H. Liebgott

1. Oscillations transverses et estimation du mouvement en échocardiographie : le « Tagging Ultrasonore » H. Liebgott

2. Plan • Introduction • Oscillations transverses (OT) en géométrie linéaire • « Le Tagging Ultrasonore »: Application des OT à l’échocardiographie • Conclusion

3. Intro: notre motivation le mouvement • Elastographie statique : fibroadénome • (E. Brusseau et V. Detti) • Echocardiographie : vue parasternale petit axe (O. Bernard) • Insertion aiguille (Blue Phantom)

4. 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

5. Intro: le marquage en IRM Séquence conventionnelle Séquence d’IRM marquée (dite de Tagging)

6. Les oscillations transverses (OT) 49.5 Depth [mm] 50 50.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1 Amplitude 0.5 Amplitude 0 -0.5 -1 -1 -0.5 0 0.5 1 -1 Lateral position [mm] 49.5 Depth [mm] 50 50.5 1 -1 -0.5 0 0.5 1 Amplitude 0.5 Amplitude 0 -0.5 -1 -1 -0.5 0 0.5 1 Lateral position [mm] Réponse impulsionnelle spatiale (PSF) conventionnelle Comment obtenir une PSF avec des oscillations latérales ??

7. Formation des images OT 49.5 50 Depth [mm] 50.5 x 1 -1 -0.5 0 0.5 1 Amplitude 0.5 z Amplitude 0 -0.5 -1 -1 -0.5 0 0.5 1 Lateral position [mm] Images OT obtenues par contrôle de la PSF PSF spatialement invariante PSF séparable spatialement et en émission/réception

8. Formation des images OT Expression de la PSF wi() est une fenêtre qui depend des auteurs modi() sont des fonctions cos() ou sin() On a choisi

9. 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 deFraunhofferdit que pour une onde focalisée, le profil h() a la forme de la transformée de Fourier de la fonction d’ouverture w() Longueur d’onde λ de l’excitation Profondeur z

10. σx λx Formation des images OT Une émission conventionnelle ne peut pas être dynamique 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 σ0 Profil souhaité -x0 +x0 TF et donc apodization correspondante

11. Pondération en rx Onde plane transmise Onde focalisée reçue OT obtenues en rx Profil en tx1 Profil final

12. Image OT: exemple en géométrielinéaire Séquence conventionnelle Séquence US marquée (dite de Tagging) Modification des motifs de speckle

13. 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

14. Pondération en rx Onde plane dépointée Onde focalisée OT obtenues en rx Profil en tx1 Profil final

15. 49.5 1 49.6 0.8 49.7 0.6 49.8 0.4 49.9 0.2 Normalized Amplitude Depth [mm] 50 0 50.1 -0.2 50.2 -0.4 50.3 -0.6 50.4 -0.8 50.5 -1 -5 0 5 -5 0 5 Angle [°] Angle [°] Profil attendu Profile obtenu PSF 2D Profil latéral Démontre la possibilité de produire des OT en géométrie sectorielle [Liebgott et al. IEEE IUS 2008 Pekin]

16. 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]

17. Estimateur de mouvement : • 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 ]

18. Résultats [Liebgott et al. IEEE IUS 2009, Rome] Collaboration Univ. Cath. Leuven Réel Estimé Erreur

19. [Liebgott et al. IEEE IUS 2009, Rome] A B C Collaboration Univ. Cath. Leuven Déplacement axial B C A Déplacement latéral B C A

20. 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]

21. Simulations réalistes FFT 2D Conventionnelle US-Tagging

22. Simulations réalistes

23. Simulations réalistes Total Latéral Axial Erreur moyenne Ecart type

24. 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

25. Expérimentation in vivo Conventionnelle US-Tagging

26. Expérimentation in vivo

27. 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

28. Merci! H. Liebgott