CRAN - Campus Sciences
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Sujet de Thèse : Compression vidéo basée sur HEVC pour la télémédecine sur des réseaux hauts débits, bas débits et vers des terminaux mobiles : application à la cancérologie ORL
Dates : 2015/02/06 - 2018/01/05
Etudiant : Amine CHAABOUNI
Directeur(s) CRAN : Jean-Marie MOUREAUX
Autre(s) Directeur(s) : Dr GAUDEAU Yann (yann.gaudeau@unistra.fr)
Description : La télémédecine est aujourd’hui un enjeu majeur en matière de santé. D’une part, elle représente une solution permettant l’accès aux soins à tous les citoyens à travers le territoire, en particulier ceux qui ont des difficultés de déplacement ou une offre de soins limitée (du fait des problèmes de démographie médicale). Elle offre alors la garantie d’une prise en charge de qualité par les grands centres hospitaliers de référence (CHU, CHR), à travers autant d’outils que sont la téléconsultation, la télé-radiologie, ou encore le suivi à distance. D’autre part, elle représente un outil collaboratif précieux dans les scénarios professionnel à professionnel, c’est à dire impliquant plusieurs médecins ou professionnels de santé sur des sites distants. Ainsi par exemple, les réunions de concertation pluridisciplinaires sont particulièrement importantes, en particulier pour le diagnostic et la prise en charge de patients atteints de cancers. Le partage d’expérience et d’expertise est reconnu aujourd’hui comme un gage d’amélioration du diagnostic et de la prise en charge thérapeutique, notamment pour les cancers les plus difficiles à traiter.
Toutes ces raisons font de la télémédecine au sens large un enjeu très important du présent mais également de l’avenir. Cependant, si la télémédecine est amenée à se développer de façon significative dans les années à venir, elle pose encore certains problèmes scientifiques et technologiques, en particulier ceux liés aux grandes masses de données mises en jeu. Ainsi par exemple, l’imagerie radiologique qu’elle soit de type scanner, IRM ou encore pet-scan met en jeu des volumes de données de plusieurs centaines de Mégaoctets pour un seul examen. Les flux vidéo stéréoscopiques d’un robot de chirurgie haute définition représentent quant à eux aujourd’hui 2 x 1,5 Gbits/s à transmettre en temps réel. De même, le flux vidéo haute définition d’une caméra endoscopique utilisée en chirurgie ORL pour l’ablation de tumeurs est codé à 3 Gbits/s. Ces chiffres sont aujourd’hui un frein au développement de la télémédecine en routine.
La thèse proposée ici concerne la problématique du traitement et de la transmission de masses de données, en particulier des données vidéo médicales, à travers le développement d’une chaîne de compression dédiée aux applications médicales et basée sur le futur standard HEVC (High Efficiency Video Coding). Elle s’inscrit dans le contexte du projet européen Celtic « E3 » qui démarrera en juin 2014 pour une durée de 3 ans et auquel participera le CRAN. E3 (E-health services Everywhere and for Everybody), fait lui-même suite au projet européen HIPERMED (High PERformance teleMEDicine platform – www .hipermed.org) dont le CRAN était partenaire. E3 vise à concevoir une plate-forme permettant à chacun (patient ou professionnel de santé) l'accès à des services d'e-santé et de télémédecine depuis n’importe où (zones rurales ou urbaines, grands centres hospitaliers, petits hôpitaux périphériques) et ce quelle que soit la bande passante du réseau utilisé.
Dans ce contexte, nous préconisions l'utilisation de la nouvelle norme de codage vidéo HEVC finalisée en janvier 2013 et qui doit succéder au codeur H.264/MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding). Cette méthode semble améliorer significativement les performances de compression par rapport à son prédécesseur AVC. par une réduction de moitié du débit nécessaire, à qualité équivalente pour des vidéos grand public. Cependant, les contraintes liées au domaine médical, en termes de complexité et de qualité sont plus fortes que celles des vidéos grand public. HEVC n’a donc pas encore prouvé son efficacité et son gain par rapport à H.264/MPEG-4 AVC dans le domaine médical. C’est l’une des questions essentielles que nous proposons d’étudier dans cette thèse. A ce titre, nous sommes contributeurs au groupe de standardisation MPEG [1], auquel nous avons fourni 4 séquences vidéo ORL qui sont à présent les vidéos référence du groupe de standardisation.

Le sujet proposé ici est un sujet de recherche translationnelle impliquant la communauté du traitement d’images à travers le CRAN, celle de l’informatique à travers les partenaires européens du projet E3 et notamment l’institut polonais PSNC et la communauté médicale, en particulier le service ORL du CHU de Nancy dirigé par le Professeur Jankowksi et le Docteur Gallet avec qui nous collaborons étroitement depuis le projet HIPERMED.
Le travail de thèse proposé ici consistera à:
1. étudier la norme et les spécificités du codeur HEVC ;
2. modifier/améliorer les étapes et la définition des paramètres du codeur afin de proposer le schéma le plus adapté à la restitution en temps réel dans le contexte médical sur un réseau haut débit ;
3. transposer le schéma de l’étape 2 ou à le redéfinir dans un contexte de terminaux mobiles et de réseaux bas débits.
4. valider les schémas proposés en 2 et 3 à l’aide de tests subjectifs à grande échelle effectués par un panel de médecins et à l’aide de métriques objectives. L’accent sera mis sur la caractérisation des artéfacts de compression les plus gênants dans le contexte médical et la mesure de distorsion engendrée.
Ce travail s’inscrira dans les scénarios de type professionnel à professionnel du projet E3, en particulier ceux liés à la cancérologie ORL, grâce à notre collaboration sur le sujet avec le service ORL du CHU de Nancy. Il a pour objectif d’aboutir à la définition d’une solution de compression vidéo basée sur HEVC optimisée pour la restitution à distance des vidéos médicales, assurant une qualité de haut niveau en fonction du débit du réseau et du terminal utilisés. Ces travaux ont également comme ambition celle d’être parmi les premiers à contribuer à la validation de l’usage de HEVC pour des séquences médicales.
Enfin, ce projet fait s’inscrit dans la thématique « Science et ingénierie pour la santé et vieillissement », qui est l’une des cinq thématiques prioritaires du CPER et dans l'action 9 du pacte Lorraine : "Développer l’industrie de santé en Lorraine et en faire un territoire de référence dans l’e-santé et la silver economy".

[1] Selected medical imaging sequences for HEVC development, D. Nicholson P. Pawałowski and J-M. Moureaux, Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC) of ITU-T SG 16 WP 3 and ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11 - 15th Meeting: Geneva, CH, 23 Oct. – 1 Nov. 2013.


Mots clés : télémédecine, vidéo, compression, transmission sur réseaux (hauts et bas débits), qualité
Conditions : durée : 3 ans
co-financement : Région Lorraine - projet européen Celtic E3
lieu : CRAN, département SBS - Faculté de Médecine
Département(s) :
Santé - Biologie - Signal