Echographie matricielle haute résolution et harmonique

Matrix approach for harmonic and high resolution ultrasound imaging

• Auteur / Autrice : Thibaud Vernier
• 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

Echographie

Ondes en milieu complexe

Imagerie harmonique

Aberrations

Diffusion multiple

Acoustique non linéaire

Ultrasound imaging

Waves in complex media

Harmonic imaging

Aberrations

Multiple scattering

Non linear acoustics

Résumé

L'échographie conventionnelle est basée sur deux hypothèses fondamentales. D'une part, la vitesse du son est considérée comme constante dans le milieu de propagation. D'autre part, les échos rétrodiffusés par les diffuseurs du milieu sont issus de phénomènes de diffusion simple. En réalité, ces hypothèses ne sont pas toujours vérifiées. Des variations de vitesse du son entre les différents tissus sondés peuvent induire de fortes distorsions du front d'onde (aberrations) et des évènements de diffusion multiple peuvent survenir entre les réflecteurs du milieu. Ces deux phénomènes indésirables conduisent à une perte de résolution et de contraste de l'image échographique. L'échographie matricielle, mise au point ces dernières années à l'institut Langevin, consiste à séparer les points de focalisation à l'émission et à la réception. Cette nouvelle approche de l'imagerie ultrasonore a été développée afin de tirer profit de toute l'information disponible sur le milieu étudié. En plus de pouvoir décrire sous un formalisme matriciel l'ensemble des techniques d'imagerie ultrasonore actuelles, l'imagerie matricielle a été développée en poursuivant plusieurs objectifs : (i) Améliorer et quantifier la qualité des images échographiques en corrigeant de manière locale les aberrations (ii) Caractériser localement le milieu de propagation en dressant une cartographie de sa vitesse du son et du taux de diffusion multiple. Le premier axe d'étude de cette thèse est d'explorer les nouvelles possibilités qu'offre l'imagerie matricielle afin de créer des sondes 2D intelligentes constituées d'un nombre de transducteurs relativement restreints (~100) mais couplés à un milieu complexe permettant de contrôler un grand nombre de degré de libertés spatiaux, et ainsi obtenir une résolution 3D proche d'être idéale sur un large volume d'intérêt (1 dm3). Le second axe d'étude consiste à étendre l'imagerie matricielle au mode harmonique des échographes.

Conventional ultrasound imaging is based on two main assumptions. From the one hand, the speed of sound is assumpted constant in the propagating media. From the other hand, echoes backscattered by the scatterers of the media result from simple scattering event. In reality, these assumptions are not always verified. Speed of sound variations between the different probed tissues can induce strong distorsions of the frontwave (aberrations) and multiple scattering events can occur between the media scatterers. These two undesirable effects lead to a loss of resolution and contrast of the ultrasound image. The matrix approach, that has been developed lately at the Langevin institute, consists in separating emission focusing points and reception focusing points. This new imaging approach has been developed to exploit all the reachable information of the studied media. Every current ultrasound imaging techniques can be described by this matrix formalism. Moreover, matrix imaging has been developed to reach several objectives: (i) Improve and quantify the quality of the ultrasound images by correcting locally aberrations (ii) Caracterize locally the propagating medium by doing a speed of sound and multiple scattering rate map. My first PhD research focus aims to explore new possibilites thanks to matrix imaging to create 2D probe constitued of a limited number of transducers (~100) but coupled to a complex media allowing to control a lot of spatial degree of freedom, and to get a 3D resolution close to the ideal one on a big volume of interest (1 dm3). My second PhD research focus aims to apply the matrix formalism to harmonic imaging.