Amélioration de la résolution en imagerie ultrasonore

Resolution enhancement in ultrasound imaging

• Auteur / Autrice : Renaud Morin
• Direction : Denis Kouamé, Stéphanie Bidon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Image, information, hypermedia
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement du signal

Résolution (optique)

Imagerie ultrasonore

Mots clés libres

Imagerie ultrasonore

Traitement du signal et de l'image

Amélioration de la résolution

Problèmes inverses

Déconvolution

Optimisation

Recalage d'images

Résumé

L'imagerie ultrasonore est une modalité d'imagerie médicale couramment utilisée pour l'établissement de diagnostics de thérapie ou de suivi divers (croissance du fœtus, détection de certains cancers, assistance à la réalisation d'actes thérapeutiques). Si cette modalité dispose de nombreux avantages comme son innocuité, sa facilité d'utilisation et son faible coût, elle souffre cependant d'une résolution spatiale limitée quand on la compare à d'autres modalités comme l'imagerie par résonance magnétique. L'amélioration de la résolution des images ultrasonores est un défi de taille et de très nombreux travaux ont depuis longtemps exploré des approches instrumentales portant sur l'optimisation du dispositif d'acquisition. L'imagerie échographique haute résolution permet ainsi d'atteindre cet objectif à l'aide de sondes particulières mais se trouve aujourd'hui confrontée à des limitations d'ordre physique et technologique. L'objet de cette thèse est d'adopter une stratégie de post-traitement afin de contourner ces contraintes inhérentes aux approches instrumentales. Dans ce contexte, nous présentons deux approches pour l'amélioration de la résolution des images ultrasonores, selon que les données disponibles prennent la forme d'une séquence d'images ou d'une image unique. Dans le premier cas, l'adaptation d'une technique d'estimation du mouvement originellement proposée pour l'élastographie nous permet d'établir un cadre de reconstruction haute résolution efficace dédié à la modalité qui nous intéresse. Cette approche est évaluée à l'aide d'une simulation réaliste d'images ultrasonores avant d'être appliquée à des données in vivo. Nous proposons ensuite, dans le cadre du traitement d'une seule image, deux méthodes de déconvolution rapide pour l'amélioration de la résolution. Ces approches prennent en compte, suivant leur disponibilité, certaines informations a priori sur les conditions d'acquisition comme la réponse impulsionnelle spatiale du système. Les résultats sont caractérisés dans un premier temps à l'aide de données synthétiques et sont ensuite validés sur des images in vivo

Ultrasound imaging is a medical imaging modality commonly involved in various therapeutic and monitoring diagnoses such as fetal growth, cancer detection or image-guided intervention. Despite its harmless, easy-to-use and cost-effective features, ultrasound imaging has some intrinsic limitations regarding its spatial resolution, especially compared to other modalities such as magnetic resonance imaging. Improving the spatial resolution of ultrasound images is an up-to-date challenge and many works have long studied instrumentation approaches dealing with the optimisation of the acquisition device. High resolution ultrasound imaging achieves this goal through the use of specific probes but is now facing physical and technological limitations. The goal of this thesis is to make use of post-processing techniques in order to circumvent the inherent constraints of instrumental approaches. In this framework, we present two approaches for the resolution enhancement of ultrasound images, depending on whether the available data is composed of an image sequence or a single image. In the former case, we show that the adaptation of a motion estimation technique originally proposed for elastography makes it possible to design an effective high-resolution reconstruction framework dedicated to ultrasound imaging. This approach is first assessed using a realistic simulation of ultrasound images and then used for the processing of in vivo data. In the latter case, dealing with the restoration of a single image, we develop two fast deconvolution methods for the resolution enhancement task. These approaches take into account, according to their availability, specific a priori information about the image acquisition process such as the system spatial impulse response. Results are performed with synthetic data and extended to in vivo ultrasound images