Smart Vision Chip for colon exploration

Smart Vision Chip pour l’exploration du côlon

Orlando Chuquimia (1)

1 SYEL - Systèmes Electroniques

CCR is the second highest cause of death by cancer worldwide with 880,792 deaths in 2018 and a mortality rate of 47.6%. 95% of CCR cases begin with the presence of a growth on the inner lining of the colon or the rectum, called a polyp. The endoscopic capsule was invented by Paul Swain in 1990. It is a pill incorpo- rating a camera and a radio communication system that the patient swallows and transmit images from the gastrointestinal tract through the body in a workstation. Once all images are transmitted, a gastroenterologist downloads them to perform a visual analysis and detect abnormalities and tumors. Using this device doctors can detect polyps, at least 5 mm, with sensitivity and specificity respectively of 68.8% and 81.3%. This endoscopic capsule presents some limitations and weaknesses re- lated to the spatial and temporal resolution of images, its energy autonomy and the number of images transmitted to be analyzed by the gastroenterologist. We studied the design of an embedded system containing a processing chain capable of detecting polyps to be integrated into an endoscopic capsule, creating a new medical device: an intelligent endoscopic capsule. To realize this device, we took into account all the non-functional constraints related to the integration into an endoscopic capsule. This device must be a new tool for early detection of precancerous colorectal lesions : polyps.

Le Cancer Colorectal (Cancer Colorectal (CCR)) est le deuxième le plus fréquent en terme de mortalité avec un taux de 47% (880 792 décès en 2018). 96% des CCR débutent par l’apparition d’une tumeur (un polype adénomateux) dans la paroi du côlon. La Capsule Endoscopique (CE), a été inventée par Paul Swain en 1990. Il s’agit d’une pilule intégrant une caméra et un système de radio communication, que le patient avale. Pendant cette procédure, la capsule transmet les images du tube digestif vers un boîtier externe via une communication par radiofréquence. Une fois toutes les images transmises, un médecin gastro-entérologue les télécharge pour réaliser une analyse visuelle et détecter les anomalies et les tumeurs. À l’aide de ce dispositif les médecins peuvent détecter des polypes, d’au moins 5 mm, avec une sensibilité et une spécificité respectivement de 68,8% et de 81,3%. Cette CE présente quelques limites et faiblesses liées à la résolution spatiale et temporelle des images, à son autonomie énergétique et au grand nombre d’images transmises que le gastro-entérologue doit analyser. Nous avons étudié la conception d’un système embarqué contenant une chaine de traitement capable de détecter des polypes et intégrée dans une capsule, créant un nouveau dispositif médical : une capsule endoscopique intelligente. Pour réaliser ce dispositif, nous avons pris en compte toutes les contraintes non fonctionnelles liées à l’intégration dans une capsule endoscopique. Ce dispositif pourrait ainsi être un nouvel outil de dépistage précoce des lésions pré-cancéreuses colorectales : les polypes.

Mots clés: Automatic polyp detection; Intelligent endoscopic capsule; Houg transform; Fuzzy trees; Fuzzy forest; Artificial vision; Hardware accelerator

Mots clés: Détection automatique des polypes; Capsule endoscopique intelligente; Transformée de Houg; Arbres flous; Forêts floues; Vision artificielle; Accélérateur matériel; Intelligence artificielle embarquée

Domaines: Imagerie médicale; Intelligence artificielle [cs.AI]; Vision par ordinateur et reconnaissance de formes [cs.CV]; Systèmes embarqués; Robotique [cs.RO]

Orlando Chuquimia. Smart Vision Chip pour l’exploration du côlon. Imagerie médicale. Sorbonne Université, 2019. Français. ⟨NNT : 2019SORUS192⟩. ⟨tel-02494557v2⟩