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Tours 2013
Oscillations transverses et estimation du mouvement en échocardiographie : le
« Tagging Ultrasonore »
H. Liebgott
Plan
• Introduction
• Oscillations transverses (OT) en géométrie linéaire
• « Le Tagging Ultrasonore »: Application des OT à l’échocardiographie
• Conclusion
2
3
- Elastographie statique : fibroadénome- (E. Brusseau et V. Detti)
- Echocardiographie : vue parasternale petit axe (O. Bernard)
Insertion aiguille (Blue Phantom)
Intro: notre motivation le mouvement
4
Objectifs: Estimation du mouvement Multi-composantes (2D, 3D)Précise (< pixel)Rapide (à la cadence d’acquisition des images)
Verrous:Approches conventionnelles (appariement de bloc, flux optique) échouent à estimer le déplacement latéral avec la même précision que le déplacement axial
Approche proposée:
Modifier la formation des images pour faciliter l’estimation de mouvement
Intro: Objectifs / Verrous /Approche proposée
Intro: le marquage en IRM
5
Séquence conventionnelle
Séquence d’IRM marquée (dite de Tagging)
Les oscillations transverses (OT)
6
-1 -0.5 0 0.5 1Amplitude
-1 -0.5 0 0.5 1Lateral position [mm]
Dep
th [
mm
] 49.5
50
50.5
-1-1
-0.5
0
0.5
1
Am
plitu
de
Réponse impulsionnelle spatiale (PSF)
conventionnelle
-1 -0.5 0 0.5 1Amplitude
-1 -0.5 0 0.5 1Lateral position [mm]
Dep
th [
mm
] 49.5
50
50.5
-1
-0.5
0
0.5
1
Am
plitu
de
Comment obtenir une PSF avec des oscillations latérales ??
7
Images OT obtenues par contrôle de la PSF
PSF spatialement invariantePSF séparable spatialement et en émission/réception
, t rh x z h x h z h x h x h zx
z
-1 -0.5 0 0.5 1Amplitude
-1 -0.5 0 0.5 1Lateral position [mm]
Dep
th [
mm
] 49.5
50
50.5
-1
-0.5
0
0.5
1
Am
plit
ude
,h x z t rh x h x h x
h x
Formation des images OT
Expression de la PSF
8
wi() est une fenêtre qui depend des auteurs
modi() sont des fonctions cos() ou sin()
2 2
2 2, sin( ) sin( )
x z
x z
x z
x zh x z e e
On a choisi
Formation des images OT
, mod ( ) mod ( ) x x z zh x z w x x w z z
9
h(z) = f (excitation, réponse impulsionnelle du transducteur) Oscillations axiales présentes naturellement dans la PSF
Modulation de la forme par des signaux d’excitation spécifiques
h(x) = f (délais en tx/rx, pondération en tx/rx)
Conception des délais et pondérations en tx/rx l’approximation de Fraunhoffer dit que pour une onde focalisée, le profil h() a la
forme de la transformée de Fourier de la fonction d’ouverture w()
Profondeur zLongueur d’onde λ de l’excitation
Formation des images OT
xh x TF w
z
10
σ0
-x0 +x0
Une émission conventionnelle ne peut pas être dynamique
Transmission affectant le profil de PSF le moins possible
Formation de voies en réceptionFocalisation dynamique fixe les délaisApodization dynamique TF inverse du profil latéral souhaité
2
2sin( )x
x
x
xh x e
0 02 2
0 0
( ) ( )1 1
( ) ( ) (exp exp )2
j jx x x x
r jw x F h x
Profil souhaité
TF et donc apodization correspondante
σx
λx
Formation des images OT
1th x
Onde plane transmise
Onde focalisée
reçue
Profil en tx 1
Pondération en rx
OT obtenues en rx
11Profil final
Image OT: exemple en géométrie linéaire
12
Modification des motifs de speckle
Séquence conventionnelle
Séquence US marquée (dite de Tagging)
Le « tagging ultrasonore »: application des OT en échocardiographie
13
Objectifs: Estimer le mouvement cardiaques grâces aux images OT
Verrous:Géométrie d’acquisition complexe: données sectorielles
Vue parasternale petit axe
14
Profil en tx 1
Pondération en rx
OT obtenues en rx
Onde plane dépointée
Onde focalisée
Profil final
15
Profil attendu
Profile obtenu
Angle [°]
Dep
th [
mm
]
-5 0 5
49.5
49.6
49.7
49.8
49.9
50
50.1
50.2
50.3
50.4
50.5-5 0 5
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Angle [°]
Nor
mal
ized
Am
plitu
de
Démontre la possibilité de produire des OT en géométrie sectorielle
[Liebgott et al. IEEE IUS 2008 Pekin]
PSF 2D Profil latéral
Simulations en échocardiographie
16
Modèle de ventricule gauche pendant un cycle cardiaque complet
Evolution temporelle réaliste : volume et torsion [Arts et al. J. Biomech 1992]
Rythme cardiaque : 75 ppm.
Dimensions en fin de diastole 87 x 50 mm
Paroi : 10 mm
Field II + Cole
[Liebgott et al. IEEE IUS 2009, Rome]
Phases spatiales pas de calcul d’inter-corrélation complexe
Forme analytique implantation efficace
Performances stables en cas de données faiblement échantillonnées
Formulation n-D de l’estimateur porte ouverte à 3D
Erreur diminuée jusqu’à 40% par rapport aux méthodes d’appariement de bloc
17[Basarab, Liebgott et al. IEEE Trans. IP 2009 ]
Estimateur de mouvement :
18
Réel Estimé Erreur
Résultats[Liebgott et al. IEEE IUS 2009, Rome]
Collaboration Univ. Cath. Leuven
19
20 40 60 80 100 120 140
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
Instant in the sequence
Dis
plac
emen
t [
m]
Estimate
True displacement
Error
20 40 60 80 100 120 140
-150
-100
-50
0
50
100
Instant in the sequence
Dis
plac
emen
t [
m]
Estimate
True displacement
Error
20 40 60 80 100 120 140-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Instant in the sequence
Dis
plac
emen
t [
m]
Estimate
True displacement
Error
20 40 60 80 100 120 140
-150
-100
-50
0
50
100
150
Instant in the sequence
Dis
plac
emen
t [
m]
Estimate
True displacement
Error
20 40 60 80 100 120 140
-100
-50
0
50
100
Instant in the sequence
Dis
plac
emen
t [
m]
Estimate
True displacement
Error
20 40 60 80 100 120 140
-100
-50
0
50
100
150
Instant in the sequence
Dis
plac
emen
t [
m]
Estimate
True displacement
Error
Lateral position [mm]
De
pth
[mm
]
-30 -20 -10 0 10 20 30
10
20
30
40
50
60
70
80
90
A
BC
A B C
Déplacement axial
Déplacement latéral
A B C
20 40 60 80 100 120 140-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Instant in the sequence
Dis
pla
cem
ent [
m]
Estimate
True displacement
Error
[Liebgott et al. IEEE IUS 2009, Rome]
Collaboration Univ. Cath. Leuven
Simulations réalistes
• A partir d’un séquence réelle
• Segmentation manuelle du muscle
• Génération des diffuseurs– Distribution spatiale aléatoire uniforme– Amplitudes correspondant aux niveaux de gris de l’image mode B– Mouvement estimé par une méthode de la littérature [Sühling 2005]
• Paramètres d’un sonde cardiaque Esaote
• Field II [Jensen 92 / Jensen 96]
20
[Alessandrini et al. IEEE ICIP 2012, Orlando]
Simulations réalistes
21
FFT 2D
Conventionnelle US-Tagging
Simulations réalistes
22
Simulations réalistes
Erreur moyenne
Ecart type
Total Latéral Axial
Expérimentation in vivo
• Echographe Ula-Op [Tortoli 2005]
• Sonde cardiaque Esaote à 2.1 MHz
• Sujet sain de 24 ans
• Acquisitions par A. Sérusclat (PH, HCL)
• Pas de référence analyse qualitative
24
Expérimentation in vivo
25
Conventionnelle US-Tagging
Expérimentation in vivo
26
Conclusion
– Le « tagging ultrasonore »• pour faciliter l’estimation de mouvement en échocardiographie• formation d’images et estimation de mouvement par la phase• résultats en simulation réaliste• faisabilité in vivo
– Travaux en futurs et en cours• valider la partie in vivo• modifier la formation des images• passer en 3D
27
28
Tours 2013
Merci!
H. Liebgott
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