Commande sans contact d'éclairage opératoire par méthodes de vision informatique

Non-contact remote control of surgical lighting devices by computer vision means

• Auteur / Autrice : Jean-François Collumeau
• Direction : Bruno Emile, Hélène Laurent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologies industrielles
• Date : Soutenance le 31/01/2014
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Informatique, Physique Théorique et Ingénierie des Systèmes (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....)
• Jury : Président / Présidente : Didier Coquin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Emile, Hélène Laurent, Didier Coquin, Salah Bourennane, Patrice Dalle, Nacim Ramdani, Bertrand Guilleminot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Salah Bourennane, Patrice Dalle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande automatique

Médecine -- Appareils et matériel

Vision par ordinateur en médecine

Mots clés libres

Commande sans contact

Commande gestuelle

Dispositif mobile

Descripteur de main

Remote control

Hand gesture control

Mobile device

Hand descriptor

Résumé

De nos jours, le maintien de l'asepsie dans la salle d'opération est vital pour la limitation de la transmission d'infections nosocomiales au patient lors de l'opération. Des mesures d'asepsie drastiques ont pour but de préserver la zone stérile de tout agent infectieux.Elles interdisent actuellement au chirurgien d'interagir avec les équipements non-stériles du bloc.Le chirurgien opérant souhaiterait cependant disposer d'un contrôle direct sur certains équipements spécifiques du bloc dans des situations données sans enfreindre ces mesures.Les travaux présentés dans cette thèse concernent le développement d'une Interface Homme-Machine permettant la commande gestuelle sans contact, et donc sans transmission d'agents infectieux, de tels équipements.Dans la continuité des travaux existants dans la littérature, une chaîne de traitement basée sur des techniques de vision informatique et un prototype de caméra portée par l'utilisateur ont ainsi été développés pour atteindre ces objectifs. Ce document présente les études comparatives menées sur des algorithmes issus de la littérature afin de sélectionner les plus aptes à être employés dans la chaîne logicielle. Un descripteur géométrique dédié aux mains est introduit, et des approches coopératives sont investiguées sur les étapes de localisation de la main et de classification de la posture prise.Les performances de la chaîne de traitement ainsi créée sont évaluées dans différentes situations à l'aide de bases d'images et de vidéos extensives acquises dans des conditions proches de celles du bloc opératoire, ainsi que sur des images synthétiques réalisées sur un modèle virtuel de main créé ad hoc.Un démonstrateur composé de la chaîne de traitement développée et d'un prototype de caméra frontale permet, associé à une simulation de bras-support d'éclairage opératoire, d'illustrer les possibilités ouvertes par le système développé au cours de cette thèse.

Asepsis preservation in operating rooms is nowadays compulsory for avoiding the spread of hospital-acquired diseases to patients during surgeries. Drastic asepsis measures aim at preserving the sterile area of the operating room from infective agents.These measures forbid surgeons from interacting with non-sterile devices. Surgeons wish nonetheless having direct control over some of these devices.The works presented in this thesis relate to the development of a Human-Computer Interface enabling remote, hence without transmission of infective agents, non-contact control over such devices.Following on from previous authors' works in the literature, an image processing chain based on computer vision techniques and a wearable camera prototype have been developed in order to achieve these goals.This document presents the comparative studies led with algorithms issued from the literature with the aim of selecting the most suitable for using in the processing chain. A dedicated geometry-based hand descriptor is introduced, and cooperative approaches are investigated in relation with the hand localization and posture classification steps.The performance achieved by the processing chain in various situations are quantified using extensive picture and video databases acquired in conditions close to those of the operating room. Synthetic pictures created using an ad hoc virtual model of the hand are used as well for this evaluation.A demonstrator composed of the developed processing chain, a wearable camera prototype and a surgical lighting arm simulator enables the illustration of the possiblities offered by the system developed during this thesis.