Estimateur de mouvement

Report
Tours 2013
Oscillations transverses et estimation du
mouvement en échocardiographie : le
« Tagging Ultrasonore »
H. Liebgott
1
Plan
• Introduction
• Oscillations transverses (OT) en géométrie linéaire
• « Le Tagging Ultrasonore »: Application des OT à l’échocardiographie
• Conclusion
2
-
Elastographie statique : fibroadénome
-
-
(E. Brusseau et V. Detti)
Echocardiographie : vue parasternale
petit axe (O. Bernard)
3
Insertion aiguille (Blue Phantom)
Intro: Objectifs / Verrous /Approche proposée
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
4
Séquence
conventionnelle
Séquence d’IRM marquée
(dite de Tagging)
5
Depth [mm]
49.5
50
50.5
-1
Amplitude
1
0.5
0
50
50.5
1
1
-1
0.5
-0.5
0
0.5
Amplitude
1
0
-0.5
-0.5
-1
-0.5
0
0.5
Amplitude
49.5
Amplitude
Depth [mm]
Réponse impulsionnelle Comment obtenir une PSF avec des
spatiale (PSF)
oscillations latérales ??
conventionnelle
-1
-1
-0.5 0 0.5 1
Lateral position [mm]
-1
-0.5 0 0.5 1
Lateral position [mm]
6
Formation des images OT
Images OT obtenues par contrôle de la PSF
PSF spatialement invariante
PSF séparable spatialement et en émission/réception
h  x, z   h  x  h  z   ht  x  hr  x  h  z 
h  x, z 
49.5
h  x   ht  x  hr  x 
50
50.5
1
Amplitude
z
Depth [mm]
x
-1
0.5
-0.5
0
0.5
Amplitude
1
0
-0.5
-1
-1
-0.5
0
0.5
1
Lateral position [mm]
h  x
7
Formation des images OT
Expression de la PSF
h  x, z   wx  x  mod x ( x) wz  z  mod z ( z )
wi() est une fenêtre qui
depend des auteurs
modi() sont des fonctions
cos() ou sin()
On a choisi
h  x, z   e
 x
 
x



2
sin(
2 x
x
)e
 z
 
z



2
sin(
2 z
z
)
8
Formation des images OT
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()
  x 
h  x   TF  w   
   z 
Longueur d’onde λ de l’excitation
Profondeur z
9
Formation des images OT
Une émission conventionnelle ne peut pas être dynamique
ht  x  1
Transmission affectant le profil de PSF le moins possible
Formation de voies en réception
Focalisation dynamique  fixe les délais
Apodization dynamique  TF inverse du profil latéral souhaité
Profil souhaité
h  x  e
TF et donc apodization
correspondante
1
1
wr ( x j )  F h( x)  (exp
2
(
 x
 
x
x j  x0
0
)2



2
sin(
 exp
(
2 x
x
x j  x0
0
σx
)
σ0
λx-x0
)2
+x0
)
10
Pondération en rx
Onde plane
transmise
Onde
focalisée
reçue
OT obtenues
en rx
Profil en tx 1
Profil final
11
Séquence
conventionnelle
Séquence US marquée (dite
de Tagging)
Modification des motifs de
speckle
12
Le « tagging ultrasonore »: application des OT en
échocardiographie
Objectifs:
Estimer le mouvement cardiaques grâces aux images OT
Verrous:
Géométrie d’acquisition complexe: données sectorielles
Vue parasternale
petit axe
13
Pondération en rx
Onde plane
dépointée
Onde focalisée
OT obtenues
en rx
Profil en tx 1
Profil final
14
1
49.6
0.8
Normalized Amplitude
49.5
Depth [mm]
49.7
49.8
49.9
50
50.1
50.2
0.6
0.2
0
-0.2
-0.4
50.3
-0.6
50.4
-0.8
50.5
-5
0
5
Angle [°]
PSF 2D
Profil attendu
Profile obtenu
0.4
-1
-5
0
5
Angle [°]
Profil latéral
Démontre la possibilité de produire des OT en géométrie
sectorielle
[Liebgott et al. IEEE IUS 2008 Pekin]
15
Simulations en échocardiographie
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]
16
 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
[Basarab, Liebgott et al. IEEE Trans. IP 2009 ]
17
[Liebgott et al. IEEE IUS 2009, Rome]
Collaboration Univ. Cath. Leuven
Réel
Estimé
Erreur
18
10
Estimate
True displacement
Error
20
A
30
Depth [mm]
40
[Liebgott et al. IEEE IUS 2009, Rome]
Collaboration Univ. Cath. Leuven
50
60
70
B
C
80
90
-30
-20
-10
0
10
20
Déplacement axial
30
Lateral position [mm]
400
Estimate
True displacement
Error
100
Estimate
True displacement
Error
250
200
300
0
200
Displacement [ m]
Displacement [ m]
Displacement [ m]
150
50
Estimate
True displacement
Error
100
50
0
-50
100
0
-100
-50
-100
-100
20
40
60
80
100
Instant in the sequence
120
B
-150
A
C
-200
-200
-300
20
140
40
60
80
100
Instant in the sequence
120
140
20
40
60
80
100
Instant in the sequence
120
140
Déplacement latéral
Estimate
True displacement
Error
100
120
140
100
50
0
0
-50
-100
-50
A
-100
20
40
60
80
100
Instant in the sequence
120
Estimate
True displacement
Error
150
50
Displacement [ m]
Displacement [ m]
60
80
100
100
Instant in the sequence
Estimate
True displacement
Error
Displacement [ m]
150
140
0
-50
-100
B
-150
50
C
-150
20
40
60
80
100
Instant in the sequence
120
140
19
20
40
60
80
100
Instant in the sequence
120
140
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]
[Alessandrini et al. IEEE ICIP 2012, Orlando]
20
Simulations réalistes
FFT 2D
Conventionnelle
US-Tagging
21
Simulations réalistes
22
Simulations réalistes
Total
Latéral
Erreur moyenne
Ecart type
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
Conventionnelle
US-Tagging
25
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
Tours 2013
Merci!
H. Liebgott
28

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