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

Intro: notre motivation  le mouvement Elastographie statique : fibroadénome (E. Brusseau et V. Detti) Ici soigner la transition à voir, soit rajouter un transparant, soit bien insister à l’oral Echocardiographie : vue parasternale petit axe (O. Bernard) 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

Intro: le marquage en IRM Montrer le cœur, commenter, marquage plutôt que taggong expliquer le principe, Séquence conventionnelle Séquence d’IRM marquée (dite de Tagging)

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

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

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

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() Longueur d’onde λ de l’excitation Profondeur z

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 σx λx σ0 -x0 +x0 Profil souhaité TF et donc apodization correspondante

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

Image OT: exemple en géométrie linéaire Séquence conventionnelle Montrer le cœur, commenter, marquage plutôt que taggong expliquer le principe, Séquence US marquée (dite de Tagging) Modification des motifs de speckle

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

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

[Liebgott et al. IEEE IUS 2008 Pekin] Angle [°] Depth [mm] -5 5 49.5 49.6 49.7 49.8 49.9 50 50.1 50.2 50.3 50.4 50.5 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Normalized Amplitude 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]

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]

[Basarab, Liebgott et al. IEEE Trans. IP 2009 ] 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 ]

[Liebgott et al. IEEE IUS 2009, Rome] Résultats [Liebgott et al. IEEE IUS 2009, Rome] Collaboration Univ. Cath. Leuven The first works on elastography only tried to estimate only the component of the displacement along the aixla direction. Some works estimated first the displacement along this direction and derivated it to btain the axial strain, wheras some others estimated directly the axial strain using a scaling factor estimator. Concerning the lateral direction now, the existing approaches for estimating the lateral strain use a derivation of lateral displacements. We propose in this work to estimate directly the lateral strain. This is done by considering lateral RF signals Réel Estimé Erreur

[Liebgott et al. IEEE IUS 2009, Rome] C [Liebgott et al. IEEE IUS 2009, Rome] Collaboration Univ. Cath. Leuven Déplacement axial B C A Déplacement latéral The first works on elastography only tried to estimate only the component of the displacement along the aixla direction. Some works estimated first the displacement along this direction and derivated it to btain the axial strain, wheras some others estimated directly the axial strain using a scaling factor estimator. Concerning the lateral direction now, the existing approaches for estimating the lateral strain use a derivation of lateral displacements. We propose in this work to estimate directly the lateral strain. This is done by considering lateral RF signals B C A

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]

Simulations réalistes FFT 2D Conventionnelle US-Tagging

Simulations réalistes

Simulations réalistes Total Latéral Axial Erreur moyenne Ecart type

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

Expérimentation in vivo Conventionnelle US-Tagging

Expérimentation in vivo

Conclusion Le « tagging ultrasonore » Travaux en futurs et en cours 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

Merci! H. Liebgott