Echographie matricielle : Application à l'imagerie du sein

Matrix approach of ultrasound imaging: Application to breast imaging

• Auteur / Autrice : Emma Brenner
• Direction : Alexandre Aubry, Mathias Fink
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/05/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Langevin : ondes et images
• 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

Ultrasons

Aberrations

Vitesse du son

Imagerie du sein

Diffusion multiple

Ultrasound

Aberrations

Speed of sound

Breast imaging

Multiple scattering

Résumé

Deux limites fondamentales de l'imagerie ultrasonore sont les phénomènes d'aberration et de diffusion multiple. L'échographie repose en effet sur deux hypothèses : (i) un modèle de propagation des ondes considérant une vitesse du son homogène ; (ii) un régime de diffusion simple qui sous-tend que chaque écho mesuré ne résulte que d'un seul évènement de diffusion au sein du milieu. Or, pour de nombreux organes inspectés, l'onde ultrasonore doit traverser plusieurs types de tissus (peau, gras, muscle, etc.) dont les propriétés mécaniques, et notamment leur vitesse du son, varient sensiblement de l'un à l'autre. Cela génère une distorsion des fronts d'onde incident et réfléchi et conduit à une perte de résolution et de contraste sur l'image échographique. Longtemps négligée en imagerie ultrasonore, la diffusion multiple des ultrasons a été mise en évidence dans les tissus mous et est loin d'être négligeable, par exemple, dans le sein. Ce bruit de diffusion multiple génère une perte de contraste qui rend difficile la détection ultrasonore de microcalcifications. Les microcalcifications sont de minuscules dépôts de calcium dans le sein. Leur présence signifie parfois que l'activité de certaines cellules du sein est accrue, pouvant faire suspecter un cancer du sein. Du fait de leur taille, leur détection peut être compliquée, particulièrement en présence d'aberrations et/ou de diffusion multiple. L'objectif de cette thèse est d'explorer les nouvelles possibilités qu'offre l'imagerie matricielle afin d'améliorer les images échographiques par combinaison d'ondes planes : (i) d'une part, en dressant une cartographie de la vitesse du son et des paramètres de transport dans le sein; (ii) d'autre part, en compensant les aberrations d'ordre élevé et l'atténuation des ondes afin de restaurer un contraste et une résolution optimale en chaque pixel de l'image; (iii) enfin, en filtrant de manière efficace la diffusion multiple.

Two fundamental limitations of ultrasound imaging are the phenomena of aberration and multiple scattering. Ultrasound is based on two assumptions: (i) a wave propagation model considering a homogeneous sound velocity; (ii) a simple scattering regime which implies that each measured echo results from a single scattering event within the medium. However, for many organs, the ultrasound wave must pass through several types of tissues (skin, fat, muscle, etc.) whose mechanical properties, and in particular their speed-of-sound, vary significantly from one to another. This generates a distortion of the incident and reflected wavefronts and leads to a loss of resolution and contrast on the ultrasound image. Long neglected in ultrasound imaging, multiple scattering of ultrasound has been demonstrated in soft tissue and is far from negligible, for example, in the breast. Because it generates a loss of contrast, this multiple scattering noise makes it difficult to detect microcalcifications with ultrasound. Microcalcifications are tiny calcium deposits in the breast. Their presence sometimes means that the activity of certain cells in the breast is increased, which can lead to the suspicion of breast cancer. Because of their size, their detection can be complicated, especially in the presence of aberrations and/or multiple scattering. The objective of this thesis is to explore the new possibilities offered by matrix imaging to improve ultrasound images by combining plane waves: (i) on the one hand, by mapping the sound velocity and transport parameters in the breast; (ii) on the other hand, by compensating for high order aberrations and wave attenuation in order to restore optimal contrast and resolution in each image pixel; (iii) finally, by efficiently filtering multiple scattering.