Description
Date depot: 1 janvier 1900
Titre: Traitement du signal et simulations pour l'élastographie ultrasonore
Directeur de thèse:
Maurice CHARBIT (LTCI (EDMH))
Domaine scientifique: Sciences et technologies de l'information et de la communication
Thématique CNRS : Non defini
Resumé:
L'évaluation de la fibrose hépatique est une source d'information essentielle pour le clinicien lors du diagnostic, traitement et suivi de maladies chroniques du foie. Cette évaluation peut se faire de façon grossière par palpation par matité. Or l’intérêt pronostique est immense et la ponction biopsie hépatique (PBH), l’examen de référence pour évaluer l’importance de la fibrose hépatique, est invasif, difficilement reproductible et douloureux. La société Echosens, partenaire industriel de cette thèse, propose un appareil médical d'élastographie impulsionnelle ultrasonore, appelé Fibroscan. Cette technique consiste à mesurer la vitesse de propagation d'une onde de cisaillement dans le tissu hépatique engendrée par une sollicitation mécanique donnée au niveau de l’espace intercostal en regard du foie. La vitesse de cisaillement est directement reliée au degré de fibrose.
Nous avons dans un premier temps développé des outils numériques basés sur la méthode des éléments finis pour étudier l’élastographie impulsionnelle, de façon à disposer d'observations dans des conditions expérimentales contrôlées. Cette étude répond aux besoins de connaître l’évolution de l'onde de cisaillement lors de sa génération et propagation in vivo. Ces outils permettent aussi d'évaluer les performances d'algorithmes d'estimation de l'élasticité. Les milieux peuvent être considérés élastiques et/ou visco-élastiques. Des simulations sur géométries simples ont été effectuées et évaluées par comparaison avec les modèles analytiques et des données expérimentales obtenues sur des fantômes. Des simulations ont ensuite été conduites sur des géométries plus complexes, issues de segmentations de foies sur des images médicales. Les limitations actuelles du simulateur et les applications potentielles pour le développement de nouveaux systèmes ou l'amélioration de la qualité de mesures sur certaines morphologie de patients (obèses par exemple) sont discutées et illustrées.
Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à des pré-traitements temps réel du signal ultrasonore rétro-diffusé. Deux applications concrètes étaient visées : (i) l'estimation de la distance entre la sonde du Fibroscan et le parenchyme hépatique, (ii) la détection automatique d'une zone homogène du tissu hépatique. Les traitements associés sont basés sur des paramètres spectraux des signaux ultrasonores évalués sur une base de données d'apprentissage. Enfin, nous avons analysé de façon détaillée la capacité de ces paramètres spectraux à discriminer les stades de fibrose vis à vis de l'élasticité. L'ensemble des résultats a été obtenu sur une cohorte de 181 volontaires.
Dans une troisième partie, nous nous sommes intéressés au problème lié à la méconnaissance de l'angle d'observation de la sonde par rapport à la direction de propagation de l'onde de cisaillement. Nous sommes partis sur une approche par corrélation temporelle des déplacements pris à des profondeurs différentes. Cette technique est souvent associée au retournement temporel ou au filtrage adapté. Nous avons testé cette approche sur des signaux expérimentaux obtenus sur des fantômes et des signaux issus de simulations numériques. Les résultats ne sont pas complètement en accord avec certains travaux récents utilisant ces mêmes techniques de corrélation. Une autre façon d'aborder le problème est d'utiliser une approche paramétrique comme celle basée sur un modèle analytique obtenu à partir des fonctions de Green. Dans le cas d'un modèle semi-infini et pour une visée suivant l'axe de propagation de l'onde, une estimation de la vitesse par maximum de vraisemblance a fourni des résultats satisfaisants sur les signaux issus des fantômes et du simulateur. Enfin partant d'un modèle sphérique et d'une approche de type maximum de vraisemblance, nous présentons un algorithme d'estimation conjointe de l'élasticité et de l'angle d'incidence de la ligne de visée.
Doctorant.e: Audiere Stephane