FR2891725A1 - Procede et dispositif d'analyse de la reponse des canaux semi-circulaires de l'oreille interne a des mouvements rapides de la tete. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé d'analyse du mouvement des yeux d'une personne durant un mouvement de la tête de la personne, comprenant des étapes d'acquisition d'images de la tête d'une personne pour obtenir un flux d'images ; d'acquisition en temps réel des caractéristiques du mouvement de la tête de la personne ; de traitement en temps réel des images du flux d'image en fonction des caractéristiques du mouvement de la tête de la personne, et d'émission d'un signal à destination d'un opérateur si les caractéristiques du mouvement de la tête de la personne remplissent une condition. Application notamment à l'analyse de la réponse des canaux semi-circulaires de l'oreille interne à des mouvements rapides de la tête.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF D'ANALYSE DE LA REPONSE DES CANAUX SEMI-CIRCULAIRES

DE L'OREILLE INTERNE A DES MOUVEMENTS RAPIDES DE LA TETE

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'analyse simultané des mouvements de la tête et des yeux. La présente invention s'applique notamment, mais non exclusivement à l'analyse de la réponse des canaux semi-circulaires de l'oreille interne à des mouvements rapides de la tête d'un être humain. Elle s'applique plus généralement, à tout test impliquant l'étude des variations de la direction du regard induites par des mouvements de tête actifs ou passifs de haute fréquence. La forme à la fois contournée et compartimentée de l'oreille interne lui vaut le nom de labyrinthe. Le labyrinthe antérieur assure l'audition, tandis que le postérieur participe à la fonction d'équilibration. Le labyrinthe postérieur, en plus d'un compartiment nommé "vestibule", est doté de capteurs d'accélérations angulaires appelés "canaux semi-circulaires". Ces derniers, au nombre de trois pour chaque oreille interne, sont disposés selon trois plans perpendiculaires entre eux, de sorte que l'ensemble forme un accéléromètre angulaire tridimensionnel. Cet accéléromètre est sensible aux mouvements naturels de la tête. Ces mouvements peuvent être décomposés en mouvements lents, de fréquence comprise entre 0,05 et 0,5 Hz, et en mouvements rapides de fréquence comprise entre 0,5 et 5 Hz. En ce qui concerne les mouvements lents, chaque canal est sensible à toute rotation effectuée dans son plan et fournit une indication sur le sens de rotation. Par contre, chacun des canaux semi-circulaires n'est sensible à un mouvement de rotation rapide que s'il est effectué dans un seul sens, appelé "sens excitateur". Quand un canal semi-circulaire est stimulé, son signal de sortie est destiné à la commande automatique, autrement-dit réflexe, de muscles répartis d'une part au niveau des yeux (réflexe vestibulo-oculaire ou VOR), et d'autre part au niveau des muscles extenseurs dits "posturaux" du squelette (réflexe vestibulo-spinaux). Les réflexes vestibulo-oculaires permettent de stabiliser les images sur la rétine lors des mouvements de rotation de la tête. Le plus célèbre de ces réflexes est connu sous le nom de "Nystagmus". De leur côté, les réflexes vestibulo-spinaux répartissent le tonus des muscles extenseurs entre les moitiés droite et gauche du corps, et participent ainsi au maintien automatique de la posture, de l'équilibration, et de l'orientation. En clinique humaine, l'exploration des canaux semi-circulaires est effectuée en les stimulant et en observant leur réponse, soit au niveau du réflexe vestibulo-oculaire, par une analyse des mouvements des yeux, soit au niveau du réflexe vestibulo-spinal, par une analyse des attitudes ou des mouvements du corps. Cependant, au niveau du squelette, les articulations peuvent être victimes de traumatismes ou de processus inflammatoires ou dégénératifs de type arthrosique. Par opposition, l'oeil est assimilable à une articulation sphérique pratiquement inusable, si l'on fait abstraction de sa fonction sensorielle. C'est pourquoi depuis toujours l'étude de la fonction des canaux semi- circulaires s'appuie sur l'étude du réflexe vestibulooculaire (VOR). Toutefois, lorsqu'un sujet tourne sa tête en présence d'un décor normalement éclairé et composé d'objets stables aux contours définis et contrastés, les entrées visuelles peuvent suffire à la stabilisation des images sur la rétine. On parle alors de réflexe Visio-vestibulo-oculaire, ou VVOR, pour souligner cette participation des entrées visuelles à la gestion du mouvement oculaire. Par conséquent, si l'objectif de l'examen est d'évaluer la seule fonction vestibulaire, le seul VOR, alors il faut bien connaître les conditions de cette participation des entrées visuelles et, le cas échéant, pouvoir s'en affranchir. Or des études du réflexe, dit "nystagmus optocinétique", induit par un panorama en défilement devant une tête immobile, ont montré que la stimulation visuelle devient inopérante lorsque la vitesse angulaire du panorama dépasse 2000/seconde. Fondés dès 1901, les principes généraux de l'exploration vestibulaire n'ont guère évolué. Pour stimuler les canaux semi-circulaires, le sujet est assis sur un fauteuil qui est mis en rotation soit manuellement, soit électriquement. Or l'usage d'un fauteuil rotatif à commande électronique ou manuelle, entraîne une série de limitations.

La tête n'est mise en mouvement que dans le plan horizontal. Il en résulte qu'un seul canal semi-circulaire est étudié sur les trois présents dans chaque oreille. L'usage d'un fauteuil rotatif ne permet que des mouvements lents, de fréquence inférieure à 0,5 Hz. Il est alors nécessaire de placer le sujet dans le noir pour supprimer les influences visuelles, ce qui pose des difficultés techniques d'observation des mouvements oculaires. Depuis plus de dix ans (brevet FR2700938 ou US5555895), on utilise à cet effet des caméras vidéo incluses dans un masque étanche à la lumière, qui filment l'oeil éclairé par des diodes irradiant dans le proche infrarouge. Les conditions d'un tel examen peuvent s'avérer angoissantes pour le sujet.

Du fait de la bidirectionnalité des canaux lors de mouvements lents de la tête, il est nécessaire de recourir à des stimulations thermiques non physiologiques pour départager les parts respectives de l'oreille droite et de la gauche dans la réponse globale. Un tel examen ne permet pas d'analyser la fonctionnalité du canal semi-circulaire pour des fréquences de stimulation supérieures à 0,5 Hz. Il résulte de ces limitations que le bilan fonctionnel établi à la suite d'un tel examen est incomplet à la fois sur le plan anatomique et sur le plan physiologique. En 1988, les auteurs australiens Curthoys et Halmagyi ont décrit un test clinique permettant, grâce à de brefs mouvements de tête passifs, de tester individuellement la réponse de chacun des six canaux semi-circulaires (HALMAGYI GM, CURTHOYS IS, "A clinical sign of canal paresis", Arch. Neurol. 45:737-739 - 1988). Il s'agit du test de Curthoys & Halmagyi ou "Head Impulse Test" (HIT). Ce test a pour objectif de tester le fonctionnement de chacun des canaux semi-circulaires, un par un, et à des fréquences de stimulation de l'ordre de 5 Hz, c'est-à-dire correspondant à des mouvements brusques mais physiologiques de la tête.

Durant le test HIT, le sujet est assis et doit fixer un repère quelconque, qui peut être la pointe du nez de l'opérateur. L'opérateur est assis en face du sujet, et lui tient la tête à deux mains. A un instant et dans un sens imprévisible, l'opérateur imprime à la tête du sujet un mouvement brusque de relativement faible amplitude de l'ordre de 20 degrés, et ayant une vitesse supérieure à 200 degrés par seconde. Ce mouvement a donc une durée inférieure à un dixième de seconde. Il est possible de stimuler séparément chacun des six canaux semi-circulaires, par les six mouvements suivants :

un mouvement horizontal vers la droite stimule le canal latéral droit, un mouvement horizontal vers la gauche stimule le canal latéral gauche, une impulsion en avant dans le plan sagittal, tandis que tête est tournée à droite de 45 , stimule le canal supérieur gauche, une impulsion en arrière dans le plan sagittal, tandis que tête est tournée à droite de 45 , stimule le canal postérieur droit, une impulsion en avant dans le plan sagittal, tandis que la tête tournée à gauche de 45 , stimule le canal supérieur droit, et une impulsion en arrière dans le plan sagittal, tandis que la tête est tournée à gauche de 45 , stimule le canal postérieur gauche. Ce test a également été décrit dans les documents suivants . AW ST & Coll, "Three-dimensional vector analysis of the human vestibuloocular reflex in response to high-acceleration head rotations. I. Responses in normal subjects", J. Neurophys. 76:4009-4020, (1996a), et "II. Responses in subjects with unilateral vestibular loss and selective semicircular canal occlusion" J.

Neurophys. 76:4021-4030, (1996b), CREMER P.D. & Coll - "Semicircular canal plane head impulses detect absent function of individual semicircular canals" - Brain, 1998 ; 121 : 699-716 Le test HIT présente les avantages suivants. Grâce à la vitesse de rotation de la tête (supérieure à 200 /s), l'entrée visuelle est inopérante au niveau de la gestion du mouvement des yeux. Autrement dit, bien que le test se déroule en présence d'un décor visible, le sujet réagit comme s'il était dans l'obscurité totale.

Dans ces conditions, seul le canal semi-circulaire stimulé est capable de maintenir le regard dans la direction de la cible. Grâce à la faible durée de la rotation, inférieure à 100 ms, ce qui correspond à une fréquence de stimulation d'environ 5 Hz, seul le canal se trouvant dans le sens excité est impliqué dans la réponse. Enfin, les cellules phasiques du canal stimulé commandent les neurones moteurs du globe oculaire à partir d'un réflexe à seulement trois neurones. Or ces trois neurones ont des temps de conduction rapides et des trajets courts. Dans ces conditions, la latence du réflexe est particulièrement courte, de l'ordre de 16 ms. Cette latence est donc pratiquement indécelable par une observation directe.

Si le canal semi-circulaire stimulé est fonctionnel, le sujet ne quitte pas la cible des yeux : la direction de son regard est maintenue involontairement constante. Du fait de la très faible latence du réflexe vestibulo-oculaire, le synchronisme des mouvements de la tête et des yeux semble parfait. Ce synchronisme révèle que le canal semi-circulaire stimulé réagit normalement aux conditions fréquentielles de stimulation du test HIT. Si le canal semi-circulaire stimulé est déficient, ni l'information visuelle, ni le labyrinthe n'interviennent pour maintenir le regard vers la cible. Le sujet quitte donc la cible des yeux et, comme il est instruit de ne pas le faire, il y revient volontairement au prix d'une latence supérieure à 100 ms. Le praticien peut alors observer une saccade dans le mouvement des yeux qui est le signe d'un asynchronisme par rapport au mouvement de tête. Cet asynchronisme révèle une défaillance du canal semi-circulaire stimulé vis-à-vis des hautes fréquences. Au niveau de l'évaluation de la fonction 35 vestibulaire, le test HIT est d'un intérêt théorique considérable, puisqu'il permet l'étude séparée de chacun des six canaux semi-circulaires. De plus, ce test stimule chaque canal dans le domaine des mouvements de tête où la fonction vestibulaire est la seule permettant d'assurer la stabilité du regard. Ce test présente également l'avantage de n'exiger aucun matériel, et d'avoir une durée totale d'exécution très courte. L'amplitude du mouvement de la tête n'a pas besoin d'être grande : 20 à 30 suffisent. Dès lors, le test HIT est très bien supporté y compris par des sujets âgés et arthrosiques. Le mouvement de la tête imposé par le praticien correspond en durée et en vitesse à des mouvements régulièrement effectués de façon active par le sujet dans sa vie de tous les jours. De ce fait, il se situe à l'opposé des tests basés sur des stimulations thermiques, et présente avantage d'explorer le fonctionnement labyrinthique dans la gamme des fréquences physiologiques.

La stimulation de chaque canal semi-circulaire dure moins d'une demi-seconde. Par conséquent, même en répétant plusieurs stimulations pour chaque canal, la durée totale du test ne dépasse pas une ou deux minutes. Par contre, les tests thermiques nécessitent une demi- heure pour tester les seuls canaux semi-circulaires latéraux à une fréquence de fonctionnement non physiologique. Le test HIT est en outre complet du fait qu'il permet d'explorer individuellement chacun des canaux semi-circulaires. En effet, les stimulations s'opèrent dans le plan d'un couple de canaux semi-circulaires : soit les deux canaux latéraux qui sont coplanaires, soit le supérieur d'un côté et le postérieur controlatéral, qui sont dans des plans parallèles. Parmi les deux canaux qui se trouvent dans le plan de stimulation, seul celui qui est orienté dans le sens excitateur est stimulé, et donc testé au travers des mouvements oculaires. Malgré ces avantages, ce test n'est aujourd'hui utilisé que par un nombre dérisoire de praticiens. La brièveté du test HIT est à l'origine de la principale difficulté d'interprétation. En effet, le mouvement oculaire est très rapide, et en cas d'asynchronisme, le retard est souvent si court qu'il fait douter de sa réalité. Par ailleurs l'observation peut être perturbée par un réflexe de fermeture de paupières. Enfin, si l'interprétation du test est parfois relativement accessible pour les canaux latéraux, le mouvement oculaire induit par la stimulation des canaux verticaux n'est pratiquement jamais concluant. C'est la raison pour laquelle on a proposé l'utilisation d'un masque dit de "vidéonystagmoscopie" (MAGNUSSON M, KARLBERG K, HALMAGYI M, HAFSTRâM A, "The video-impulse test enhances the possibility of detecting vestibular lesions", J Vest Res 2002 11(3-5), 231). Il s'agit d'un masque équipé d'une caméra filmant un oeil éclairé dans le proche infrarouge, tandis que l'autre oeil observe la cible au travers d'un oculaire ouvert du masque. L'usage de ce masque permet d'obtenir des images oculaires agrandies qui sensibilisent l'observation. Cependant cette amélioration de la sensibilité du test HIT est à ce point limitée que celui-ci reste encore aujourd'hui ignoré de la plupart des médecins oto-rhino-laryngologistes. La courte durée d'exécution du test HIT vient de l'extrême brièveté à la fois de la stimulation, de la réponse correspondante, et du délai qui sépare ces deux événements. Or cette même brièveté rend le test particulièrement peu concluant, que ce soit avec ou sans apport de la vidéoscopie. Il s'avère en effet impossible d'analyser correctement les mouvements de l'oeil sans avoir recours à un procédé d'arrêt sur image. Par ailleurs, le mouvement de la tête doit être correctement appliqué et en particulier le seuil des 200 /s environ doit être atteint pour être sûr qu'une défaillance du canal semi-circulaire stimulé puisse être réellement détectée. Une simple observation vidéo laisse donc le praticien dans l'incertitude tant au niveau du protocole effectué qu'au niveau du résultat. On a déjà proposé des systèmes permettant d'enregistrer simultanément la position de la tête et des yeux. L'un de ces systèmes place le sujet, assis sur un fauteuil, dans un puissant champ magnétique. La position de la tête et le mouvement des yeux sont enregistrés grâce à l'étude de courants induits dans des bobines incluses respectivement dans une monture couplée à la tête, et dans des lentilles sclérales posées sur l'oeil. Ce système est très onéreux. Il nécessite d'appliquer une procédure d'étalonnage longue et difficile. En outre, il est parfois mal toléré au niveau de l' oeil, et n'est pas transposable en clinique humaine.

La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités, tout en maintenant l'intégralité des multiples avantages du test HIT. Cet objectif est atteint par la prévision d'un procédé d'analyse du mouvement des yeux d'une personne durant un mouvement de la tête de la personne, comprenant une étape d'acquisition d'images de la tête d'une personne pour obtenir un flux d'images. Selon l'invention, le procédé comprend des étapes consistant à . acquérir en temps réel des caractéristiques du mouvement de la tête de la personne, et émettre un signal à destination d'un opérateur si les caractéristiques du mouvement de la tête de la personne remplissent une condition, et - traiter au moins une image du flux d'image en fonction des caractéristiques du mouvement de la tête. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'acquisition des caractéristiques du mouvement de la tête comprend des étapes de détermination de la vitesse de rotation de la tête de la personne, et d'émission d'un signal suivant que la vitesse déterminée dépasse ou non un seuil de vitesse. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'acquisition des caractéristiques du mouvement de la tête comprend une étape de détermination de la direction de rotation de la tête de la personne. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'acquisition des caractéristiques du mouvement de la tête de la personne est effectuée à l'aide d'un capteur de vitesse. Alternativement, l'acquisition des caractéristiques du mouvement de la tête est effectuée par une analyse d'au moins une partie des images du flux d'images.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'acquisition des caractéristiques du mouvement de la tête de la personne est effectuée en détectant dans au moins une partie des images du flux d'images au moins une pupille de la personne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'acquisition des caractéristiques du mouvement de la tête de la personne est effectuée par une recherche de points extrêmes de luminosité dans au moins une partie des images du flux d'images, et par une analyse statistique du déplacement de ces points extrêmes entre deux images du flux d'images. Selon un mode de réalisation de l'invention, le traitement des images du flux comprend une étape de capture d'une séquence d'images du flux d'images.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le traitement des images du flux comprend une étape de détermination dans les images du flux d'image de la direction du regard de la personne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la détermination de la direction du regard est effectuée en détectant dans au moins une partie des images du flux d'images une pupille de l'oeil de la personne et un reflet d'une source lumineuse sur la cornée de l'oeil de la personne, et en mesurant la position du reflet détecté par rapport à la pupille détectée dans les images. L'invention concerne également un dispositif d'analyse du mouvement des yeux d'une personne durant un mouvement de la tête de la personne, comprenant une caméra fournissant un flux d'images numériques de la tête d'une personne. Selon l'invention, le dispositif comprend : des moyens pour acquérir en temps réel des caractéristiques du mouvement de la tête de la personne, des moyens pour émettre un signal à destination d'un opérateur si les caractéristiques du mouvement de la tête de la personne remplissent une condition, et des moyens de traitement d'image pour traiter au moins une image du flux d'image en fonction des caractéristiques du mouvement de la tête. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend des moyens pour acquérir la vitesse de rotation de la tête de la personne, et pour émettre un signal suivant que la vitesse déterminée dépasse ou non un seuil de vitesse. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend des moyens pour acquérir la direction de rotation de la tête de la personne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend au moins un capteur de vitesse pour déterminer une vitesse de rotation de la tête de la personne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend des moyens de traitement d'image pour déterminer les caractéristiques des mouvements de la tête de la personne à partir d'au moins une partie des images du flux d'images.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend des moyens pour détecter dans au moins une partie des images du flux d'images au moins une pupille de la personne, et pour déterminer les caractéristiques du mouvement de la tête de la personne en fonction de la position de la pupille dans les images. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend des moyens pour rechercher des points extrêmes de luminosité dans au moins une partie des images du flux d'images, et pour déterminer les caractéristiques du mouvement de la tête de la personne par une analyse statistique du déplacement de ces points extrêmes entre deux images du flux d'images. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de traitement d'image comprennent des moyens de capture d'une séquence d'images du flux d'images. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de traitement d'image comprennent des moyens de détermination dans les images du flux d'images de la direction du regard de la personne.

Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de détermination de la direction du regard comprennent des moyens pour détecter dans au moins une partie des images du flux d'images une pupille de la personne et un reflet d'une source lumineuse sur la cornée de l'oeil de la personne, et des moyens pour mesurer la position du reflet détecté par rapport à la pupille détectée dans les images. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend une source de lumière pulsée émettant des flashs synchronisés sur la fréquence image ou trame de la caméra.

Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation préféré de l'invention, faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : - la figure 1 représente schématiquement un dispositif 15 selon l'invention, -la figure 2 représente sous la forme de blocs les principales fonctions d'un premier mode de réalisation du dispositif illustré sur la figure 1 ; - la figure 3 est un organigramme illustrant des étapes 20 du procédé selon l'invention ; - la figure 4 représente sous la forme de blocs les principales fonctions d'un second mode de réalisation du dispositif illustré sur la figure 1. La figure 1 représente un dispositif selon 25 l'invention. Ce dispositif comprend une caméra vidéo 10 fournissant un flux d'images, une source d'éclairage 11, et un ordinateur 12 associé à un logiciel et recevant et traitant le flux d'images prises par la caméra. La caméra 10 est placée en face du sujet de façon à 30 obtenir une image "plein cadre" du visage 5 du sujet. En pratique, la caméra est placée entre 0,8 et 1 mètre du visage. La source d'éclairage 11 émet de la lumière visible ou proche de l'infrarouge (940 nm) pour obtenir une image 35 contrastée du visage du sujet.

La caméra 10 comprend un capteur par exemple de type CCD, et fournit un flux vidéo numérique ou analogique de type PAL ou NTSC, monochrome ou couleurs. Si elle est de type analogique, le dispositif comprend en outre un convertisseur CV pour convertir en temps réel le signal vidéo analogique fourni par la caméra en flux d'images numériques. Selon l'invention, l'ordinateur 12 analyse les images reçues et interagit avec l'opérateur pour lui fournir des informations utiles à la réussite de l'examen, ainsi que les résultats de cet examen. La caméra 10 filme en continu la tête du sujet, tandis que l'ordinateur effectue l'acquisition en temps réel des caractéristiques des mouvements de la tête du sujet, et traite les images en vue de fournir des informations utiles au diagnostic. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'acquisition des caractéristiques du mouvement de la tête est effectuée en analysant les images reçues. Le traitement d'image effectué par l'ordinateur dépend des caractéristiques (direction, sens vitesse) du mouvement de tête effectué par le sujet. L'ordinateur 12 peut présenter les résultats du traitement sous la forme d'une succession d'images prises au moment où la tête fait un mouvement particulier, par exemple lorsqu'elle atteint un seuil de vitesse. Ces images sont sélectionnées par l'ordinateur pour permettre au praticien d'établir un diagnostic. Le traitement d'image réalisé par l'ordinateur peut également comprendre une analyse des images pour déterminer la direction du regard du sujet en corrélation avec les mouvements de la tête, et afficher une courbe montrant l'évolution de la direction du regard (d'un oeil ou des deux yeux) du sujet pendant le mouvement de la tête.

La caméra 10 présente une sensibilité suffisante pour fournir des images contrastées. Son temps d'ouverture (shutter) est assez faible pour que l'image ne soit pas floue pendant les mouvements brusques de tête. En pratique un temps d'ouverture inférieur à 3 ms est suffisant. La source d'éclairage 11 peut également contribuer à l'obtention d'images nettes. A cet effet, elle est de type source de lumière pulsée, émettant des flashs d'une durée de 2 ms par exemple, synchronisés sur la fréquence image ou trame de la caméra. Alternativement, il est possible d'utiliser une caméra "rapide" afin d'obtenir davantage d'images pendant les mouvements rapides de la tête du sujet.

Pour déterminer la direction du regard du sujet, on utilise de préférence une caméra monochrome 10 sensible au proche infrarouge et non à la lumière visible, associée à une source d'éclairage infrarouge 11. La source d'éclairage est alors placée à une vingtaine de centimètres sous la caméra comme illustré sur la figure 1, afin d'optimiser le reflet obtenu sur la cornée de l'oeil filmé. Ces dispositions permettent de mieux maîtriser le reflet de l'éclairage apparaissant dans la pupille sur les images prises par la caméra, et ainsi d'affiner le calcul de la direction du regard. Le convertisseur CV est tout à fait standard et comprend une carte de numérisation vidéo PCI incluse dans l'ordinateur 12. Alternativement, le convertisseur comprend un module de numérisation vidéo conçu pour se connecter sur un port USB de l'ordinateur. La résolution des images numérisées fournies par le convertisseur ou directement par la caméra, si celle-ci est numérique, est d'au moins 640x480 pixels. Le logiciel exécuté par l'ordinateur réalise 35 essentiellement les fonctions suivantes : acquérir des caractéristiques du mouvement de la tête du sujet, et en particulier pour calculer la direction et la vitesse de rotation de la tête, déterminer si le mouvement de la tête présente des caractéristiques prédéfinies, et en particulier si le mouvement est utile au diagnostic recherché, et en informer le praticien, et traiter les images prises par la caméra pour fournir des informations utiles au diagnostic.

Le traitement d'image peut consister à capturer des séquences d'images utiles au diagnostic recherché, et/ou analyser le flux d'images pour déterminer la direction du regard, par exemple en détectant une ou deux pupilles du sujet et les reflets de la lumière sur la cornée. Les résultats du test sont ensuite présentés sous forme d'images pertinentes de la tête ou de courbes représentant l'évolution du regard pendant l'examen. Les fonctions principales du dispositif selon l'invention sont présentées sur la figure 2. Sur cette figure, le dispositif comprend un module d'acquisition du mouvement de la tête AMT, un module de capture d'image MCI, un organe de commutation 13, un module de détermination de la direction du regard MDR, et un module de présentation et d'affichage MAF des résultats du test.

Le module d'acquisition du mouvement de la tête AMT analyse le flux d'images produit par la caméra 10, et éventuellement numérisé par le convertisseur CV, et fournit la direction Dir et la vitesse Vr de rotation de la tête du sujet. Lorsque la vitesse de rotation dépasse un certain seuil réglable, par exemple fixé par défaut à 200 /s, le module AMT actionne l'organe de commutation 13 pour que le flux d'image soit appliqué au module de capture d'image MCI et au module de détermination de la direction du regard MDR.

Le traitement effectué par le module AMT est illustré sur la figure 3. Pour déterminer la direction Dir et la vitesse de rotation Vr, le module AMT calcule des distances probables de déplacement horizontal et vertical entre deux images (étapes Si et S2). Pour cela, le module AMT extrait dansune image courante et une image précédente, par exemple trois bandes horizontales de 5 pixels de large. Ces bandes sont centrées sur l'image et espacées typiquement de 10 pixels. A partir de ces bandes, le module AMT forme autant de profils de niveaux de gris moyennés et lissés. Le module AMT détermine ensuite dans les profils la position d'extremums (maximums et/ou minimums) locaux d'intensité lumineuse.

Toutes les positions des extremums localisés dans l'image courante sont soustraites aux positions des extremums de l'image précédente. Toutes les combinaisons possibles de ces différences sont stockées. Chaque différence constitue une valeur de déplacement possible de la tête du sujet dans l'image. Par effet statistique, une valeur de déplacement possible apparaît plus souvent que les autres. Cette valeur est détectée et mémorisée en tant que déplacement le plus probable de la tête du sujet.

Ce traitement est également appliqué à des bandes verticales extraites dans l'image courante et dans l'image précédente (étape S2). A l'étape suivante S3, le module AMT compare le déplacement probable horizontal et le déplacement probable vertical obtenus, pour en déduire la direction Dir la plus probable de rotation de la tête entre les deux images successives courante et précédente, ainsi que l'amplitude Ap en pixels de ce mouvement. A l'étape suivante S4, le module AMT détermine la 35 vitesse de rotation de la tête du sujet. A cet effet, il convertit l'amplitude du mouvement de la tête Ap en une amplitude en degrés Ad, en considérant qu'en première approximation, ces deux grandeurs sont proportionnelles : Ad = K Ap. Cette approximation est justifiée par la faible variation d'angle mesurée et le peu de précision requise (2096 suffit largement). La valeur du coefficient de proportionnalité K dépend principalement de trois facteurs : - les caractéristiques de la caméra 10 et de son 10 objectif, -la distance entre la caméra et le visage du sujet, et - les caractéristiques géométriques et mécaniques du sujet. Les deux premiers facteurs peuvent être fixés dans 15 des limites connues, mais le troisième nécessite des essais sur plusieurs sujets dont on calibre le mouvement à l'aide d'autres moyens de mesure (repérage par faisceau laser) pour obtenir une valeur du coefficient K par défaut tout à fait satisfaisante pour n'importe quel 20 sujet. Il est toutefois possible d'affiner cette valeur pour un sujet particulier. Enfin, pour obtenir la vitesse de rotation Vr de la tête, il suffit de multiplier l'angle de déplacement Ad entre deux images successives par la fréquence d'image du 25 dispositif. Le choix du traitement d'image utilisé n'est pas fondamental, et tout autre traitement permettant d'obtenir en temps réel la vitesse et la direction du mouvement de la tête peut convenir. 30 La direction Dir et la vitesse Vr ainsi mesurées du mouvement de la tête sont ensuite utilisées d'une part pour guider le praticien, et d'autre part pour déclencher des mesures et/ou la capture d'images utiles au diagnostic. Plus précisément, la vitesse Vr est comparée 35 à une valeur de seuil ajustable (étape S5) et si la valeur de seuil est atteinte ou dépassée, un traitement d'image est déclenché (étape S6). Le module AMT répète le traitement d'acquisition du mouvement de la tête décrit ci- avant (étapes S1 à S6), sur chaque image par rapport à l'image précédente. Il émet des signaux lorsqu'il détecte un changement de direction du mouvement de la tête ou un franchissement du seuil de vitesse de rotation Vr. En outre, si le module AMT détecte un changement de direction Dir ou si la vitesse de rotation Vr descend en dessous du seuil de vitesse, le traitement d'image réalisé par les modules MCI et/ou MDR est interrompu par une commande appliquée à l'organe de commutation 13. Dans le test HIT, il est important que le praticien imprime à la tête du sujet un mouvement correct en direction et en vitesse. Le dispositif selon l'invention est conçu pour fournir en temps réel la vitesse de rotation de la tête, par exemple sous une forme visuelle et/ou sonore. De cette manière, le praticien peut corriger immédiatement son geste. Ainsi, le praticien peut préparer son geste par de lentes oscillations dans la direction de son choix. Par le traitement décrit ci-avant, le module AMT détecte la direction de ces oscillations et l'affiche à l'attention du praticien. Le module AMT peut également contrôler que la direction de ces oscillations est constante, et déclencher l'émission d'un signal, par exemple sonore, en cas de détection d'un changement de direction. Il est à noter qu'un mouvement relativement lent précédant le mouvement impulsionnel, permet également de tester la mobilité de la nuque du sujet et l'absence de contracture excessive des muscles dans cette région. Le praticien imprime ensuite à la tête du sujet un mouvement rapide ou impulsionnel. Si la vitesse de rotation de la tête atteint un certain seuil réglable égal à 200 /s par défaut, le dispositif active le module de détermination de la direction du regard MDR et/ou le module de capture d'images MCI. Le dispositif peut également afficher la vitesse atteinte et/ou déclencher l'émission d'un signal sonore par exemple, indiquant que le mouvement de la tête est correct (en direction et vitesse). En effet, il est important de signaler que le mouvement imprimé à la tête est correct, sachant qu'un mouvement incorrect peut fausser le diagnostic. Le praticien peut alors répéter le mouvement ou décider d'appliquer un autre mouvement pour stimuler un autre canal semi-circulaire. Cette fonction de guidage a aussi un rôle important dans le processus d'auto apprentissage de la manoeuvre par 15 le praticien. Il est à noter que l'acquisition des mouvements de la tête décrite ci-avant ne nécessite pas de modifier l'aspect initial du visage en y plaçant une ou plusieurs marques, ou en procédant à un démaquillage. 20 Le module de capture d'image MCI est activé par le module AMT lors la détection d'un dépassement du seuil de vitesse de rotation Vr dans la direction considérée. Le module MCI est conçu pour mémoriser une rafale de n images consécutives avec n >= 2 (4 par défaut) dès qu'il 25 est activé par le module AMT. La première image mémorisée est prise au début du mouvement impulsionnel de la tête et les autres suivent selon une période d'échantillonnage de 40 ms (PAL) ou 33 ms (NTSC). Cette période d'échantillonnage est à la fois assez longue pour 30 permettre à la tête de tourner d'un angle significatif entre deux images, et beaucoup trop courte pour qu'intervienne le moindre mouvement volontaire du sujet, corrélé au stimulus. De cette manière, seul le réflexe vestibulo-oculaire peut assurer le maintien du regard en 35 direction de la cible.

Le praticien peut émettre un diagnostic sur la base d'une simple observation de la constance de la direction du regard sur la série d'images capturées. Cette constance de la direction du regard peut être détectée simplement en constatant l'invariance de la position des reflets cornéens. Cette observation est facilitée par un affichage immédiat de la série d'images correspondant à chaque rafale, accompagnée d'un numéro d'ordre et de la mention de l'angle et de la vitesse de rotation de la tête. La direction du mouvement de la tête du sujet est directement déductible de l'observation de la succession ordonnée des images du visage. A ce sujet, il est à noter qu'il est impossible de confondre un mouvement de rotation et un mouvement de translation de la tête. En effet, un mouvement de translation se traduit immanquablement par un décadrage de l'image du visage au cours du mouvement. Pour déterminer la direction du regard du sujet, le module MDR applique un procédé connu basé sur l'analyse du reflet cornéen par rapport au centre de la pupille de l'oeil du sujet. Ainsi le module MDR repère dans les images une pupille du sujet et le reflet de la source d'éclairage 11 dans l'oeil du sujet, et mesure la position de ce reflet par rapport au centre de la pupille. Cet écart entre la position du reflet et celle de la pupille permet de déduire la direction du regard dans les images successives fournies par la caméra 10. Une variation de cet écart révèle une déviation du regard du sujet. Si le sujet a eu pour consigne de regarder un repère fixe situé près de l'objectif de la caméra, le module MDR permet de déterminer si l'écart entre le centre de la pupille et le reflet cornéen a varié pendant le mouvement de la tête, c'est-à-dire si la direction du regard du sujet a dévié. Si le module MDR détecte une variation de cet écart, cela signifie que le sujet ne regarde plus le repère. Avantageusement, le module MDR constitue une courbe de variation de cet écart en fonction du temps, qui est 5 affichée par le module d'affichage MAF. Il existe de nombreux algorithmes permettant de déterminer la direction du regard dans une image de la tête d'une personne. Ainsi, le module MDR applique par exemple l'algorithme suivant. 10 Le module MDR recherche tout d'abord le point Po le plus sombre de l'image, et recherche un reflet d'éclairage dans le voisinage du point Po. Par comparaison à un seuil de luminance, la valeur du point Po est propagée à tous les pixels voisins de ce 15 point, qui sont supposés appartenir à la zone d'image de la pupille. Le module MDR analyse ensuite la forme et la taille de la zone ainsi obtenue pour déterminer si cette zone est susceptible de former une pupille. 20 Le module MDR répète ce traitement pour rechercher l'autre pupille si le mouvement de la tête est horizontal. Pour un mouvement vertical, un seul oeil est bien visible. Le module MDR calcule ensuite le barycentre de la 25 pupille et du reflet et l'écart entre ces barycentres. Le module MDR exécute ces traitements sur chaque image ou une partie de celles-ci et enregistre en temps réel l'évolution de la position du reflet cornéen par rapport au centre pupillaire. Les informations ainsi 30 enregistrées autorisent des mesures fines du gain du réflexe (vitesse oeil / vitesse tête). Ces mesures permettent d'établir un diagnostic plus nuancé qu'une observation directe des images mémorisées par le module de capture MCI. L'utilisation d'une caméra à haute 35 fréquence image ou trame, par exemple de l'ordre 200 Hz ou plus, permet d'accéder à une étude fine de la dynamique du réflexe, ainsi qu'à la mesure de sa latence, ouvrant ainsi une voie vers le domaine de la neurologie. Le module MAF affiche plusieurs types de résultats.

Il indique par exemple sous la forme d'un signal sonore si le mouvement de la tête du sujet est correct. Il affiche la direction Dir du mouvement de la tête, ainsi que la vitesse de rotation Vr atteinte pendant ce mouvement. Il peut en outre afficher l'amplitude de ce mouvement. Le module MAF affiche également la trace de la direction du regard et la trace du mouvement de la tête. L'observation de ces traces permet au praticien de repérer les moments où le regard du sujet "décroche" éventuellement du repère fixe. Le module MAF peut en outre afficher une série d'images (par exemple 3 ou 4) capturées durant le mouvement de la tête par le module de capture d'image MCI. Ces images permettent au praticien de vérifier visuellement la pertinence des mesures automatiques de la direction du regard. Il est à noter que l'acquisition du mouvement de la tête peut être effectuée en détectant la position d'une pupille ou des deux pupilles du sujet dans les images fournies par la caméra 10. De cette manière, une seule analyse d'image est nécessaire à la fois pour déterminer la direction et la vitesse du mouvement de la tête et la direction du regard. Toutefois, cette analyse peut être perturbée par la fermeture des paupières.

Tout autre moyen de mesure de rotation de la tête peut être utilisé ; le traitement d'image permet simplement de se passer d'un capteur supplémentaire. Ainsi, selon un autre mode de réalisation illustré sur la figure 3, un ou plusieurs capteurs de vitesse 14 sont couplés à la tête du sujet, par exemple un ou plusieurs capteurs gyroscopiques. Sur cette figure, le dispositif comprend les mêmes éléments, mis à part le module AMT qui est remplacé par un module de comparaison COMP connecté au(x) capteur(s). Le module de comparaison analyse les mouvements de la tête d'après les signaux fournis par le capteur de vitesse, et délivre des valeurs de vitesse de rotation Vr et de direction Dir, ainsi que des signaux indiquant un changement de direction et un franchissement du seuil de vitesse fixé par défaut à 200 /s.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le module de détermination du mouvement du regard MDR est actif même lorsque la vitesse de rotation Vr de la tête est insuffisante (en dessous de la valeur de seuil fixée par défaut à 2000/s). Le module MDR tient compte uniquement de la direction Dir du mouvement de la tête pour savoir s'il doit rechercher un oeil (mouvement vertical) ou les deux yeux (mouvement horizontal) dans les images. Pour calibrer le dispositif, on peut prévoir des repères ponctuels placés selon une configuration géométrique horizontale et/ou verticale définissant les angles de rotation des mouvements à appliquer à la tête du sujet. La calibration est effectuée en faisant tourner la tête du sujet en direction des repères.

La distance de la caméra au visage étant prédéfinie par les besoins du cadrage du champ de la caméra sur le visage du sujet, on peut prévoir également une barre de calibration pouvant se fixer en son centre au support de la caméra 10, horizontalement et perpendiculairement à un axe passant par le centre de la caméra et le centre de la tête du sujet. La longueur de cette barre est telle que la tête doit tourner de 30 pour en fixer successivement les deux extrémités. La même barre peut permettre à l'opérateur d'observer l'amplitude de la variation de position des reflets cornéens, lorsque le sujet maintient sa tête immobile face au centre de la barre, et tourne ses yeux de +/-15 pour fixer les extrémités de la barre. Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que le dispositif selon la présente invention est susceptible de diverses autres variantes de réalisation et applications. Ainsi, l'invention n'est pas limitée à un dispositif dans lequel la direction et la vitesse du mouvement de la tête du sujet sont obtenues par un traitement d'image. En effet, on peut prévoir un ou plusieurs capteurs uni- ou multidirectionnels, couplés ou non à la tête et fournissant la direction et la vitesse de rotation de la tête. Le signal issu du capteur est appliqué à détecteur de seuil dont le seuil est réglé à 200 /s, la sortie du capteur étant connectée à un dispositif d'enregistrement d'images (caméra, caméscope ou appareil de photo numérique). L'invention ne s'applique pas uniquement au test des canaux semi-circulaires. Elle peut s'appliquer à tout test faisant intervenir des mouvements de tête devant présenter des caractéristiques bien définies. En effet, l'invention s'applique également à tout examen dans lequel il est important de contrôler en temps réel le mouvement de la tête du sujet.25

Claims (21)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'analyse du mouvement des yeux d'une personne durant un mouvement de la tête de la personne, comprenant une étape d'acquisition d'images de la tête d'une personne pour obtenir un flux d'images, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes consistant a . - acquérir en temps réel des caractéristiques du mouvement de la tête de la personne, et - émettre un signal à destination d'un opérateur si les 10 caractéristiques du mouvement de la tête de la personne remplissent une condition, et - traiter au moins une image du flux d'image en fonction des caractéristiques du mouvement de la tête. 15

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'acquisition des caractéristiques du mouvement de la tête comprend des étapes de détermination de la vitesse de rotation (Vr) de la tête de la personne, et d'émission d'un signal suivant que la vitesse déterminée dépasse ou 20 non un seuil de vitesse.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'acquisition des caractéristiques du mouvement de la tête comprend une étape de détermination de la 25 direction (Dir) de rotation de la tête de la personne.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'acquisition des caractéristiques du mouvement de la tête de la personne est effectuée à 30 l'aide d'un capteur de vitesse.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'acquisition des caractéristiques du 26mouvement de la tête est effectuée par une analyse d'au moins une partie des images du flux d'images.

6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'acquisition des caractéristiques du mouvement de la tête de la personne est effectuée en détectant dans au moins une partie des images du flux d'images au moins une pupille de la personne.

7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'acquisition des caractéristiques du mouvement de la tête de la personne est effectuée par une recherche de points extrêmes de luminosité dans au moins une partie des images du flux d'images, et par une analyse statistique du déplacement de ces points extrêmes entre deux images du flux d'images.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le traitement des images du flux comprend une étape de capture d'une séquence d'images du flux d'images.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le traitement des images du flux comprend une étape de détermination dans les images du flux d'image de la direction du regard de la personne.

10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la détermination de la direction du regard est effectuée en détectant dans au moins une partie des images du flux d'images une pupille de l'oeil de la personne et un reflet d'une source lumineuse sur la cornée de l'oeil de la personne, et en mesurant la position du reflet détecté par rapport à la pupille détectée dans les images.35

11. Dispositif d'analyse du mouvement des yeux d'une personne durant un mouvement de la tête de la personne, comprenant une caméra (10) fournissant un flux d'images numériques de la tête d'une personne, caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens (AMT) pour acquérir en temps réel des caractéristiques du mouvement de la tête de la personne, des moyens (AMT) pour émettre un signal à destination d'un opérateur si les caractéristiques du mouvement de la tête de la personne remplissent une condition, et des moyens de traitement d'image (MCI, MDR) pour traiter au moins une image du flux d'image en fonction des caractéristiques du mouvement de la tête.

12. Dispositif selon la revendication 11, comprenant des moyens (AMT) pour acquérir la vitesse de rotation (Vr) de la tête de la personne, et pour émettre un signal suivant que la vitesse déterminée dépasse ou non un seuil de vitesse.

13. Dispositif selon la revendication 11 ou 12, comprenant des moyens (AMT) pour acquérir la direction de rotation (Dir) de la tête de la personne.

14. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 13, comprenant au moins un capteur de vitesse pour déterminer une vitesse de rotation de la tête de la personne. 30

15. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 13, comprenant des moyens de traitement d'image (AMT) pour déterminer les caractéristiques des mouvements de la tête de la personne à partir d'au moins une partie des 35 images du flux d'images.25

16. Dispositif selon la revendication 15, comprenant des moyens (AMT) pour détecter dans au moins une partie des images du flux d'images au moins une pupille de la personne, et pour déterminer les caractéristiques du mouvement de la tête de la personne en fonction de la position de la pupille dans les images.

17. Dispositif selon la revendication 15, comprenant des moyens (AMT) pour rechercher des points extrêmes de luminosité dans au moins une partie des images du flux d'images, et pour déterminer les caractéristiques du mouvement de la tête de la personne par une analyse statistique du déplacement de ces points extrêmes entre deux images du flux d'images.

18. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 17, dans lequel moyens de traitement d'image comprennent des moyens de capture (MCI) d'une séquence d'images du flux d'images.

19. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 18, dans lequel les moyens de traitement d'image comprennent des moyens (MDR) de détermination dans les images du flux d'images de la direction du regard de la personne.

20. Dispositif selon la revendication 19, dans lequel les moyens (MDR) de détermination de la direction du regard comprennent des moyens pour détecter dans au moins une partie des images du flux d'images une pupille de la personne et un reflet d'une source lumineuse sur la cornée de l'oeil de la personne, et des moyens pour mesurer la position du reflet détecté par rapport à la pupille détectée dans les images.

21. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 20, comprenant une source de lumière pulsée (11) émettant des flashs synchronisés sur la fréquence image ou trame 5 de la caméra (10).