la pr
72. ours est l action de rep rer les points d une image correspondant un changement brutal d intensit En effet en niveau de gris un contour est caract ris par un changement de la valeur du pixel Le but de l op ration est d obtenir les informations structurelles importantes de l image tout en supprimant les informations moins pertinentes pour une application donn e Notre but tait d obtenir le contour des veines afin de pouvoir leur appliquer un algorithme de r alit augment e de mani re optimale Ce faisant nous avons men une premi re tude la m thode de recherche des extremums de la d riv e premi re ou maximums locaux de l intensit du gradient Nous avons ainsi test les filtres de Canny Sobel et Prewitt a Filtre de Sobel Pour faire simple l op rateur calcule le gradient de l intensit de chaque pixel Ceci indique la direction de la plus forte variation du clair au sombre ainsi que le taux de changement dans cette direction On connait alors les points de changement soudain de luminosit correspondant probablement a des bords ainsi que l orientation de ces bords Le gradient dans une zone d intensit constante est donc nul Au niveau d un contour le gradient traverse le contour des intensit s les plus sombres aux intensit s les plus claires Puisque l intensit d une image num rique est discr te les d riv es de cette fonction ne peuvent pas tre d finies si ce n est sous une hypoth se
73. ous avons tudi la faisabilit du projet qui s est av r e positive Ceci nous a permis de valider le concept techniquement par une s rie d exp riences en laboratoire et au bloc op ratoire Une fois les clich s obtenus nous avons tudi un moyen de les am liorer et les rendre exploitables par un chirurgien Ainsi nous avons crit un logiciel de traitement d images afin d y ajouter l aspect r alit augment e du sujet Enfin tous les l ments taient r unis pour concentrer notre travail sur un prototype Comme dit dans le corps du rapport nous devions l origine exploiter la st r oscopie pour restituer une image en trois dimensions sur la tablette l aide de deux cam ras Il n a pas t possible de pousser l tude son terme la priorit tant de prouver techniquement la faisabilit du concept De plus nous avions des id es d am lioration du prototype que le temps ne nous a pas permis de d velopper Hormis l int gration m canique du prototype dans un boitier convivial et ergonomique notre but tait de livrer un prototype avec un logiciel permettant d effectuer un r glage automatique et adaptatif des param tres en fonction de la texture de la peau de l intensit des LED et de la visualisation pr traitement des veines En effet le chirurgien a la possibilit de r gler trois param tres l aide d une glissi re interactive mais ceci repose sur le fait qu il conna t ces param tre
74. pilotage la premi re tape a consist en l attribution d un poste de responsabilit chacun Voici une br ve pr sentation de notre quipe Florentin Kucharzcak eEn tant que Chef de Projet c est lui qui coordonne les diff rentes t ches effectuer et contr le leur bon d roulement Thomas Deflandre eEn tant que Responsable de la Communication Interm diaire entre le groupe et les intervenants ext rieurs c est lui qui centralise et diffuse les informations inh rentes au projet Guillaume Joerger eEn tant que Responsable Financier Il a pour r le la gestion des d penses tant r elles avec l acquisition de bien que fictives en contr lant les horaires de travail de chaque membre LE Pierrick Ley eEn tant que Responsable Qualit il veille au respect des clauses du projet ainsi que des m thodes de travail Julien Goechnahts eEn tant que Responsable Technique C est lui qui supervise et organise les diff rents actes techniques G ry Ogam eEn tant que Coresponsable Technique Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 7 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e II Des partenaires prestigieux Nos clients sont l Institut de Recherche contre les Cancers de l Appareil Digestif IRCAD et Z Innov repr sent s respectivement par messieurs St phane Nicolau et Sven Luther 1 L IRCAD L IRCAD Institut de Recherche co
75. port Public 1 re Edition Avril 2013 96 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e IIl Conclusion Pour conclure cette exp rience a t tr s riche en enseignements en ce qui concerne la gestion d quipe mais aussi la gestion de projet Nous nous sommes retrouv s confront s des situations d licates de tous ordres Que ce soit au niveau interne avec certains probl mes d implication au d but que des difficult s de communication prouv es avec l un de nos clients nous avons pu nous rendre compte que tout cela tait est beaucoup plus simple g rer quand tout est organis sur une base solide d cid e au pr alable Gr ce aux diff rents outils expos s dans ce rapport nous avons r ussi faire cohabiter les int r ts collectifs et personnels pour faire aboutir ce projet du mieux possible en mettant de c t les sentiments personnels ce qui nous servira sans aucun doutes dans notre vie professionnelle future En ce qui concerne les clients gr ce des plans de risque et l anticipation de solutions annexes en cas d chec nous avons pu nous mettre l abri d un d sistement et continuer travailler dans le bon sens en ne perdant pas notre feuille de route de vue Si nous avions refaire un projet de la sorte nous nous appuierions sur cette base d organisation en essayant bien s r de la rendre plus efficace en essayant d tre encore plu
76. portance de d finir une politique qualit sur le plan technique approfondie Il est tr s important des la r ception de tester techniquement le mat riel et de v rifier qu il corresponde bien au cahier des charges et aux besoins du client Afin de juger de sa satisfaction ou non nous sollicitions syst matiquement un retour de sa part Cette demande se fait sous forme de questionnaire pr cis et concis La derni re partie concernant le suivi est la comptabilisation des heures de travail engendr es et des diff rentes ressources mises en uvre par chaque membre du projet M me si il para t bien plus important de s attacher au r sultat par rapport au temps effectif pass sur une t che il est tr s important autant pour la partie financi re que pour la partie organisation du planning de suivre l avancement de chacun Pour cela le responsable financier avait en charge de r cup rer un relev d taill de tous les membres en fin de semaine sous forme de fichier Excel pr rempli afin de savoir combien de temps avait t pass sur quelle t che en d tails Cette m thode s est av r e plut t efficace dans le suivi m me si la p riode d une semaine peut s av rer parfois un peu trop courte II Fixer les r gles avec des parties externes du projet Une fois le fonctionnement de l quipe bien d fini en interne il faut galement avoir une politique de communication claire avec les diff rents acteurs ext rieurs
77. r gl s par d faut sur la solution qui nous semble optimale Ces param tres sont 1 La taille de l ouverture pour le filtrage m dian 2 La taille de l l ment structurant pour la fermeture morphologique 3 La taille de l l ment structurant pour l ouverture morphologique Le but de ces curseurs est de permettre au praticien de modifier l g rement quelques param tres afin d optimiser la d tection en fonction des conditions environnementales clairage distance avec le patient plus ou moins fort contraste des veines etc Il est expliqu la fin de cette partie le fonctionnement des trois curseurs La tablette est pr te tre utilis e Nous avons galement d velopp une version du programme avec une interface de lancement permettant de choisir le type de donn es traiter image vid o ou flux de cam ra ainsi que la ou les couche s traiter du mode R V B ou T S L Cette interface est diff rente de celle du chirurgien Elle permet de faire une multitude de tests Dans l optique d une mise sur le march du produit nous avons imagin une adaptabilit am lior e du software aux conditions environnementales comme un zoom une mise au point et ajustement des param tres automatiques Remarques 1 R glage de la glissi re taille de l ouverture pour le filtrage m dian modifie la sensibilit au bruit de la d tection des vaisseaux sanguins 2 R glage de la glissi re taille de l l
78. r la r ussite d un tel projet il faut r ussir f d rer le groupe cr er une ambiance de travail mulatrice mais galement savoir prendre des d cisions Le cadre du projet ing nieur de T l com Physique Strasbourg est assez atypique par le fait qu il est difficile de d gager un leader par l exp rience et l expertise comme cela peut l tre dans un autre cadre Il faut donc s organiser de mani re a optimiser le management Un chef de projet a t d sign l origine Il a pour r le d organiser l quipe et de trancher en cas de litige Cependant comme tout le monde poss de le m me niveau d expertise scientifique nous avons naturellement opt pour un management participatif qui favorise la responsabilisation des individus aussi bien en termes de travail effectuer qu en termes d organisation et de comportement Pour g rer les moments de crise ou lorsqu il y a eu des probl mes que ce soit dans l implication ou dans le respect des engagements vis vis du planning nous n avons pas h sit exhiber les probl mes pour les r soudre et r tablir une dynamique de groupe tout de suite afin d viter une perte de confiance des membres Cette mani re d aborder les choses fut une franche r ussite concernant notre projet Nous avons su en faisant preuve de r activit et d intelligence exposer les probl mes et recevoir les critiques ce qui nous a permis de nous remettre en question et de garder la meilleure dy
79. ration en morphologie math matique qui vise extraire des petits l ments ou d tails d une image Il existe deux approches e Transform e White Top hat d finie comme tant la diff rence entre l image d entr e et son ouverture par un l ment structurant Cette approche retourne les objets plus petits que l l ment structurant et plus clairs que les points environnants e Transform e Black Top hat d finie comme tant la diff rence entre la fermeture d une image et son entr e Cette approche retourne les objets plus petits que l l ment structurant et plus sombres que les points environnants C est cette transform e que nous avons exploit e les veines tant plus sombres que les tissus La largeur ou taille de l l ment structurant est r glable la guise de l utilisateur Plus il est gros plus gros peuvent tre les d tails extraire La th orie de l op rateur et les r sultats obtenus par cette approche sont largement couverts dans la partie Chaine de traitement op rationnelle 3 Cha ne de traitement op rationnelle Finalement apres cette familiarisation avec les outils informatiques de traitement d images num riques Matlab et OpenC V et les diff rents tests effectu s sur les images captur es par la cam ra nous avons abouti a une cha ne de traitement d images de 8 op rations image gt image successives pour atteindre notre objectif d am lioration de la visibilit des vaisseaux sanguins
80. re Edition Avril 2013 67 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e TELECOM a vi UNIVERSIT DE STRASBOURG crraseoure SERAN I Strasbourg Mai 2012 R alisation d une tablette PC quip e de 2 cam ras proche infrarouge pour visualiser en r alit augment e des vaisseaux sanguins sous cutan es et un mod le pr op ratoire d un patient ANNEXE 1 CAHIER DES CHARGES Direction de RCAD amp Z INNOV R dacteur Equipe de projet 6 T l com Physique Strasbourg reel A Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 68 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Tables des mati res Pr sentation du projet 1 Contexte et expression du besoin 2 Caract risation du besoin 3 Objectif 4 Moyens II Description du prototype 1 Aspect lectronique et logiciel 2 Aspect imagerie 3 Aspect optique 4 Aspect juridique III Pr cisions sur les prestations Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 69 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Pr sentation du projet 1 Contexte et expression du besoin L IRCAD Institution de Recherches contre les Cancers de l Appareil Digestifs et Z INNOV entreprise sp cialis e en lectronique et syst mes embarqu s souhaitent d velopper une plaquette PC quip e de deux cam ras proche in
81. rettons de ne pas avoir faire des enregistrements en 720x480 mais seulement en 480x480 le logiciel d acquisition de nous ne permettant pas d enregistrer avec cette extension De plus en parametrant la luminosit son minimum et le contraste son maximum il y a eu une tres forte pixellisation de l image ce qui est un probl me notamment pour les futurs traitements d images Enfin nous avons galement pu confirmer que la luminosit ext rieure influait peu sur les clich s ce qui est une bonne chose puisque le futur milieu d utilisation du produit est le bloc op ratoire Cependant le probl me de la trop forte puissance des LEDS faisant appara tre un halo sur l image demeure toujours Nous devons r aliser d autres tests en intercalant une feuille de papier calque afin de diminuer l amplitude du rayonnement infrarouge Principal probl me rencontr la trop forte puissance d mission des LEDS Le rayonnement infrarouge tant fortement r fl chi sur la peau un halo masque l image captur e par la cam ra Afin d obtenir une image correcte nous avons d jouer avec les param tres de contraste et de luminosit du logiciel d acquisition c R duction de l clairement des LEDS Cette troisi me phase de tests approfondis a t r alis dans l unique but de savoir si en positionnant une feuille de papier calque devant les LEDS la puissance d mission tant att nu e nous pourrions faire dispara tre le halo tr
82. rtant de lister les t ches principales r aliser de mani re exhaustive et de les d composer en sous t ches afin de pouvoir appr hender de la fa on la plus pr cise le travail r aliser partir de cela il faut valuer le temps que l on se donne pour effectuer chaque t che et nommer un responsable pour chaque grande partie C est cette personne qui s assurera alors que le travail est r alis dans les temps et que chaque t che avance bien selon ce que l quipe avait pr vu dans le planning Le planning sous forme de Diagramme Gantt de la p riode Janvier Mai 2012 est le suivant ll relate l organisation et la d composition assez g n rale de nos diff rentes tudes pr liminaires Diagramme de Gantt 7 oOo GANTT an 2012 Nom gt lt _ lt Date defin Paa levrier mars ar ma Etude juridique 19 01 12 04 05 12 P Brevets et syst mes analogues 19 01 12 02 03 12 Normes des dispositifs m dicaux 19 01 12 04 05 12 RS E g Normes transfert de donn es 19 01 12 12 03 12 mm a b E Choix des cam ras 05 03 12 16 03 12 1 j gt Etude infrarouge 05 03 12 23 03 12 Vision cognitive 26 03 12 06 04 12 5 k P4 Pr sentation fi 10 04 12 04 05 12 I R daction calmer des charges 20 02 12 04 05 12 x Etude fonctionnelle 20 02 12 12 03 12 E S g g O Cahier des charges 13 03 12 04 05 12 Rapport public 30 03 12 16 04 12 Echeances 20 01 12 04 05 12 a P
83. s ces frais de personnels s ajoutent les charges sociales qui s l vent 45 du salaire brut Ainsi donc le d tail des salaires brut et net EE 5 600 270 8 0 c Charges de structures Les charges de structures comprennent les locaux le chauffage l lectricit Elles sont estim es 400 par mois Nous avons chacun travaill 200 heures sur le projet et comme nous avons parfois travaill ensemble nous n avons donc pas utilis les locaux 1 7 mois mais plut t 1 5 mois Ainsi donc les charges de structures s l vent 400 x 1 5 600 d Dotations aux amortissements Nous devons prendre en compte l usure due l utilisation de notre mat riel Nos ordinateurs ont t beaucoup utilis s durant les heures pass es sur le projet soit 1 7 mois r parties sur 14 mois Par contre le reste du mat riel n a t utilis que pendant les tests c est dire environ 5 jours en cumul ou 1 6 de mois Tablette Camera Vision Nocturne Vision Nocturne Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 88 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Transformateurs 40 0 5 Connectique Total 7585 786 56 e Frais de d placements Nos travaux hebdomadaires se sont en majeures parties d roul s l cole Par contre nous avons d aller sur le lieu de travail d un de nos clients et nos clients ont d aussi venir
84. s ce qui n est pas obligatoirement le cas Ceci dit notre livrable reste un prototype qui est par d finition volutif Nos id es pourront tre impl mentables dans le futur Pour finir il nous a t livr un projet difficile et gr ce la supervision de nos clients et de notre encadrant nous avons pu le mener bien en remplissant l objectif de prouver la faisabilit technique du concept Nous en tirons tous une grande satisfaction Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 62 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Table des figures Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 8 Figure 9 Figure 10 Figure 11 Figure 12 Figure 13 Figure 14 Figure 15 Figure 16 Op ration laparoscopique Patent n US 6 178 340 B1 Ipod Dash application Pr Maki chirurgie mini invasive Courbe d absorption de l eau et des principaux chromophores du sang Illustration du mode de visualisation par r flexion Mat riel disposition pour les tests pr liminaires R sultat esp r rapidement Mat riel pour les tests approfondis Premiers r sultats qualitatifs Cam ra OV5642 Carte iMX6Quad cran Nit6X 1024 600 Budget pr visionnel Etat du budget actuel Diff rence entre le budget pr visionnel et l actuel Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 page 10 page 14 page 15 page 15 page 17 page 1
85. s du d veloppement de notre projet dans le cadre de notre cursus universitaire mais nos heures de travail sont comptabilis es en tant qu heures travaill es par des ing nieurs dans ce budget fictif Cela nous permet de nous rapprocher encore plus du co t r el total de notre projet Il Budget d investissement Pour le bon d roulement de ce projet nous avons du acqu rir diff rents mat riels Nous avons par exemple tous eu besoin de nos ordinateurs plus de ceux des encadrants de connexions internet mais aussi de cam ras et autres mat riels Ces diff rents investissements sont report s dans ce tableau Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 86 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e _ S as Camera Vision Nocturne e II Budget de fonctionnement r el a Frais de personnel Les frais de personnel sont issus du temps pass sur le projet de nos 2 clients et de notre encadrant Ci dessous les tarifs horaires bruts pour chaque poste _ Encadrant 60 Consultant 60 Le temps pass par nos clients et encadrants a t suivi en temps r el pendant tout le projet le bilan des frais personnels est dans le tableau ci dessous Clients 4560 Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 87 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e b Charges sociale
86. s en r alit augment e Abdomen avec B tadine Abdomen avec B tadine 2 me s ance d acquisition La deuxi me s ance d acquisition s est d roul e avec le m me mat riel que pr c demment sur un patient de corpulence standard L objectif de cette s ance tait d effectuer une s rie de clich sur ventre insuffl Nous avons eu un probl me de visualisation a cause d un scotch dispos sur l abdomen Ce scotch a pour utilit de renforcer la zone d insertion des trocarts de garder la surface une temp rature accrue de pouvoir dessiner sur le corps du patient sans laisser de trace et enfin d accroitre la st rilit sur la peau Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 33 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Nous avons obtenu les clich s suivants Abdomen avec B tadine sans le scotch Abdomen avec B tadine avec le scotch Ceci tant les tests nous ont permis de valider la faisabilit technique du concept savoir visualiser les vaisseaux sanguins sous cutan s D sormais nous souhaitons effectuer des traitements sur les clich s obtenus afin d ajouter une valeur ajout e l optimisation de la visualisation ainsi que la r alit augment e Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 34 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e II Traitement d images La cam ra aya
87. s infrarouges Les rayons sont r fl chis et ensuite capt s par la cam ra sensible cette longueur d onde comme nous pouvons l observer sur la figure 6 Figure 6 Illustration du mode de visualisation par r flexion 2 Choix de la cam ra la plus adapt e Suite cette tude il nous a fallu choisir la camera la plus adapt e a nos besoins l entreprise Z INNOV nous a mis disposition 3 diff rentes cam ras Nous avons tudi les caract ristiques de chacune celles ci sont r sum es dans le tableau suivant et fait un choix concernant celle qui apparait clairement comme celle r pondant au mieux aux contraintes fix es par notre application Sp cifications techniques R solution Taille des pixels Consommation lectrique active Consommation lectrique en standby Sensibilit la lumi re Format Equipements OV 7675 2 5 pm 98 mW GOUW 1 8 V lux sec VGA Automatic image control functions Rapport Public 1 re Edition OV 2710 2 MP 1080p 3 um 350mW 3 3 V lux sec HD Automatic image control functions Avril 2013 OV 10630 1 MP 720p 3 65 um 507 mW 440 uW 1 8 V lux sec HD HDR superposition de plusieurs images de differents contrastes pour une meilleure vision des details Automatic image control functions 18 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Taille du capteur 1
88. s pr cis dans notre mani re de nous s organiser Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 97 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Annexe 7 Questionnaire qualit Nous voulons optimiser nos m thodes de travail nos relations et satisfaire au mieux vos besoins d informations quant notre avancement dans le projet C est pourquoi je vous transmets un questionnaire qui va permettre de nous clairer sur les am liorations que nous pourrions apporter notre collaboration Cela fait maintenant 2 mois que notre projet a d but 1 3 4 5 6 7 Etes vous satisfait de la fr quence des rapports de notre avancement que nous vous envoyons 1 rapport toutes les 2 semaines Ces rapports vous semblent ils complets et clairs Doit on entrer plus dans les d tails Pensez vous que nous vous sollicitons assez travers nos mails Trop peut tre Pensez vous qu une r union mensuelle suffit elle au bon avancement de notre projet pour le moment La r partition en 2 groupes pour traiter en parall le les faisabilit s juridiques et techniques vous parait elle judicieuse Avez vous des remarques faire sur nos m thodes de travail Des conseils De mani re g n rale tes vous satisfait du travail fournit par notre quipe Communication Travail Attitude Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 98
89. sang les principaux chromophores du sang l oxyhemoglobine HBO le d oxyh moglobine HB Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 16 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e 500 350 600 650 700 750 00 250 900 910 100 anew d ondes men Courbe d absorption de l eau et des principaux chromophores du sang Figure 5 Dans la fen tre spectrale 780 950nm la lumi re p n tre profond ment les diff rentes couches du tissu humain De plus l absorption du proche infrarouge par l h moglobine est plus lev e Cette lumi re est diffus e ou dispers e par la peau et la graisse sous cutan e et absorb e par le sang qui appara t donc comme une r gion sombre tandis que la peau et la graisse apparaissent plus claires La fen tre de longueurs d ondes d tude semble clairement appara tre comme tant celle d finie entre 780 et 950 nm Il a dans un dernier temps fallu choisir le mode de visualisation le plus adapt Il existe trois modes de visualisation par transmission r flexion et transflexion Apr s documentation sur ces trois diff rents modes il est clairement apparu que le mode par r flexion tait le seul v ritablement adapt Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 17 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e En effet les cam ras sont plac es du m me c t que les metteur
90. si que le mat riel acquis en suivant un protocole voir Annexe 3 Voici les premiers clich s obtenus Ces premiers essais furent concluants puisqu effectivement la combinaison d un rayonnement 850 nm et une cam ra proche infrarouge nous a permis d observer les vaisseaux sanguins du bras 3 Tests d approfondissement a D termination des param tres optimaux La premi re phase des tests approfondis a consist d terminer les param tres pratiques permettant d obtenir le meilleur r sultat visuel c est dire observer le plus nettement les vaisseaux sanguins Pour cela nous avons fait varier la luminosit puis la distance entre la peau et l objectif de la cam ra Quelques exemples pour une moyenne luminosit Nous avons observ des diff rences au niveau du contraste et de la pr cision nettet des images Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 24 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Faible luminosit 10 cm 20 cm 40 cm Moyenne luminosit 10 cm 20 cm 40 cm Forte luminosit 10 cm 20 cm 40 cm Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 25 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Nous avons regroup les r sultats qualitatifs de cette premi re phase de tests dans le tableau Figure 10 Be Distance 10 cm Distance 20 cm Distance 40 cm Luminosit Contr
91. sommes tourn s vers un tel projet Apres l attribution officielle il nous a fallu nous impr gner du sujet en tudiant diverses publications propos es par nos clients que nous avons toff avec divers documents trouv s en majeure partie sur internet C est ainsi que nous avons pris connaissance des technique d imagerie infrarouge appliqu e a la m decine ainsi que des diverses probl matiques de chirurgie contemporaine et plus pr cis ment de la chirurgie laparoscopique Cette s quence de prise en main s est galement sold e par la rencontre de nos clients et de notre encadrant Nous avons pu prendre part une r union au sein de l IRCAD d but janvier 2012 afin de cibler les enjeux et d finir le cadre du projet en pr sence de tous les acteurs 2 Description de l existant brevets et syst mes analogues Une partie de l tude de faisabilit a t la recherche de brevet pouvant s apparenter notre projet A l aide de google patent et du site de l office europ en des brevets nous avons cherch des inventions s apparentant des appareils visualisant ou localisant les veines en utilisant une lumi re infrarouge et un cran de visualisation Tout d abord nous avons rapidement remarqu qu un certain nombre d appareils existaient d j Nous pouvons citer les deux principaux Accuvein Patent No US 7 904 138 B2 et VeinViewer Veinviewer tA Cependant ces appareils sont utilis s seulement pour localis
92. t gr Au vu de la complexit du projet du d lai respecter de notre r alisme et suite nos diverses tudes et entretiens avec clients et encadrants nous avons pris la d cision de limiter notre travail la preuve de concept avec leur accord Ceci tant notre objectif principal est d offrir une base compl te et modulable si le projet venait tre poursuivi par les clients En effet nous avons abandonn toute id e de transfert d image sur un poste environnant et r duit le nombre de cam ra afin de nous concentrer sur la visualisation en lumi re infrarouge avant d y ajouter l effet de st r oscopie De plus le prototype final ne sera pas une tablette int gr e mais un assemblage d l ments primaires tels que la carte d acquisition l cran le module cam ra et un logiciel de traitement d images Ce logiciel est avant tout destin am liorer la qualit de l image et de proposer des fonctionnalit s de r alit augment e Pour information le cahier des charges original est donn en Annexe 1 Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 12 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Chapitre 2 Etude th orique I Recherches bibliographiques 1 Prise en main du sujet et de son domaine d application Chaque membre de l quipe tant vivement attir par les domaines de l imagerie et des sciences du vivant c est naturellement que nous nous
93. t ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e qu elles pourront vraiment avoir lieu A l issu de ces derni res un rapport doit tre envoy aux clients comme cela il nous permet de nous souvenir des d cisions des clients Si ces derniers ne sont pas d accord ou qu il y a encore un malentendu c est galement un bon moyen pour le v rifier L volution de notre travail est pr sent e lors des r unions mais galement chaque quinzaine avec une revue du travail r alis et de celui qui est en pr vision des prochains quinze jours suivants C est pour les clients et l encadrant un bon moyen de v rifier galement l avancement des t ches Nous nous sommes galement rendu compte de l importance de garder une trace crite de chaque action d un client que ce soit en terme de livraison de mat riel de date de reunions etc car nous pouvons nous en servir de preuve le cas ch ant si il y a litige Dans ce sens un cahier des charges tr s pr cis doit tre tabli valid et sign par les clients Toute modification d cid e en commun doit faire galement l objet de la r daction d un nouveau cahier des charges et d une nouvelle phase de validation Car si cette derni re t che est omise nous n avons pas de preuve pour dire que les changements que nous avons propos s sur notre travail correspondent bien aux changements d id es des clients Pour conclure cet
94. tant la couleur des pixels mis O pour tous les pixels de l image Egalisation de l histogramme Le programme effectue une galisation ou equalization de l histogramme c est dire une expansion de la dynamique et une uniformisation de la luminosit cela augmente le contraste et les nuances de la couche de l image traiter tirement de l histogramme Le programme peut galement effectuer un tirement ou stretching de l histogramme c est dire une expansion de la dynamique cela augmente le contraste La diff rence avec l galisation de l histogramme est que l galisation effectue non seulement un tirement de l histogramme mais en plus son uniformisation c est dire le rend constant si l histogramme initial est continu peu pr s constant s il est discret ce qui est notre cas Si on essaye d appliquer un tirement d histogramme une image qui a d j subi une galisation d histogramme on ne voit donc aucune diff rence c R sultats Image de Lena originale Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 36 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e galisation des couches rouge verte galisation de la couche luminosit et bleue tirement des couches rouge verte et bleue tirement de la couche luminosit Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 37 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux s
95. te partie il appara t tr s clairement qu il est primordial de bien communiquer avec les clients Il ne faut pas h siter exposer un probl me faute de quoi nous pouvons tre tenus pour responsables sans que nous puissions nous justifier autrement que verbalement ce qui n a pas de valeur il Suivi des engagements Chaque quipe de projet a bien sur de nombreux engagements et tous les outils pr sent s plus t t sont l pour aider y r pondre de la meilleure des fa ons mais il faut galement tre conscient que les clients ont des engagements envers nous Pour cela nous devons galement mettre en place une politique de suivi des t ches et des obligations de leur part afin de ne pas souffrir de retards de leur part Etant relativement d pendants pour certaines parties du projet mat riel acheter mat riel qui doit tre mis disposition par le client aide sur des domaines pr cis etc nous devons nous assurer que ce qui doit nous tre remis le sera bien en temps et en heure Il ne faut pas h siter leur demander des preuves papier et surtout bien leur faire comprendre que le projet n est pas prendre la l g re que les engagements sont faits pour tre respect s Dans la mesure du possible il est galement important de faire en sorte que les int r ts ne se m langent pas entre encadrants et clients et afin de l viter de plut t restreindre les questions d ordre technique avec l encadrant Rap
96. ter le mode projet en collaboration avec ces entreprises sur un travail m lant divers domaines d application enseign s l cole tels que le traitement d images l optique l lectronique et la programmation Ce rapport a pour but de retracer notre travail effectu ces dix huit derniers mois sur ce projet Nous avons commenc par prendre connaissance des diff rentes ressources mises notre disposition par l cole et nos clients puis nous avons men une tude de faisabilit technique et juridique avec un important travail de documentation Une fois le cahier des charges sign nous avons d but la conception du prototype en suivant un planning pr cis d composant le projet en modules En clair nous avons effectu une campagne exp rimentale avec un prototype de tests avons d velopp des algorithmes de traitement d images et l avons int gr sur le prototype final livr le 2 mai 2013 Chaque module a t trait d compos en t che afin d op rer efficacement en quipe et chaque t che a t valid e au fur et mesure par les clients avec un plan qualit Comme le stipule le sujet l objectif tait d exploiter deux cam ras afin d observer les vaisseaux sanguins en trois dimensions st r oscopie Ceci dit cet objectif a t r duit l utilisation d une seule cam ra et de valider le concept la fin de celui ci figurent galement tous les documents relatifs la gestion de projet tels que le pla
97. ts OK Temps n cessaire pour r aliser cette tape 2 heures 2 ETAPE Visualisation des vaisseaux sanguins OK R glage cam ra luminosit contraste OK Temps n cessaire pour r aliser cette tape 1 5 heure Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e 3 ETAPE OBSERVATIONS DES TESTS PEAU BLANCHE Distance 20 cm Luminosit 12 contraste 40 Distance 40 cm Distance 10cm Luminosit forte Luminosit moyenne Luminosit faible Contraste Pr cision Contraste Pr cision Contraste Pr cision Temps pour effectuer les tests 1 heure af ETAPE Conclusion Contraste Pr cision Contraste Pr cision Contraste Pr cision luminosit est faible le contraste est fort Distance optimale environ 15 20 cm distance faible la pr cision est meilleure Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 Contraste Pr cision Contraste Pr cision Contraste Pr cision 83 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Annexe 4 D tection des courbes Pour aboutir au programme final de notre projet nous avons galement travaill sur la d tection des courbes en d veloppant un second programme Nous avons crit ce seco
98. ui sera livr en seconde ann e Tout ce travail pr alable s il est concluant permettra de servir d appui solide pour l obtention d ventuels financements pour une production plus grande chelle 2 Etude th orique Les objectifs inh rents l tude th orique sont avant tout la pr paration de la conception du livrable qui elle se d roulera durant la deuxi me partie du projet le prototypage Ils couvrent en premier lieu la construction et l organisation de l quipe autour d une dynamique commune ainsi que l impr gnation du sujet propos L acquisition du projet s effectue par sa d finition et la n gociation de son contenu avec les clients afin d aboutir un engagement Une tape de documentation est galement n cessaire la compr hension des concepts mis en jeu Ensuite le projet d fini et acquis par tous les acteurs le travail consiste en l organisation d une d marche de r alisation C est litt ralement une projection vers l avenir dont le but est d chantillonner le travail dans le temps Nous devons donc dans cette optique produire une feuille de route un planning et tablir un budget Ces l ments constitueront par la suite une r f rence de comparaison avec l avancement effectif du projet Les ch ances quant elle sont organis es suivant deux axes Une production orale avec la participation a trois pr sentations publiques Une production crite avec la r daction de rapports
99. ur Vitesse de 60 Hz Traiter la vid o programmation en open CV traitement minimum Afficher la vid o Tablette 300 cd Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 71 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e 3 Objectifs Le prototype r aliser doit afficher en temps r el l image du corps du patient faisant appara tre nettement ses vaisseaux sanguins sous cutan s afin que le chirurgien puisse viter de sectionner une veine ou un vaisseau sanguin au cours de l op ration Le principe repose sur la r flexion de rayonnement infrarouge par le corps mis par des diodes lectroluminescentes infrarouge qui sont ensuite captur s par les cam ras En r sum les principales caract ristiques de la r alisation sont Une plaquette PC qui affiche l image du corps du patient avec les vaisseaux sanguins qui apparaissent quip e d une carte lectronique assurant l acquisition la transmission et le traitement des donn es Deux cam ras proche infrarouge permettant de capturer l image Un ensemble de diodes lectroluminescentes infrarouges mettant le rayonnement sur la partie du corps visualiser 4 Moyens Z INNOV met disposition plaquette avec sa carte lectronique quip e du mat riel permettant de transmettre la vid o d un processeur de traitement de donn es accompagn des algorithmes de traitement actuellement exploit s sur la technol
100. ur une bande de fr quences dite ISM Industrielle Scientifique M dicale de 2 4 a 2 4835 GHz Le transfert de donn es de l metteur au r cepteur s effectue avec un taux de transfert de 450 Mbits s et un metteur classique a une port e d une centaine de m tres Pour exemple le Wi Fi met environ 28 minutes pour transf rer 4Go de donn es tout en consommant 7 de l nergie fournie par la batterie de l metteur soit une consommation moyenne de 228MW h Une discussion avec nos clients ainsi qu un approfondissement de l tude des volutions de cette norme nous a conduit a nous int resser la derni re norme la norme 802 11n ou le n Wi Fi Ce standard nous permet en th orie d atteindre un d bit de transfert de 6 00Mbps plus de 300Mbps en pratique avec une multiplication par cinq de la bande passante des versions ant rieures ceci tant possible grace un syst me d entr es et sorties multiples MIMO ou Multiple Input Multiple Output afin de sommer les signaux mis ainsi qu une technique de focalisation du signal par cr ation d interf rences constructives pour l amplifier Nous pouvons galement noter que cette nouvelle volution est compatible avec l existant autrement dit les clients des normes ant rieures pourront b n ficier de cette am lioration Les nouvelles applications vis es par cette volution sont en particulier destin es la vid o qui va demander de plus en plus de capacit et de qualit
101. ution du projet soit nous continuions soit nous en restions la Le livrable lui m me est modulaire dans sa conception c est a dire que nous avions une base minimum que nous devions tre capable de produire pour l ch ance finale Si le temps nous le permettait au vu des r unions de validation nous pouvions toffer cette base et am liorer le produit Ceci tant dit deux l ments ont compromis l avancement du projet l un d ordre humain et l autre d ordre technique Le premier a t r solu rapidement en mettant chaque membre devant ses responsabilit s et en communiquant avec l quipe d encadrement Le deuxi me concerne l effacement de notre client Sven Luther lors du travail de prototypage pour des raisons professionnelles Ceci a t un frein dans le sens o le mat riel n a pas t livr temps en plus d un manque d informations pendant plusieurs mois Ceci nous a men contourner le probl me en tudiant un achat de mat riel en parall le r ajuster le planning et tudier un ventuel prototype alternatif Finalement Sven nous a transmis le mat riel temps pour pouvoir le pr senter lors de la pr sentation finale et nous avons conclu un mode d change optimal sa situation Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 59 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e 2 Plan qualit Afin de v rifier le bon d roulement du projet et
102. uture Rapport Public 1 re Edition Avril 2013 49 Projet ing nieur 6 Tablette PC pour visualisation de vaisseaux sanguins en r alit augment e Chapitre 4 Le livrable I Livrables interm diaires Comme dit pr c demment le projet a t d coup en plusieurs modules plus ou moins ind pendants afin de d finir les livrables interm diaires Temporellement ils correspondaient sensiblement aux dates de pr sentation ou de revue technique nous en comptons cing en y incluant la preuve de faisabilit et le livrable final Ces livrables avaient pour but de valider les tapes de jalonner notre travail et surtout de g rer nos probl mes d approvisionnement de la part de Sven Luther que nous d crirons dans le plan qualit Nous nous sommes ainsi servis de ces livrables pour r ajuster notre planning 1 Visualisation des vaisseaux sanguins Suite l achevement de la preuve de faisabilit th orique il a t question de d montrer la faisabilit technique du concept avec les sp cifications du cahier des charges clairage infrarouge a 850nm bruit lumineux et type de peau principalement Ceci nous a amen s a effectuer une premi re campagne exp rimentale en salle de classe avec une cam ra de vid osurveillance et une interface informatique fournies par St phane Nicolau de I IRCAD La description et les r sultats de cette campagne sont d crits dans la partie Tests de validation de ce pr sent rapport Ce l

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