L imagerie échographique ultrarapide et son application à l étude de la viscoelasticité du corps humain

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1 L imageie échogaphique ultaapide et son application à l étude de la viscoelasticité du cops humain Jeemy Becoff To cite this vesion: Jeemy Becoff. L imageie échogaphique ultaapide et son application à l étude de la viscoelasticité du cops humain. Physics. ESPCI PaisTECH, 004. English. <pastel > HAL Id: pastel Submitted on 5 Jan 006 HAL is a multi-disciplinay open access achive fo the deposit and dissemination of scientific eseach documents, whethe they ae published o not. The documents may come fom teaching and eseach institutions in Fance o aboad, o fom public o pivate eseach centes. L achive ouvete pluidisciplinaie HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau echeche, publiés ou non, émanant des établissements d enseignement et de echeche fançais ou étanges, des laboatoies publics ou pivés.

2 UNIVERSITÉ PARIS 7 - DENIS DIDEROT Ecole Doctoale de Physique Macoscopique DOCTORAT DE PHYSIQUE Spécialité : Acoustique Physique JEREMY BERCOFF L IMAGERIE ECHOGRAPHIQUE ULTRARAPIDE ET SON APPLICATION A L ETUDE DE LA VISCOELASTICITE DU CORPS HUMAIN Diecteu de Thèse : Mathias FINK Encadants : Mickael Tante, Claude Cohen-Bacie Soutenue le Juy : M. Dominique Cathignol. M. Claude Cohen-Bacie M. James Geenleaf. M. Patice Flaud M. Mathias Fink. M. Fédéic Patat. M. Jean Pegale M. Mickael Tante.

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4 REMERCIEMENTS Je emecie : - Mathias Fink, pou la gande confiance qu il m a accodée tout en oientant ce tavail et en y injectant ses idées et son enthousiasme aux moments clés. Un chef hos nomes. - Mickaël Tante, pou ête un concenté de compétences scientifiques et de gentillesse et pou avoi fait de ce tavail au jou le jou un vai égal. - Mauice et Lolita Becoff, mes paents, de m avoi donné l amou, la stuctue et l équilibe pou me faye un chemin tout en me laissant le choisi. - Bigitte Becoff, ma sœu, pou sa petinence, ses conseils, son aide pécieuse à la éalisation de ce manuscit et sa atatouille. - Jessica Chamak, ma compagne, pou son amou immense, sa douceu, sa spontanéité, son soutient inconditionnel et sa electue salvatice. - Tous mes amis, même s ils ne sont pas ici nommément cités, pou m avoi depuis plus de quinze ans soutenu, motivé et même façonné. Une pat de ce tavail leu evient. - Claude Cohen-Bacie, pou la libeté et la confiance qu il m a accodées tout au long ce tavail, son aide et ses idées. - Jean Pegale, de m avoi accueilli chez Philips, de son soutien toujous chaleueux et de m avoi offet l oppotunité de pésente ces tavaux de pat le monde. - M. Patice Flaud, M. le pésident du juy, pou son honnêteté et son aua à la fois scientifique et humaine. - James Geenleaf, d avoi chaleueusement accepté de veni du Minnesota pou faie pati du juy et paticipe au folkloe fançais. - Fedeic Patat et Dominique Cathignol d avoi accepté la tâche adue de appoteu de cet épais manuscit. - Ralph Sinkus, pou son énegie, ses compétences scientifiques et sa claté d espit. - Delphine Palacio et Mathieu Penot, de leu amitié et d avoi eu le couage de collaboe avec moi au cous de ces tois ans. - Usula Johann, Maie Mulle, Guillemette Ribay, les stagiaies que j ai eu le plaisi d encade, et qui ont contibué de manièe tès significative à ce tavail. - Stephan Catheline, Gabiel Montaldo, Jean Fançois Auby et Jean-Luc Gennisson pou leu contibution à ce tavail, les discussions et les échanges que l on a eus, pou leu amitié. - Didie Casseeau, pou ses blagues et son aide infomatique pesque toujous désintéessée. - Paticia Daenens, pou son aide pécieuse dans la conception de gels et sa bonne humeu. - Anaude Caiou, pou sa gentillesse et sa compétence. - Imane Boucenna, avec qui la collaboation scientifique a été un vai plaisi. 3

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7 TABLE DES MATIERES I. INTRODUCTION...10 I.A. Pésentation...10 I.B. L imageie échogaphique ultaapide...11 I.C. Stuctue de la thèse...15 PREMIERE PARTIE...0 METHODES POUR L IMAGERIE ULTRARAPIDE...0 II. L IMAGERIE ULTRARAPIDE POUR L ECHOGRAPHIE : LE MODE «MULTIBEAM»...4 II.A. Le Mode «Multibeam»...4 II.B. Le Filte Invese comme outil d optimisation du mode multibeam...35 II.C. Quelques pistes pou amélioe la qualité d imageie du mode multibeam...49 III. L IMAGERIE ULTRARAPIDE POUR LA DETECTION DE MOUVEMENTS RAPIDES : LE MODE ONDE PLANE...58 III.A. Détection de mouvement en imageie échogaphique ultaapide...59 III.B. Influence du mode Onde Plane su la détection de mouvement...64 III.C. Le mode Onde Plane avec Compound Ultasonoe...70 III.D. Conclusion...75 DEUXIEME PARTIE...76 APPLICATION DE L IMAGERIE ULTRARAPIDE A L ETUDE DE L ELASTICITE DES TISSUS MOUS...76 IV. INTRODUCTION A L ELASTOGRAPHIE...80 IV.A. Les limites de l échogaphie au taves d un l exemple: le cance du sein...80 IV.B. L Elastogaphie: pincipes...85 IV.C. Les difféentes techniques d Elastogaphie...89 IV.D. Conclusion...97 V. L ELASTOGRAPHIE IMPULSIONNELLE : PRINCIPES ET VALIDATION IN VIVO V.A. L Elastogaphie Impulsionnelle V.B. Validation In Vivo VI. SUPERSONIC SHEAR IMAGING (SSI) VI.A. La foce de adiation ultasonoe dans les tissus biologiques VI.B. Imageie ultaapide d ondes de cisaillement généées pa la foce de adiation ultasonoe VI.C. Une solution élégante : Le Mode Supesonique VI.D. Vaiations su le Mode Supesonique VII. VALIDATION EXPERIMENTALE ET APPLICATIONS DE SSI : ETUDES IN VITRO ET IN VIVO VII.A. Validation de SSI en milieu hétéogène : Etudes In vito

8 VII.B. Applications In Vivo VII.C. Couplage avec l hypethemie TROISIEME PARTIE ETUDE DE LA VISCOSITE VIII. INTRODUCTION A LA VISCOELASTICITE VIII.A. Généalités VIII.B. Viscoélasticité VIII.C. Etude héologique des tissus biologiques pa Elastogaphie tansitoie VIII.D. Vaiation et mesue de la viscosité IX. L INFLUENCE DE LA VISCOSITE SUR LES ONDES DE CISAILLEMENT: ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE IX.A. Déivation de la fonction de Geen viscoélastique IX.B. Simulation de Geen en milieu viscoélastique : Validation théoique et expéimentale... 0 IX.C. Discussion X. IMAGERIE DE LA VISCOELACTICITE DES TISSUS MOUS : ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE... 0 X.A. Poblème invese viscoélastique... 0 X.B. Application à l imageie des popiétés viscoélastiques... 8 QUATRIEME PARTIE VERS L ELASTOGRAPHIE 3D XI. MESURE VECTORIELLE DE MOUVEMENT PAR INTERFEROMETRIE ULTRASONORE... 4 XI.A. Poblématique... 4 XI.B. Théoie XI.C. Mise en œuve expéimentale XI.D. Optimisation de la mesue XI.E. Résultats en temps éel XI.F. Conclusion XII. ELASTOGRAPHIE 3D XII.A. L Elastogaphie pa IRM XII.B. Adaptation de l expéience à l imageie échogaphique XII.C. Résultats et Discussion XIII. CONCLUSION XIII.A. L imageie ultaapide XIII.B. Supesonic Shea Imaging XIII.C. Pespectives

9 CHAPITRE I INTRODUCTION 8

10 Sommaie : I.A. PRESENTATION I.B. L IMAGERIE ECHOGRAPHIQUE ULTRARAPIDE I.B.1. I.B.. L IMAGERIE ECHOGRAPHIQUE : DU MODE STANDARD AU MODE ULTRARAPIDE...11 L ECHOGRAPHE ULTRARAPIDE...15 I.C. STRUCTURE DE LA THESE I.C.1. PREMIERE PARTIE : L IMAGERIE ULTRARAPIDE...16 I.C.. DEUXIEME PARTIE : APPLICATION DE L IMAGERIE ULTRARAPIDE A LA MESURE DE L ELASTICITE DES TISSUS...16 I.C.3. TROISIEME PARTIE : LE ROLE DE LA VISCOSITE DANS LA DYNAMIQUE DES TISSUS BIOLOGIQUES...17 I.C.4. QUATRIEME PARTIE : VERS UNE APPROCHE TRIDIMENSIONNELLE DU PROBLEME

11 Chapite I Intoduction I. INTRODUCTION I.A. Pésentation Etende les capacités de diagnostic des échogaphes est d un intéêt fondamental pou l aveni de l imageie médicale. L échogaphie possède, en effet, tois atouts qui la distinguent nettement des autes techniques d imageie (CT, IRM, ayons X ): - Son coût. Elle se base su une technologie tès peu chèe. - Sa faculté à image le cops en temps-éel. - Son caactèe non iadiant et inoffensif pou le cops humain. De nombeux goupes de echeche se sont penchés su une utilisation plus intelligente des ultasons, et ce dans dives domaines : la caactéisation des os [1-3], l imageie fonctionnelle du ceveau [4], la théapie pa ultasons [5, 6] ou la détection de cances [7]. Ce tavail de thèse s inscit dans ce cade de echeche et popose d exploe les méthodes et les possibilités qu offiait une échogaphie à cadence d imageie tès élevée. Il est le fuit d une collaboation ente le Laboatoie Ondes et Acoustique (LOA) et Philips. La technologie des échogaphes est aujoud hui conçue pou founi une cadence d imageie légèement supéieues à la pesistance étinienne, typiquement ente 0 et 60 Hz en adiologie et jusqu à 100 ou 00 Hz en cadiologie. Les échogaphes sont, de plus, devenus des systèmes tès fins et tès complexes. Pafaitement optimisés pou les fonctionnalités et les modes d imageies poposés, ils founissent une imageie de tès haute qualité (illustée Figue I-1) mais pemettent difficilement des modifications substantielles des séquences ultasonoes qui composent ces modes. Figue I-1: pogès de l échogaphie su une quinzaine d années illustés su des images donnant une coupe longitudinale de caotides. Les contous et les stuctues tissulaies sont mieux définis, le gain de l image nettement plus fin et le contaste significativement amélioé. 10

12 Chapite I Intoduction L utilisation de cadences plus élevées (>1000 Hz) ouve la voie à un champ d investigation expéimental nouveau mais inenvisageable avec un échogaphe standad. Pou mene ces études, le LOA a développé un outil échogaphique aux caactéistiques totalement opposées à celles des poduits commeciaux : un système non optimisé donc moins pefomant mais totalement ouvet et pogammable. Il pemet d atteinde des cadences d images échogaphiques nettement supéieues, de l ode de plusieus millies de Hz (on pale alos de cadences ultaapides). Comment exploite de telles cadences? Peut-on en extaie de nouvelles infomations aujoud hui inaccessibles? Les tavaux menés au LOA depuis quelques années pemettent de popose une éponse oiginale : ces cadences pouaient sevi à une imageie quantitative des popiétés mécaniques du cops humain. Et cela pouait pemette d augmente de manièe significative la ichesse du diagnostic échogaphique. L échogaphie est aujoud hui capable de founi des images de la stuctue et de la mophologie des oganes humains. Elle popose également des modes fonctionnels pemettant d image les flux sanguins et d en diagnostique des pathologies. Mais elle est complètement insensible aux popiétés mécaniques des oganes. La dueté des tissus est poutant un paamète eflétant tès souvent l existence d une pathologique cancéeuse. Les lésions du sein ne peuventelles pas ête détectées en évaluant leu dueté pa palpation manuelle? Ce pojet a donc pou objectif pincipal d étudie une méthode ultasonoe donnant une catogaphie des paamètes mécaniques des tissus biologiques en exploitant les cadences ultaapides de l imageie échogaphique. Cette méthode pouait pemette à l échogaphie de deveni un véitable outil de diagnostic autonome pou les pathologies cancéeuses des oganes humains. La section suivante intoduit les notions fondamentales qui ont guidé ces tavaux et notamment les modes d imageies échogaphiques qui ont été envisagés pou paveni à des cadences ultaapides. I.B. L imageie échogaphique ultaapide I.B.1. L imageie échogaphique : du mode standad au mode ultaapide La cadence d un mode d imageie est déteminée pa la façon d acquéi une image échogaphique, c'est-àdie pa la séquence ultasonoe d illumination du milieu considéé. Nous analysons ici les difféentes statégies d illumination envisagées su les échogaphes ainsi que leu épecussion su la cadence d images. En patant du mode d imageie le plus commun, appelé mode «standad», nous pésentons les méthodes utilisées aujoud hui afin d accélée la cadence d imageie pou abouti finalement au mode «onde plane», solution pemettant d atteinde les cadences maximales en échogaphie et fondement de tout nos tavaux. Ce paagaphe est aussi une occasion de défini le vocabulaie et les notions que nous utiliseons tout au long de ce manuscit. I.B.1.a) Le mode standad Classiquement, l image d une coupe bidimensionnelle du cops humain est acquise en éclaiant séquentiellement le milieu le long de difféentes lignes avec des faisceaux ultasonoes focalisés. Ces 11

13 Chapite I Intoduction faisceaux sont céés pa une baette ultasonoe composée généalement d un ensemble de N petits tansducteus piezo-électiques contôlés électoniquement pa l échogaphe (64<N<56, pou une baette linéaie). Le pincipe d acquisition d une ligne ultasonoe est illusté Figue I-. Figue I-: Pincipe d acquisition d une ligne de l image échogaphique On y distingue deux étapes : L émission Un faisceau ultasonoe, focalisé à une pofondeu donnée, éclaie pogessivement une ligne du milieu. Ce faisceau est céé via l émission, pa les tansducteus (ou éléments) de la baette, d un jeu de signaux identiques décalés dans le temps les uns pa appot aux autes. La loi de etads imposant ces décalages est calculée pou que tous les signaux aivent à la focale du faisceau en même temps. Le pocessus, éalisé pa l échogaphe, qui consiste à calcule cette loi et à génée le faisceau ultasonoe focalisé le long de la ligne, est appelé «beamfoming en émission» (littéalement fomation de faisceaux). La éception Les signaux étodiffusés pa le milieu suite à cet éclaiage ultasonoe sont enegistés pa les N éléments de cette même baette et numéisés. La matice de données spatio-tempoelles ainsi 1

14 Chapite I Intoduction écupéée su les N voies de l échogaphe est appelée matice de «signaux RF» (Radio-Féquence). Elle contient la signatue acoustique bute de la ligne du milieu éclaiée pa le faisceau. Le pocessus pemettant de efome l image acoustique de la ligne à pati de ces signaux RF est appelé «beamfoming en éception» (ou fomation de voies). Il consiste d abod à décale les signaux dans le temps de manièe à mette en phase toutes les éponses acoustiques povenant d une pofondeu donnée de la ligne, puis à somme ces signaux su l ensemble des voies de l échogaphe de manièe à estime la signatue acoustique d un volume élémentaie du milieu situé à la pofondeu en question. Le beamfoming en éception n est pas optimisé pou une seule focale comme en émission mais s adapte à chaque pofondeu de la ligne en changeant dynamiquement les lois de etads en éception à mesue que les échos ultasonoes povenant de difféentes pofondeus aivent su les éléments de la baette. On pale alos de «beamfoming dynamique» ou «de focalisation dynamique en éception». Ces deux étapes d acquisition sont alos éitéées pou chaque ligne de l image échogaphique, cette denièe n étant qu une juxtaposition de l ensemble des lignes ultasonoes ainsi calculées. Le nombe de lignes d une image échogaphique est généalement identique au nombe de tansducteus N de la baette échogaphique utilisée. Le temps d acquisition de la signatue acoustique d une ligne de l image est fixé pa le temps d alle-etou des signaux ultasonoes jusqu à la pofondeu maximale imagée. Il est de l ode de quelques dizaines de micosecondes. En supposant la vitesse des ultasons de 1500 m.s -1 et une pofondeu d image de 60 mm, ce temps est de 80 µs. Le temps d acquisition d une image échogaphique ne peut donc ête inféieu à N fois le temps d acquisition d une ligne. Il est classiquement de l ode de quelques dizaines de millisecondes. En supposant une baette linéaie de 18 éléments, ce temps est de 10 ms dans l exemple envisagé, ce qui evient à une cadence maximale d imageie de 100 Hz. Cette séquence ultasonoe standad, tout à fait adaptée aux exigences de l imageie temps-éel, est aujoud hui utilisée pa tous les échogaphes ca elle founit une qualité d image optimale tout en minimisant le pix de la technologie des appaeils. En effet, les lignes étant acquises séquentiellement, il suffit d une seule chaîne de taitement, adaptable à chaque illumination, pou éalise le pocessus de beamfoming en éception. I.B.1.b) De la nécessité d augmente la cadence en imageie échogaphique Compte tenu des odes de gandeu de cadences donnés ci-dessus (< 100 Hz), le mode standad semble totalement adapté à une imageie bidimensionnelle temps-éel. Il était, pou ses pefomances et son faible coût, patiquement le seul mode d acquisition utilisé en échogaphie. L aivée, au début des années 000, d échogaphes capables de founi des images tidimensionnelles en temps éel a changé la donne. Le nombe de lignes ultasonoes à acquéi pou founi une image échogaphique de tout un volume du cops humain est 50 à 100 fois plus impotant que pou un plan. Les cadences d images, en mode standad, tombaient alos à quelques Hetz, voie moins, les modes fonctionnels, tels que l imageie couleu des flux sanguins, étant inenvisageables. De nouvelles statégies d illuminations du milieu ont dû ête considéées. La solution la plus simple, déjà poposée au début des années 1980 pa Shattuck et al. [8] 13

15 Chapite I Intoduction et utilisée aujoud hui su les échogaphes, consiste à illumine le milieu avec un faisceau lage couvant plusieus lignes ultasonoes et à taite en paallèle les signaux ultasonoes pou fome simultanément plusieus lignes de l image échogaphique. La cadence d images est alos multipliée pa le nombe P de lignes eçues simultanément pa un même faisceau tansmis. Ce mode, tès simple pou l émission, impose une containte technologique aux échogaphes : ête capable de taite P lignes en paallèle. Cette capacité, appelée «multiligne», est aujoud hui en généal de P=4 su les échogaphes modenes. Les cadences des modes ont pu ainsi ête multipliées pa 4, pemettant de founi une imageie tidimensionnelle temps-éel de bonne qualité. Des modes fonctionnels tels que l imageie 3D couleu des écoulements sanguins sont cependant encoe inaccessibles avec de telles cadences. La pochaine généation d échogaphes poua pobablement suppote du multiligne 16x, et pemetta de founi une imageie 3D couleu des flux sanguins ainsi que des modes mixtes 3D (fonctionnel et imageie temps éel simultanément). Cette statégie d illumination du milieu, si elle est simple à mette en oeuve, induit une dégadation de la qualité de l image pa appot au mode standad, d autant plus impotante que le faisceau d émission est lage. I.B.1.c) Le mode onde plane La méthode d élagissement des faisceaux d émission pou augmente la cadence d imageie peut ête poussée à l extême : on génèe alos un faisceau de la lageu de baette. Cela équivaut alos à l émission d une onde plane éclaiant l ensemble du milieu en une seule fois. Ceci est illusté Figue I-3. Figue I-3: pincipe du mode onde plane Ce mode, appelé mode onde plane, a déjà été poposé pa Lu [9, 10]. Il pemet d atteinde des cadences d images extêmement élevées : jusqu à Hz pou une zone de 60 mm de pofondeu. Son inconvénient majeu est qu il ne peut ête envisagé avec un échogaphe commecial ca il impose un taitement en paallèle de toutes les lignes de l image, c est-à-die quelques centaines pou une imageie bidimensionnelle, quelques millies pou une imageie tidimensionnelle. Le LOA a développé un pototype, appelé dans ce manuscit «échogaphe ultaapide», capable de synthétise un tel mode d imageie. Nous le pésentons dans le paagaphe suivant. 14

16 Chapite I Intoduction I.B.. L échogaphe ultaapide Le pototype du LOA est composé de 18 voies électoniques, indépendantes et entièement pogammables. Chaque voie possède une mémoie vive intene de Mo pou stocke les signaux ultasonoes. L ensemble se pilote pa un odinateu gâce au logiciel Matlab. Les signaux sont échantillonnés à 50 MHz et numéisés en échelle logaithmique su 8 bits (+ 1 de signe). Des sondes ultasonoes de 18 éléments dont la féquence centale este inféieue à 15 MHz peuvent ête utilisées. Il pemet la éalisation de n impote quel type de séquence ultasonoe et l émission de n impote quelle fome de signaux tempoels. Contaiement à un échogaphe classique, ien n est taité en temps éel. Les signaux RF acquis sont stockés dans les mémoies des voies puis tansféés dans l odinateu. Le beamfoming en éception et les taitements complémentaies sont entièement géés en softwae su l odinateu. La taille des mémoies du pototype pemet d enegiste 150 à 300 images échogaphiques pa acquisition ultasonoe. La Figue I-4 donne un schéma d une configuation expéimentale type. Figue I-4: échogaphe ultaapide du LOA Cet échogaphe, en founissant une souplesse totale su l acquisition et le taitement des données ultasonoes, pemet en paticulie de mette en oeuve le mode onde plane et d atteinde, expéimentalement, les cadences d imageie ultaapides que nous allons exploite dans ces tavaux. I.C. Stuctue de la thèse L objectif de ce tavail de thèse est double. D une pat l étude des enjeux et outils pou la mise en oeuve d une échogaphie à cadence d acquisition élevée (nommée ici imageie échogaphique ultaapide), adaptable aussi bien aux modes d imageie qu aux modes fonctionnels (détection et quantification de 15

17 Chapite I Intoduction mouvements pa échogaphie). D aute pat continue, à la lumièe de cette étude su l imageie ultaapide et à pati des tavaux déjà effectués au LOA, l élaboation de l une de ses applications les plus pometteuses : la mise en place d une technique échogaphique de catogaphie quantitative des popiétés mécaniques des tissus. Ce manuscit expose ces tavaux en quate paties dont le contenu est détaillé cidessous. I.C.1. Pemièe patie : l imageie ultaapide L augmentation de la cadence d imageie en échogaphie doit ête abodée de manièe difféente selon le type d application envisagé : les exigences d un mode d imageie pue ne sont pas les mêmes que celles d un mode fonctionnel destiné à une mesue de mouvements d un phénomène donné (écoulements sanguins, vibations mécaniques.). En mode d imageie échogaphique pue, la qualité de l image finale est le citèe cental d évaluation des pefomances du système. Une augmentation de cadence ne peut se faie au détiment d une top gande dégadation de la qualité de l image. C est poutant ce que l on obseve aujoud hui avec l utilisation de faisceaux ultasonoes lages. Le chapite II de ce manuscit popose une nouvelle appoche pou augmente la cadence d imageie tout en minimisant la dégadation de la qualité de l image : le mode d illumination multi-faisceaux (ou «multibeam»). Ses pefomances sont quantifiées et compaées aux modes standad et onde plane. Un algoithme d optimisation, basé su le filte invese spatio-tempoel, end le mode plus pefomant et plus obuste. Bien qu un peu plus coûteux technologiquement que l illumination pa faisceaux lages, ce mode se évèle plus souple et donne des ésultats tès pometteus. En mode fonctionnel, les exigences de qualité (ésolution de l image ) deviennent un enjeu moins cucial compaées à la capacité du système à détecte le mouvement désié. Dans ce cas le citèe cental du mode échogaphique est la valeu de la cadence d imageie. Le chapite III étudie donc la possibilité et les pefomances d une détection de mouvement à pati d une imageie ultaapide. Nous analysons en paticulie les conséquences de la dégadation de la qualité de l image échogaphique su la mesue de mouvement, tout en envisageant des solutions pou y emédie. Ce chapite a avant tout pou objectif de véifie la faisabilité d une détection de mouvement obuste et cohéente en imageie ultaapide. Il est essentiel pou la suite des tavaux, qui sont une mise en application de ce mode fonctionnel. I.C.. Deuxième patie : application de l imageie ultaapide à la mesue de l élasticité des tissus En s appuyant su les outils développés au chapite III, nous étudions dans cette deuxième patie une application pometteuse de l imageie échogaphique ultaapide : le développement d une technique capable d estime les paamètes mécaniques des tissus biologiques. L étude des popiétés mécaniques des tissus peut en effet ête d une gande aide au diagnostic médical compte tenu de la fote coélation existant ente l élasticité de cetains tissus et leu état pathologique. Encoe inexistantes su les appaeils d imageie médicale aujoud hui, des méthodes pou estime ces paamètes sont en cous d étude aujoud hui et constituent un domaine de echeche appelé Elastogaphie. Le pemie chapite de cette 16

18 Chapite I Intoduction patie (chapite IV) est une intoduction aux pincipes de l Elastogaphie. En s appuyant su la physique des tissus biologiques, nous détaillons les pincipes de base des méthodes élastogaphiques et pésentons les pincipales techniques qui en sont issues. De son côté, le Laboatoie Ondes et Acoustiques étudie depuis quelques années une technique, appelée Elastogaphie Impulsionnelle, basée su l imageie échogaphique ultaapide, capable de founi une estimation quantitative des paamètes mécaniques des tissus mous. Cette technique epose su la généation et l imageie d ondes mécaniques de cisaillement impulsionnelles dans le cops. Apès avoi pésenté les pincipes de l Elastogaphie impulsionnelle, nous étudions au chapite V, la faisabilité, les pefomances et les limites de celle-ci en conditions cliniques. A la lumièe des ésultats obtenus, plusieus modifications de la technique ont dû ête envisagées, notamment su la statégie de généation des ondes de cisaillement. Ces modifications substantielles nous ont amené à intoduie une nouvelle technique, baptisée Supesonic Shea Imaging (SSI), qui epose su les mêmes bases physiques que la pécédente mais plus obuste, plus pefomante et mieux adaptée aux exigences cliniques. Le chapite VI pésente la technique de SSI, détaille ses caactéistiques et la compae à l Elastogaphie impulsionnelle. Enfin, le chapite VII est dédié à la validation et aux applications de cette nouvelle technique d estimation des popiétés élastiques des tissus. I.C.3. Toisième patie : le ôle de la viscosité dans la dynamique des tissus biologiques La plupat des techniques d élastogaphie, dont la SSI, n ont jusqu à pésent cheché qu à estime l élasticité des tissus, celle-ci pouvant aide à la détection de pathologies. L élasticité n est pas, en evanche, un paamète pemettant de caactéise les pathologies cancéeuses. La malignité d une tumeu n est pas coélée à la dueté de celle-ci. Nous avons donc cheché dans cette patie à enichi le diagnostic founi pa la SSI en étudiant si un aute paamète mécanique, la viscosité, pouvait ête estimé. Et ce dans l espoi de paveni à une méthode de caactéisation tumoale. Cette étude est décomposée en deux étapes : - d une pat la compéhension et la modélisation de l influence de la viscosité su la dynamique des tissus biologiques et en paticulie su la popagation d ondes de cisaillement impulsionnelles. Ceci sea taité au chapite IX. - d aute pat l étude théoique et expéimentale d un algoithme de calcul de cates de viscosité des tissus à pati des données founies pa la SSI, détaillée au chapite X. Ces deux paties sont pécédées d une intoduction aux phénomènes viscoélastiques et à la héologie des tissus mous pésentés au chapite VIII. I.C.4. Quatième patie : ves une appoche tidimensionnelle du poblème Enfin, compte tenu de l aivée écente de l imageie tidimensionnelle su les échogaphes commeciaux, nous avons voulu, dans cette denièe patie, élagi note étude et lance quelques pistes pou estime la faisabilité et la qualité de techniques élastogaphiques 3D basées su les ultasons. Pou cela nous avons développé, au chapite XI, un outil de mesue de mouvement vectoiel indispensable à l implémentation échogaphique de technique élastogaphique tidimensionnelle. Le chapite XII monte la pemièe mise 17

19 Chapite I Intoduction en oeuve expéimentale d une technique élastogaphique 3D basée su l échogaphie. Les ésultats obtenus nous seviont de base de éflexion pou compende quelle est la meilleue statégie à adopte pou les techniques élastogaphiques du futu. 18

20 Chapite I Intoduction 19

21 PREMIERE PARTIE METHODES POUR L IMAGERIE ULTRARAPIDE 0

22 Cette pemièe patie intoduit des méthodes et des outils pou l imageie ultaapide. Au chapite II, nous poposons une appoche pou augmente la cadence d imageie tout en minimisant la dégadation de la qualité des images échogaphiques qui en ésulte. Cette appoche, appelée «multibeam», est conçue pou le mode d imageie classique et épond aux exigences de l échogaphie aujoud hui qui cheche des méthodes nouvelles pou accélée les acquisitions ultasonoes et founi une imageie tidimensionnelle temps-éel de haute qualité. Au chapite III, nous nous intéessons de plus pès aux dégadations engendées pa l imageie ultaapide et à ses épecussions su le mode échogaphique fonctionnel. Nous évaluons en paticulie la qualité des mesues de mouvements pa échogaphie aux cadences imposées pa le mode onde plane (> 1000 Hz). Cette étude est une étape indispensable avant d envisage les applications potentielles du mode onde plane pésentées pa la suite. 1

23 CHAPITRE II L IMAGERIE ULTRARAPIDE POUR L ECHOGRAPHIE : LE MODE «MULTIBEAM»

24 Sommaie : II.A. LE MODE «MULTIBEAM»...4 II.A.1. II.A.. II.A.3. II.A.4. PRINCIPE...4 ETUDE QUANTITATIVE EXPERIMENTALE DE LA QUALITE DU MODE MULTIBEAM...6 MISE EN ŒUVRE EXPERIMENTALE DU MODE D IMAGERIE MULTIBEAM...31 DISCUSSION...33 II.B. LE FILTRE INVERSE COMME OUTIL D OPTIMISATION DU MODE MULTIBEAM...35 II.B.1. POSITION DU PROBLEME...35 II.B.. LE FILTRE INVERSE SPATIO-TEMPOREL...36 II.B.3. APPLICATION A UNE FOCALISATION SIMPLE...39 II.B.4. APPLICATION DU FILTRE INVERSE AU MODE MULTIBEAM...44 II.B.5. CONSEQUENCE DE L UTILISATION DU FILTRE INVERSE SUR LES IMAGES ECHOGRAPHIQUES 48 II.C. QUELQUES PISTES POUR AMELIORER LA QUALITE D IMAGERIE DU MODE MULTIBEAM 49 II.C.1. LES EXCITATIONS CODEES...50 II.C.. LE FILTRE INVERSE EN RECEPTION...51 II.C.3. TRAITEMENT D IMAGE : PARCA

25 Pemièe patie Méthodes pou l imageie ultaapide II. L IMAGERIE ULTRARAPIDE POUR L ECHOGRAPHIE : LE MODE «MULTIBEAM» La nécessité d augmente la cadence d imageie des échogaphes, mise évidence au pemie chapite, est confontée aux exigences, en teme de qualité d image, du mode d imageie «écho» standad. Ces exigences epésentent un enjeu cucial pou la qualité du diagnostic founi pa l image échogaphique. Les solutions qui existent aujoud hui, les moins coûteuses technologiquement, ne sont pas nécessaiement les meilleues ni les plus évolutives. La plupat se basent su l émission d un faisceau ultasonoe lage éclaiant une zone étendue et le taitement en paallèle de plusieus lignes de l image contenues dans cette zone. Les limites en cadence sont alos fixées pa le nombe de lignes que l échogaphe est capable de taite en paallèle. Ce nombe est aujoud hui de l ode de 4 su un échogaphe standad et devait atteinde 16 dans un futu poche (on pale alos de multiligne 16x). Ces appoches, vu la lageu du faisceau d émission, dégadent la qualité de l image en teme de ésolution et de contaste. Nous poposons d étudie ici une solution minimisant cette dégadation appelée le mode «multibeam» ou multifaisceaux. Il consiste, au lieu d éclaie le milieu avec un seul faisceau lage, à focalise plusieus faisceaux simultanément le long de plusieus lignes de l image. Plus coûteux d un point de vue technologique, ce mode peut ête étudié gâce aux émetteus pogammables de l échogaphe ultaapide. Nous évaluons donc dans ce chapite les pefomances du mode multibeam et quantifions les dégadations d images qu il entaîne en le compaant au mode d imageie séquentiel standad et au mode d illumination plane (II.A). Nous exposons ensuite (II.B) une méthode, basée su l utilisation du filte invese spatio-tempoel, pou optimise ce mode et illumine ainsi le milieu de la façon la plus pope possible. Enfin nous poposons quelques pistes pou adapte à ce mode le beamfoming et le taitement des signaux en éception (II.C), avec l objectif de s appoche au plus pès de la qualité de l imageie standad. II.A. Le Mode «Multibeam» II.A.1. Pincipe Emission Le mode multibeam poposé ici consiste : - à focalise simultanément un nombe N de faisceaux ultasonoes le long de lignes sépaées dans l espace. La distance choisie ente les faisceaux est la plus gande possible dans le cade des limites géométiques imposées pa la baette ultasonoe et de la taille de la zone imagée afin de limite les inteféences constuctives ente faisceaux. - à épéte cette séquence de poche en poche en décalant le jeu de faisceaux d une ligne à chaque fois pou fome l ensemble de l image échogaphique. 4

26 Chapite II Mode Ultaapide pou l Imageie La Figue II-1 illuste ce pincipe pou N=3. Pa appot à une séquence d imageie classique, le nombe d illuminations nécessaies pou fome une image entièe est divisé pa N. La cadence d imageie s en touve donc multipliée pa N. Figue II-1: Pincipe du mode Multibeam. Le goupe de faisceaux est tanslaté ligne pa ligne pou acquéi l ensemble des signaux et fome une image complète. Un exemple de signaux d émission tempoels à applique su chacun des éléments de la baette pou le mode multibeam est donné Figue II- et compaé aux signaux d émission d une focalisation simple. Figue II-: signaux d émission pou une focalisation simple (gauche) et un mode Multibeam avec N=16. L exemple illusté concene un mode multibeam avec N=16 (que nous appelleons pa la suite Multibeam 16x). Les signaux d émission coespondent à la somme des 16 lois focales coespondant aux 16 5

27 Pemièe patie Méthodes pou l imageie ultaapide faisceaux, le tout convolué pa le tain d onde tempoel choisi (ici 4 oscillations à 4.3 Mhz). Pécisons que la somme exacte de ces lois imposeait une amplitude de signal plus gande aux intesections des lois focales que le long d une loi donnée. Pou ne pas pede d énegie acoustique, nous péféons considée une somme appochée en nivelant l amplitude du signal aux intesections pa l amplitude moyenne des signaux qui s intesectent. Plus le nombe de faisceaux simultanés est élevé plus l eeu de focalisation (pa appot à la somme exacte des lois) est impotante. Comme nous le monteons pa la suite, elle este cependant négligeable pou N 16. Réception Le taitement des signaux en éception est identique à celui de l imageie classique : un beamfoming ligne pa ligne à pati des signaux RF enegistés pa l échogaphe ultaapide. Le beamfoming des lignes éclaiées simultanément se fait en paallèle à pati de la même matice de signaux RF. Le nombe N Le nombe N de faisceaux qui illuminent simultanément le milieu est le paamète cental du mode multibeam. La cadence d imageie ainsi que la qualité d images founies pa ces modes dépendent diectement de N. Augmente N a plusieus conséquences : d un côté cela accoît la cadence d imageie d un facteu N, de l aute cela entaîne une dégadation de la qualité de l image obtenue que l on se doit de quantifie. Nous étudions ici tois modes difféents : N= 4, 8 et 16. Ces modes sont choisis pou leu aptitude à éleve la cadence d imageie de manièe significative tout en gadant l eeu de focalisation mentionnée plus haut négligeable et en collant aux capacités de taitement des échogaphes futus. Les caactéistiques de ces modes sont évaluées en fonction de N et compaées à celles des modes classique et onde plane. II.A.. Etude quantitative expéimentale de la qualité du mode Multibeam. La qualité d un mode d imageie échogaphique se quantifie selon quate paamètes : la ésolution tempoelle, la ésolution de l image, la sensibilité et le contaste. Nous pécisons ici la définition de chacun de ces paamètes (en se basant su un document d oigine industielle [11]) et calculons leu valeu pou chaque mode d imageie envisagé (classique, multibeam 4x, 8x et 16 x et mode onde plane). Résolution tempoelle La ésolution tempoelle est liée à l aptitude du système à image des objets en mouvement. Elle mesue le mouvement le plus apide détectable pa le système d imageie. Elle est fixée pa la cadence d imageie du système. Elle peut dépende également d éventuels filtages tempoels comme pa exemple le moyennage d images successives pa «compound» ultasonoe. Ignoant ces denies, la Figue II-3 donne des odes de gandeus de la ésolution tempoelle (ou de la cadence d image) du système pou les difféents modes considéés (valeus estimées dans le cade d une imageie échogaphique D): 6

28 Chapite II Mode Ultaapide pou l Imageie Figue II-3: évolution de la ésolution du système en fonction du mode d imageie considéé. Les valeus sont calculées à pati d une cadence d imageie classique typique de éféence égale à 50 Hz. Cette denièe valeu pouvant vaie en fonction des caactéistiques de la sonde et de la pofondeu d image considéées (ici de 60 mm). Le mode onde plane pemet d atteinde des cadences tès élevées (de 5000 Hz à Hz en configuation optimale) et est pa conséquent capable de détecte des mouvements extêmement apides. Ce mode, ainsi que ses applications, seont envisagés dans les chapites suivants. Les modes multibeam poposent, eux, des cadences 4 à 16 fois plus élevées que le mode standad (ici ente 00 et 800 Hz) et peuvent se évéle tès intéessants pou des modes d imageies volumiques ou pou la visualisation d écoulements sanguins en 3D. Résolution de l image La ésolution de l image, ou ésolution spatiale, est une mesue de la distance minimale ente deux éflecteus distinguables su l image échogaphique. On la quantifie en mesuant la lageu du lobe pincipal de la éponse impulsionnelle du système et ce dans la diection axiale (ésolution axiale) ainsi que dans la ou les diections latéales (ésolution latéale). Expéimentalement elle se mesue en estimant la lageu à 10 db du pic céé pa un éflecteu fot dans le milieu d étude. La Figue II-4 monte une coupe latéale des pics d amplitudes céés pa un éflecteu fot pou le mode classique, un mode multibeam 16x et le mode onde plane dans un milieu contenant une distibution aléatoie de éflecteus faibles (à l oigine du speckle acoustique). On constate que la ésolution du mode d imageie est dégadée pou le mode onde plane (lageu à 10 db de 0.83 mm) pa appot aux autes modes (lageu à 10 db de 0.41 mm). Il n y a en evanche aucune dégadation de la ésolution ente le mode multibeam 16x et le mode d imageie classique (c est également vai pou les deux autes modes multibeam), ce qui en fait un mode potentiellement tès intéessant. Enfin, notons que la ésolution axiale este identique pou les tois modes vu que le tain d onde tempoel émis est le même. 7

29 Pemièe patie Méthodes pou l imageie ultaapide Figue II-4: ésolution spatiale latéale des difféents modes Sensibilité La sensibilité d un système d imageie échogaphique taduit sa capacité à visualise des objets d échogéneicité tès faible. Elle mesue l amplitude du signal le plus faible détectable su l image échogaphique. Elle est quantifiable pa la mesue de la pofondeu de pénétation du système. Cette denièe se définit soit comme la pofondeu à laquelle le appot signal su buit (SNR) descend sous la bae des 6 db soit comme la distance à laquelle le coefficient de coélation, povenant de la coélation ente deux images identiques du même milieu, descend au dessous de 0.8. La pofondeu de pénétation a été mesuée pou l ensemble des modes envisagés dans cette étude. Deux images expéimentales ont été acquises pou chaque mode dans un milieu homogène. Ces deux images ont ensuite été coélées ligne pa ligne et le coefficient de coélation a été calculé à chaque pofondeu et pou chaque ligne de l image. L évolution de la moyenne du coefficient de coélation su l ensemble des lignes de l image en fonction de la pofondeu est montée Figue II-5 pou l ensemble des modes d imageie. On en déduit l évolution de la pofondeu de pénétation en fonction du mode envisagé (montée Figue II-6). On emaque que cette pofondeu chute légèement du mode classique aux modes multibeam (de 4mm) et est d autant plus faible que le nombe de faisceaux du mode multibeam augmente (1mm ente le mode 4x et 16x). Elle chute de manièe nettement plus conséquente quand on passe au mode onde plane (de 15 mm) puisqu il n y a alos plus de focalisation en émission. L utilisation d un mode multibeam impose ainsi une dégadation tout à fait minime de la sensibilité du système échogaphique, pobablement due aux appoximations faites su le champ d émission ultasonoe (mentionnées au II.A.1) qui n est pas une somme exacte de lois focales. 8

30 Chapite II Mode Ultaapide pou l Imageie Figue II-5: évolution du coefficient de coélation en fonction de la pofondeu pou tous les modes d imageies (avec une focale à 45mm). Figue II-6: Pofondeu de pénétation en fonction du mode envisagé. Combinées à une ésolution aussi bonne qu en mode classique, ces solutions multi-faisceaux appaaissent comme un moyen de plus en plus pometteu pou augmente la cadence d imageie. Reste à quantifie les petes en contaste. 9

31 Pemièe patie Méthodes pou l imageie ultaapide Contaste Il existe deux façons d appéhende le contaste d une image échogaphique. La pemièe se appote à la capacité du système à distingue les difféences d échogénéicité ente deux zones voisines du milieu. Cette capacité, nécessaie pou distingue difféents types de tissus pa exemple, est sutout liée aux caactéistiques du speckle de l image ultasonoe : taille, vaiance. Elle peut ête amélioée pa des techniques de compound spatial en paticulie. Nous ne nous y intéesseons pas ici, la statistique du speckle ne changeant pas fondamentalement ente les difféents mode d imageie (mais plutôt en fonction de l angle d illumination). Une deuxième piste à étudie, impotant dans note cas, pou l évaluation du contaste est la capacité du système à détecte des zones anéchoïques ou de tès faible échogénéicité en pésence d objet à haute échogénéicité tout autou. Des signaux hos axe (communément appelés «clutte») peuvent empli les zones de l image où sont situés ces objets anéchoïques, les endant moins détectables et dégadant le contaste final de l image. Ces signaux sont généalement engendés pa l éclaiage de zones qui ne devaient pas l ête, pa exemple pa les lobes secondaies du faisceau acoustique ou pa d éventuels lobes de éseaux de la baette utilisée. O le mode multibeam tout comme le mode onde plane, de pa leu natue, illuminent le milieu en plusieus zones difféentes céant pou chaque ligne de l image une tès fote pobabilité de pésence de signaux hos axe. Il est donc essentiel de quantifie la dégadation engendée pa les modes poposés. Cela se quantifie en estimant un paamète appelé CTR (Clutte to Total Enegy Ratio). Il se définit comme le logaithme du appot ente l énegie dans les zones anéchoiques de l image (donc povenant de signaux hos axe) et l énegie totale de l image. Considéons donc un milieu homogène ayant une inclusion anéchoïque de 0 mm. L image de ce milieu obtenue expéimentalement avec un mode multibeam 16x est donnée Figue II-7 (image A) et juxtaposée à la même image dans laquelle on a enlevé les signaux ultasonoes pésents dans l inclusion anéchoïque (image B). Figue II-7: image en mode multibeam d une inclusion anéchoïque. Le contaste se calcule alos selon la fomule : CTR = 0log10 E E A B où E A et E B sont les énegies des images A et B. 30

32 Chapite II Mode Ultaapide pou l Imageie La Figue II-8 donne l évolution de la valeu du CTR en fonction du mode d imageie considéé. La coube confime bien la diminution du contaste de l image avec l augmentation de la cadence d image. Le CTR diminue linéaiement avec le nombe N jusqu à N=16. On constate en evanche qu au-delà le contaste ne se dégade plus. Le mode multibeam 16x est pa conséquent équivalent au mode onde plane en teme de contaste. Figue II-8: évolution du contaste en fonction du mode d imageie Notons que cette définition est peu natuelle puisque la valeu du CTR dépend de la taille de l inclusion anéchoïque considéée et donne des vaiations de quelques centièmes de db ente les difféents modes. Une estimation de la densité d énegie paasite (Clutte) auait été plus appopiée. Nous avons cependant choisi de conseve les définitions données pa le document industiel [11] pa souci d homogénéité. Au final, le seul paamète significativement affecté pa l utilisation du mode multibeam est le contaste, les autes estant tès poche de leu valeu en mode standad. II.A.3. Mise en œuve expéimentale du mode d imageie Multibeam Le mode multibeam appaaît donc comme une solution intéessante pou augmente la cadence d imageie d un système échogaphique tout en gadant une qualité d image satisfaisante. Il ne dégade ni la ésolution ni la sensibilité du système quel que soit le nombe N envisagé. Il y a en evanche un compomis à touve ente contaste de l image et la cadence d imageie, sachant qu au delà de N=16 on ne peut pas plus dégade le contaste. De manièe à ende ces considéations plus consistantes, nous avons éalisé des images expéimentales d un phantom de calibation échogaphique (ATS 550) mis à disposition pa Philips. Ce phantom possède des inclusions anéchoïques de difféentes tailles pou estime le contaste ainsi que les éflecteus fots sépaés pa des distances vaiables pou estime la ésolution axiale et latéale. La Figue II-9 monte des images d une même zone de ce phantom pou tous les types d imageie envisagés. 31

33 Pemièe patie Méthodes pou l imageie ultaapide Figue II-9: images du phantom Philips pou les difféents modes d imageie 3

34 Chapite II Mode Ultaapide pou l Imageie Signalons qu avec la baette linéaie utilisée (Vemon, 4.3 MHz, 18 éléments, pas de 0.33mm), la distance ente les lignes éclaiées simultanément pa un jeu de faisceaux est espectivement de 3 λ, 16 λ et 8 λ (soit 10.6, 5.3 et.65 mm) pou les modes multibeam 4x, 8x et 16x (λ étant la longueu d onde). On peut déduie de ces images les conclusions suivantes : - Le mode multibeam 4x pemet d obteni une qualité d image tout à fait compaable au mode classique tout en multipliant la cadence d image pa 4. C est donc un mode extêmement intéessant dans des cas où la cadence doit ête augmentée tout en gadant des exigences de qualité tès fotes su l image. - Le mode multibeam 16x est un mode à cadence tès élevée (pouvant dépasse 1000 Hz en imageie D) ayant un contaste dégadé mais une ésolution et une sensibilité tès bonne. Il peut ête intéessant pou des modes d imageie fonctionnelle 3D exigeant une cadence d image assez haute. - Enfin le mode multibeam 8x est un compomis ente les deux. II.A.4. Discussion Une manièe tès simple de compende les pefomances de ces difféents modes, notamment les dégadations en contaste, est d analyse les éponses impulsionnelles de diffaction des modes multibeam aussi bien en émission qu en émission-éception. Ces éponses peuvent ête étudiées en simulation à l aide du logiciel Field II. Ce logiciel, gatuit, développé pa Jensen [1] et basé su le fomalisme des éponses impulsionnelles [13], pemet de simule des champs acoustiques dans des milieux à vitesse homogène. C est un outil idéal pou modélise et étudie le compotement de systèmes échogaphiques. Figue II-10: distibution spatiale des éponses impulsionnelles de diffaction en émission (gauche) et en émission-éception (doite) pou le mode multibeam 16x. Deux paamètes sont donc analysés : - la distibution spatiale de la éponse impulsionnelle de diffaction en émission. Elle coespond au maximum tempoel du champ de pession induit dans le milieu pa la focalisation des N faisceaux du mode multibeam considéé. 33

35 Pemièe patie Méthodes pou l imageie ultaapide - La distibution spatiale de la éponse impulsionnelle en émission-éception qui epésente les zones ayant une contibution su les signaux ultasonoes apès émission du champ multifaisceaux puis éception et beamfoming des signaux le long d une ligne de l image donnée. Ces deux éponses impulsionnelles sont données Figue II-10 pou le mode multibeam 16x. Deux obsevations peuvent ête déduites : - Tout d abod le champ de pession céé dans le milieu pa ce mode multibeam est complexe. Des inteféences ente les difféents faisceaux sont visibles et céent des zones de supession hos de ces faisceaux aussi bien dans le plan focal qu à d autes pofondeus. Ces poblèmes et le moyen de les éduie seont étudiés en détail dans la section suivante (II.B). - Ensuite, la éponse impulsionnelle en émission-éception indique que la ligne de l image considéée est non seulement sensible aux signaux ultasonoes povenant du faisceau qui l éclaie dans le milieu mais également aux zones éclaiées pa les faisceaux voisins. Des signaux, appelés signaux hos-axe, povenant de ces zones voisines intefèent donc avec le champ ultasonoe de la ligne considéée, intoduisant des atéfacts su l image échogaphique finale. Ces atéfacts sont une des aisons majeues de la dégadation du contaste de l image et epésentent une limitation intinsèque du mode multibeam. Les distibutions spatiales des éponses impulsionnelles en émission-éception des tois modes multibeam étudiés sont montées Figue II-11. Figue II-11: Réponse impulsionnelles de diffaction en émission-éception pou les tois modes multibeam. On voit claiement que dans le mode multibeam 4x les signaux hos-axe sont quasiment inexistants (la distance ente faisceaux étant de 3 λ), ce qui explique une qualité d image compaable au mode standad mise en évidence Figue II-9, alos qu en multibeam 16x (où la distance ente faisceaux n est plus que de 8λ), la contibution des signaux hos-axe su la ligne ultasonoe considéée est loin d ête négligeable. 34

36 Chapite II Mode Ultaapide pou l Imageie II.B. Le Filte Invese comme outil d optimisation du mode multibeam II.B.1. Position du poblème Les modes multibeam pésentés jusqu à pésent ne epésentent qu une solution paticulièe du poblème envisagé : la baette utilisée était linéaie, assez lage (40mm) et les faisceaux induits simultanément le plus éloignés possible les un des autes. Dans cette configuation, le mode multibeam 4x offait une possibilité d augmente la cadence tout en gadant une qualité d image optimale. En effet les faisceaux ultasonoes étaient suffisamment éloignés pou ne pas intefée ente eux aussi bien en émission qu en éception. Mais qu en est-il si la baette est plus étoite? ou si la zone d intéêt est plus petite? Le paamète impotant dans une configuation plus généale n est pas seulement le nombe N de faisceaux ultasonoes céés simultanément mais aussi la distance d ente deux faisceaux voisins. Si d est top faible, les difféents faisceaux intefèent céant un champ d émission complexe susceptible de dégade la qualité de l image. Ceci est illusté Figue II-1 où les vaiations spatiales du champ de pession engendé pa un mode multibeam 16x sont données à la pofondeu de focalisation des faisceaux. On obseve la pésence de lobes secondaies d amplitude significative ente les faisceaux (à 13 db). Figue II-1: inteféences ente les faisceaux d un mode multibeam 16x à la pofondeu de focalisation Figue II-13: Citèe d indépendance des faisceaux ultasonoes en supposant des champs ultasonoes monochomatiques. 35