Matériel et services audiovisuels utilisables en chirurgie et disponibles sur le marché actuel

Caméras médicales disponibles sur le marché actuel

Afin de comparer raisonnablement les caméras à usage médical proposées par les constructeurs, les grandes marques du marché ont été retenues, car il s’agit ici de traiter des modèles actuels et non du matériel ancien encore en vente. Nous avons donc récolté les caractéristiques techniques des caméras cataloguées (auprès des constructeurs eux-mêmes) pour les mettre en parallèle. Ces informations sont regroupées dans les tableaux situés en annexe 4.
La démarche employée est la suivante : premièrement il faut établir pour chaque caractéristique si elle est importante au vu de notre cahier des charges, puis si c’est le cas, comparer les modèles de caméras selon cette caractéristique.

Capteur d’images

On constate que tous les modèles SD (Standard Definition) sont équipés de capteurs CCD (ou tri CCD) tandis que les caméras HD (Haute Définition) sont en CMOS. Le choix entre CCD et CMOS n’aura donc pas lieu dès lors que l’on souhaite de la basse ou de la haute résolution.

Standard vidéo

En SD, les deux grands standards sont le PAL (Phase Alternated Line, format essentiellement européen) et le NTSC (National Television System Committee, format américain). Il se trouve que toutes les caméras SD que nous comparons sont compatibles pour les deux formats.
En ce qui concerne les caméras HD, elles sont au même standard international 1080i.

 Définition

De part l’uniformité des standards, on retrouve sensiblement la même définition, c’està-dire le même nombre de pixels effectifs pour tous les modèles SD. On notera une exception pour le modèle Chromovision® 3C de Berchtold qui grâce à son capteur tri-CCD offre environ 1 million de pixels au lieu des classiques 440000 pixels, ce qui en fait la caméra ayant la meilleure résolution parmi les modèles SD.
Pour les caméras HD, on retrouve toujours le format 1080i (c’est-à-dire une définition de 1920×1080) soit environ 2 millions de pixels. L’écart est donc bel et bien important par rapport aux modèles SD proposés et il faudra donc choisir la PMW-10MD de chez Sony Médical ou bien l’Orchide de chez Maquet si on attend la plus haute résolution actuelle.

Eclairage minimal

L’éclairage minimal correspond à une quantité de lumière en lux nécessaire pour obtenir une image. Il s’agit d’un paramètre très important lorsqu’on souhaite filmer dans des conditions de faible luminosité. Ici nous jugeons les caractéristiques dans le cadre d’une utilisation chirurgicale, où l’objet filmé est censé être raisonnablement éclairé pour que le chirurgien opère. A priori, sauf dans de rares cas, la caméra que nous souhaitons ne sera pas éprouvée en basse lumière et donc l’éclairage minimal n’est pas retenu comme un argument de choix. On notera tout de même la possibilité de travailler en conditions de très basse intensité lumineuse avec la caméra HD de chez Sony Médical (PMW-10MD), à condition de compenser avec les réglages électroniques de la caméra.

Zoom

Les modèles comparés offrent un zoom optique globalement situé entre 12 et 25 fois, tout en sachant que la caméra sera située à une distance réduite du champ opératoire. Ce sont donc des valeurs tout à fait acceptables pour l’utilisation que l’on souhaite. Gardons à l’esprit qu’il reste toujours la possibilité d’effectuer un agrandissement numérique (surtout avec les caméras HD si on veut conserver une résolution d’image acceptable).

Balance des blancs

La balance des blancs permet d’étalonner le capteur et de corriger la dominante de couleur en fonction de l’éclairage ambiant. En utilisation « familiale » on a tendance à négliger ce réglage, en laissant le mode automatique. Ici, on cherche à obtenir des images de qualité scientifique. Il sera donc important de pouvoir contrôler la balance des blancs manuellement. On réalise ce réglage en présentant devant la caméra une surface étalon reconnue comme blanche, normée ou déterminée comme telle par l’oeil humain.
L’électronique de la caméra modifie ses réglages internes pour que cette surface apparaisse blanche lors de l’enregistrement.
Parmi les modèles comparés, tous règlent automatiquement la balance des blancs et certains proposent en plus le réglage manuel en plus : les Chromovision 1C et 3C de Berchtold, l’Orchide de Maquet et les deux modèles de Sony Medical (PMW-10MD et DXCC33P).
Ces deux derniers offrent la possibilité d’utiliser des réglages préenregistrés par le constructeur, ce qui peut être intéressant pour optimiser la qualité de la vidéo.

Sortie vidéo

Ici il s’agit de vérifier que les types de sorties du signal vidéo sont facilement utilisables pour enregistrer et diffuser l’image. Dans tous les modèles comparés on retrouve au moins une sortie S-video. Ce mode simplifie la connectique car il ne nécessite qu’un seul branchement avec un seul câble, et il préserve des signaux de qualité supérieure au composite.
A part les modèles Chromovision de Berchtold et l’Orchide de Maquet, les caméras comparées proposent aussi une connexion composite (dont la prise est facilement sécurisable).
Les caméras HD possèdent en plus différentes sorties propres à la haute définition. Le modèle de chez Maquet et celui de Sony Medical proposent les mêmes sorties en même nombre (une DVI-D qui correspond à une amélioration du signal VGA des écrans d’ordinateur, deux HD-SDI) avec en plus une double sortie YPbPr (ou YUV) pour l’Orchide de Maquet.
Globalement, les types de sorties et leur nombre sont suffisants, avec peut être une limitation avec les systèmes Chromovision qui n’offrent que le S-video. Bien sûr, cela n’occasionne pas de gêne à partir du moment où la voie de commande possède elle aussi une connectique S-video.

Rotation par moteur

On peut noter au passage que certains modèles de la gamme Chromovision de Berchtold proposent une possibilité de faire tourner la caméra grâce à un moteur télécommandé, ce qui évite certaines manipulations de la caméra pendant la chirurgie.

Mise au point (focus)

La mise au point est l’opération qui consiste à régler la netteté de l’image que l’on veut obtenir. Elle peut être automatiquement réalisée par la caméra, ou bien manuellement par l’opérateur. Tous les modèles étudiés proposent les deux possibilités, à part la Chromovision ECO de Berchtold. C’est un détail secondaire, mais qui peut s’avérer gênant quant on souhaite une mise au point sur un élément anatomique en particulier pendant la chirurgie.

Réglage du diaphragme

Le diaphragme est un élément primordial de la caméra car il influe sur la netteté en ajustant l’ouverture par laquelle passe la lumière. Plus le diaphragme est fermé, plus on gagne en profondeur de champ, c’est-à-dire qu’on a une zone de netteté plus importante. Pour la vidéo scientifique et non artistique, il est important d’avoir une profondeur de champ optimale pour qu’un maximum d’éléments anatomiques de la chirurgie soit net.
Comme pour la mise au point, on trouve des caméras dotées d’un diaphragme automatique et/ou manuel. La Chromovision Eco ne propose pas le réglage manuel, alors que la DXC-C33P de Sony Medical ne propose que le réglage manuel.

Fréquence d’images

La fréquence des images est définie par le standard vidéo utilisé. Etant donné que comme nous l’avons vu plus haut les caméras proposaient le PAL ou le NTSC, la fréquence d’images sera la même si on fonctionne en PAL, c’est-à-dire 25 images par seconde, ou bien à 30 images par seconde en NTSC.
Le raisonnement es t le même pour les deux modèles HD puisqu’ils fonctionnent tous les deux en 50 ou 60 trames par secondes (le 1080i est un mode entrelacé, c’est-à-dire que pour chaque trame seule la moitié des lignes s’affiche soit 540).
Ce n’est donc pas un critère discriminant pour le choix de la caméra.

Distance de travail minimum

Nous n’avons pas obtenu cette valeur pour les caméras de Dräger et de Sony Medical, mais pour les autres modèles elle est identique, et suffisante étant donné que le chirurgien ne placera pas la caméra à moins de 10 cm du champ opératoire. Ce n’est donc pas un critère de choix.

Agrandissement numérique

La possibilité de passer en zoom numérique (c’est-à-dire en agrandissant artificiellement l’image mais en perdant de la résolution) directement pendant la chirurgie ne nous intéresse pas car on préfère obtenir des images brutes de la meilleure résolution possible, quitte à effectuer un zoom à posteriori.

 Vitesse d’obturation

La vitesse d’obturation est encore appelée temps de pose car elle correspond à l’intervalle de temps pendant lequel l’obturateur de la caméra laisse passer la lumière, et donc le temps d’exposition du capteur. Plus l’objet filmé bouge vite, plus il faudra une vitesse élevée soit un temps d’exposition court pour éviter le flou. En revanche, en basse lumière, il faut un temps d’exposition élevé soit une vitesse basse pour laisser entrer suffisamment de lumière. Ici on travaille – comme précisé plus haut – dans des conditions d’éclairage suffisant, et les mouvements du chirurgien ne sont pas très rapides. On se contentera donc de valeurs moyennes, entre un centième et un millième de seconde par exemple.
Les caméras pour lesquelles nous avons pu obtenir ces valeurs semblent tout à fait satisfaisantes, avec temps d’exposition descendant jusqu’à 1/10000s pour les Chromovision et le module MedView, et même 1/100000s pour la DXC-C33P de Sony Medical. La camera MedView est un peu plus limitée avec 1/1000s mais cela devrait suffire pour une chirurgie.

Rapport signal sur bruit

Le rapport signal sur bruit désigne la qualité d’une transmission d’information par rapport aux parasites. Ici, il s’agit donc d’obtenir l’image la plus « propre » possible car ayant le moins de parasites possibles. Les caméras proposées offrent un rapport signal/bruit d’au moins 50dB, voire même au-delà de 60dB pour les Chromovision CCD (1C et 3C) de Berchtold et la DXC-C33P de Sony Medical. Ce sont donc de très bons indices voire excellents pour ces derniers modèles. Le modèle MedView de Dräger est un peu moins bon avec un rapport signal sur bruit supérieur à 46dB.

Intégration à l’éclairage

Il s’agit plus d’un aspect ergonomique qu’électronique, mais que nous considérons important comme stipulé dans le cahier des charges.
Les modèles Chromovision de Berchtold proposent deux solutions : soit intégrer la caméra à l’éclairage (Chromophare) soit d’équiper la caméra sur un bras distinct.
Dräger propose quant à lui deux modèles différents : le Module MedView qui est destiné à être intégré à la lampe Stella MedView, et le MedView qui est une caméra qui s’adapte sur un bras à ressort. L’avantage du module MedView est qu’il peut être installé simplement sur n’importe quelle lampe Stella MedView. On peut donc avoir plusieurs blocs éclairés avec L’Orchide de Maquet est exclusivement disponible sur un bras séparé de l’éclairage.
Enfin, les modèles de Sony Medical sont des produits encore « bruts », c’est-à-dire que leur intégration est possible mais nécessitera l’intervention d’un intégrateur (entreprise de préparation d’équipements). Cela ne pose cependant pas de problème majeur car les deux caméras concernées possèdent une monture C, qui est un standard largement répandu.
L’avantage est qu’on pourrait donc installer ces caméras où on le souhaite (bras séparé, éclairage, voire même endoscope).

Appareil de commande de la caméra

Il s’agit d’un élément important puisqu’étant donné les réglages dont nous avons parlé précédemment, il faut pouvoir les ajuster facilement hors ou pendant une chirurgie (diaphragme, mise au point, rotation…).
Les modèles Chromovision de Berchtold sont pourvus d’un appareil de commande mobile, sauf la Chromovision Eco qu’il faut régler sur un clavier intégré à la coupole. Les Chromovision 1C et 3C peuvent être pilotés par ordinateur à condition de faire installer une interface spécifique.
Les systèmes MedView de Dräger proposent une télécommande infrarouge, et même d’intégrer des commandes dans d’autres systèmes du bloc (de même marque). Le module MedView est associé à un panneau de commande mural dédié, et quant au MedView (caméra seule sur un bras à ressort), il est équipé d’un système de commande sur le dispositif luimême. L’Orchide de Maquet porte elle-même le clavier de contrôle, mais un dispositif de commande par pédales est disponible en option, ce qui permet au chirurgien d’effectuer des ajustements lui-même sans que ses mains ne quittent le champ opératoire.
La caméra SD de Sony Medical peut être commandée via sa voie de commande distante, par câble, alors qu’il existe en plus une télécommande pour la caméra HD. Notons que cette dernière peut enregistrer des réglages ce qui permet de les personnaliser pour chaque type de chirurgie au lieu de ré effectuer ceux-ci à chaque changement.