Correction d'aberrations et quantification de vitesse du son en imagerie ultrasonore ultrarapide

Aberration correction and sound speed quantification in ultrafast ultrasound imaging

• Auteur / Autrice : Hanna Bendjador
• Direction : Mickael Tanter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 02/10/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physics for Medicine Paris
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Gigan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mickael Tanter, Sylvain Gigan, Valentina Emiliani, Jean-Philippe Thiran, Emmanuel Bossy, Thomas Deffieux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valentina Emiliani, Jean-Philippe Thiran

Mots clés

Mots clés libres

Imagerie ultrasonore ultrarapide

Correction d'aberrations

Vitesse du son

Problèmes inverses

Imagerie adaptative

Ultrafast Ultrasound imaging

Aberration correction

Speed of sound

Inverse problems

Adaptive imaging

Résumé

L’imagerie échographique repose sur la transmission de signaux ultrasonores à travers les tissus biologiques et l’analyse des échos rétro-diffusés. Donnant accès à des phénomènes physiologiques au-delà de 10 000 images par seconde, l’échographie ultrarapide a permis le développement de techniques inédites telles que l’imagerie de l’élasticité des organes ou la quantification ultrasensible des flux sanguins. Le front d’onde acoustique, lors de sa propagation à travers des milieux complexes ou hétérogènes peut toutefois subir de fortes déformations ; affectant tant la qualité de l’image, que les informations quantitatives sur le milieu. Corriger de telles aberrations est l’enjeu majeur des travaux de recherche effectués au cours de cette thèse. En étudiant les propriétés statistiques des interférences entre les diffuseurs, un formalisme mathématique a été développé pour optimiser la cohérence angulaire des signaux rétro-diffusés. Ainsi parvient- on, pour la première fois en temps réel, à corriger les images et quantifier localement la vitesse du son. Cette dernière constitue un bio-marqueur inédit dans les exemples de la stéatose hépatique, et possiblement de la séparation des substances blanche et grise du cerveau. La méthode de correction de phase proposée va également être un apport intéressant aux corrections de mouvement dans le cas de la tomographie 3D et de l’imagerie vasculaire, offrant de nouvelles perspectives à l’imagerie ultrasonore.

Echography relies on the transmission of ultrasound signals through biological tissues, and the processing of backscattered echoes. The rise of ultrafast ultrasound imaging gave access to physiological events faster than 10 000 frames per second. It allowed therefore the development of high-end techniques such as organs elasticity imaging or sensitive quantification of blood flows. During its propagation through complex or heterogeneous media, the acoustic wavefront may still suffer strong distorsions; hindering both the image quality and the ensuing quantitative assessments. Correcting such aberrations is the ultimate goal of the research work conducted during this PhD. By studying statistical properties of interferences between scatterers, a matrix formalism has been developed to optimise the angular coherence of backscattered echoes. Importantly, we succeeded for the first time, in correcting images and quantifying locally the speed of sound at ultrafast frame rates. Sound speed was proven to be a unique biomarker in the example of hepatic steatosis, and possibly separation of brain white and black matter. The phase correction method will be an interesting contribution to motion correction in the case of 3D tomography and vascular imaging, offering thus new horizons to ultrasound imaging.