Conception d'une sonde programmable, polyvalente et abordable pour l'imagerie médicale ultrasonore volumétrique en temps réel

Design of a versatile and affordable programmable ultrasonic probe for real-time volumetric medical imaging

• Auteur / Autrice : Benjamin Guerif
• Direction : Mathieu Pernot, Thomas Deffieux
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Inscription en doctorat le 15/04/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique pour la Médecine
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)

Mots clés

Mots clés libres

Imagerie Volumétrique

Architecture matérielle et logicielle

Transducteur matriciel

Micro formation de faisceau

Volumetric Imaging

Harware and software architecture

2D array transducer

Micro beamforming

Résumé

L'imagerie ultrasonore volumétrique en temps réel est utilisée depuis la dernière décennie pour ses bénéfices au profit du diagnostic médical et plus particulièrement en gynécologie/obstétrique et cardiologie. Cette modalité d'imagerie se base sur un réseau matriciel de transducteurs de plusieurs milliers d'éléments pilotés par des milliers de voies électroniques sur une surface restreinte. Une méthode de réduction du nombre de voies telle que la micro-formation de faisceau est alors nécessaire pour assurer la compacité et l'ergonomie de la sonde. L'utilisation de circuits intégrés spécialisés (ASIC) s'est donc imposée. Les coûts liés au développement de ces circuits et les risques d'échecs ont restreint leur utilisation aux grands groupes internationaux majeurs. Une alternative à l'usage d'ASIC dédiés, basée sur de nouveaux composants électroniques, est considérée dans ce projet de recherche doctorale avec pour objectif de proposer une solution plus polyvalente et plus abordable. Cette thèse a donc pour objectif de concevoir la première sonde d'imagerie ultrasonore basée sur cette technologie. Plusieurs points seront abordés comme la réalisation du réseau de transducteurs, son interconnexion, les moyens de tests développés, l'optimisation de la sonde en accord la stratégie de micro-formation de faisceau choisie, et l'implémentation de modes d'imagerie 4D innovants.

Real time ultrasound volumetric imaging has been used since the last decades for its benefits in medical diagnostic performance, particularly in gynecology/obstetrics and in cardiology. This imaging modality is based on 2D array transducers with thousands of elements driven by thousands of electronic channels in a restricted area. A method for channel count reduction has to be designed to ensure the compactness and ergonomics of the probe, by using a micro-beamforming strategy for instance. The design of application-specific integrated circuits (ASIC) was therefore necessary to reach this goal, and the associated costs and research failure risks often restricted those products to major international companies. An alternative solution to matrix-specific ASIC that uses new electronic components is considered in this doctoral research with the objectives to propose more versatile and more accessible 2D matrix arrays. This thesis aims to design the first ultrasonic imaging probe based on this technology. The design steps involve the design of the transducer array, of the interconnection and of the testing means, as well as the optimization of the micro-beamforming strategy to implement innovative 4D imaging modes.