Simulation in nonlinear ultrasound : application to nonlinear parameter imaging in echo mode configuration

par François Varray

Thèse de doctorat en Acoustique

Le président du jury était Christian Jutten.

Le jury était composé de Simone Balocco, Enrico Boni.

Les rapporteurs étaient Olivier Bou Matar-Lacaze, Filippo Molinari.

  • Titre traduit

    Simulation non linéaire en ultrasons : application à l’imagerie du paramètre de non linéarité des tissus en mode écho


  • Résumé

    L’imagerie ultrasonore harmonique, qui repose sur la non linéarité du milieu de propagation, est une technique d’imagerie clinique qui améliore la résolution des images. La mesure ultrasonore du paramètre local de non linéarité d'un milieu est une voie de recherche qui amènerait de nouvelles perspectives dans le domaine de la caractérisation des tissus. Cependant, l'accès à cette information se heurte à deux écueils : d'une part il n’existe pas actuellement de méthode de mesure de ce paramètre à partir du mode écho classique et d'autre part, les outils de simulation prenant en compte la non-linéarité du milieu sont peu développés. Une méthode de spectre angulaire a donc été proposée afin de calculer le champ de pression dans des milieux de non linéarité inhomogène. Ce champ de pression est ensuite utilisé pour engendrer des images échographiques contenant l’information harmonique. Cette méthode spectrale a été portée sur GPU afin d’accélérer le calcul et a été intégrée dans un logiciel libre : CREANUIS. Dans un deuxième temps, une extension d’une méthode comparative (ECM) a été proposée pour prendre en compte des milieux de non linéarité non homogène, fonctionnant en mode écho. Grâce aux outils de simulation développés, différentes configurations ont été utilisées pour la mise au point de l’ECM qui a ensuite été validée à partir d'objets tests et in vitro sur foies d’animaux. Même si la méthode de mesure présente une résolution relativement faible, les images obtenues démontrent le potentiel de l’imagerie du paramètre de non linéarité des tissus.


  • Résumé

    Harmonic imaging, based on the propagated medium nonlinearity, is a clinical imaging technique which increases the resolution of ultrasound images. The ultrasound measure of the local nonlinear parameter brings new perspectives in term tissues characterization. However, access to this information suffers from two strong points: from one hand, there is no current measurement method of this parameter in echo mode configuration and on the other hand, the simulation tools taking into account the nonlinearity are not many developed. An angular spectrum method has been proposed to compute the nonlinear pressure field with inhomogeneous nonlinear parameter. This pressure field is then used to generate ultrasound images containing the harmonic component. This spectral approach has been implemented on a GPU in order to accelerate the computation and package in a free software made available to the scientific community under the name CREANUIS. In a second time, a extension of a comparative method (ECM) has been proposed to take into account media with inhomogeneous nonlinearity, working an echo mode configuration. Thanks the developed simulation tools, different configurations have been used to parameterize and to evaluate the ECM which has then be validated on test objects and in vitro animal’s livers. Even if the measure presents a relatively weak resolution, the obtained images demonstrated a high potential in the nonlinear parameter imaging of tissues.


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