Dissertations / Theses: 'Imagerie par ultrasons en 3D'

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Tamraoui, Mohamed. "Sparse array 3D ultrasound imaging." Electronic Thesis or Diss., Lyon 1, 2024. https://theses.hal.science/tel-04828515.

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Abstract:

Les sondes sparses présentent plusieurs avantages notables par rapport aux autres techniques de réduction d'éléments pour l'imagerie ultrasonore 3D. L'un des avantages les plus prometteurs est leur capacité à orienter librement le faisceau ultrasonore dans toutes les directions, ce qui agrandit considérablement le champ de vue. Cette capacité ouvre des possibilités pour la mise en œuvre de séquences d'imagerie avancées, telles que les ondes divergentes, qui sont particulièrement bénéfiques pour des applications comme l'échocardiographie. De plus, les sondes sparses utilisent moins d'éléments, réduisant ainsi la complexité et le coût de fabrication. Cette réduction du nombre d’éléments peut également simplifier la conception du système de pilotage et diminuer la consommation d'énergie. Malgré leurs avantages, les sondes sparses font face à deux défis majeurs : une faible sensibilité et un contraste d'image réduit. Les objectifs principaux de cette thèse sont doubles : d'abord, augmenter le rapport signal-bruit (SNR) des sondes sparses ; ensuite, améliorer le contraste des images obtenues avec ces sondes. Cette thèse s'inscrit dans le cadre d’un projet ANR (Agence Nationale de la Recherche) intitulé SPARse array TECHniques FOR 3D medical UltraSound (SPARTECHUS). SPARTECHUS est un projet collaboratif entre notre laboratoire, CREATIS, et Imasonic, un fabricant de transducteurs ultrasonores, avec pour objectif de développer la prochaine génération de réseaux ultrasonores pour l'imagerie ultrasonore 3D. En partant de l'hypothèse que des éléments de transducteur avec une sensibilité élevée et une large directivité peuvent être développés, Imasonic a développée un nouveau prototype de sonde sparse. Ma contribution a consisté à combiner leur technologie avec des séquences d'excitation codée, dans le but d'améliorer le SNR. Ensuite, pour résoudre le problème du faible contraste d'image dû à des niveaux de lobes secondaires élevés, j’ai développé un nouvel algorithme de reconstruction basé sur des réseaux d’apprentissage profond, spécifiquement entraînés pour le nouveau prototype de sonde développé. Cet algorithme se concentreront sur l'optimisation des processus de beamforming afin d'obtenir des images ultrasonores de haute qualité. Ensemble, ces objectifs visent à surmonter les principaux défis associés aux sondes sparses, ouvrant la voie à leur utilisation plus efficace dans l'imagerie ultrasonore 3D
Sparse arrays present several notable advantages over other element reduction techniques for 3D ultrasound imaging. One of the most promising benefits is their ability to freely steer the ultrasound beam in all directions, which significantly enlarges the field of view. This capability opens up possibilities for implementing advanced imaging sequences, such as diverging waves, which are particularly beneficial for applications like echocardiography. Additionally, sparse arrays use fewer elements, reducing the complexity and cost of manufacturing and operating the transducer arrays. This reduction in hardware can also simplify the system design and decrease power consumption. Despite their advantages, sparse arrays face two significant challenges: low sensitivity and reduced image contrast. The primary objectives of this thesis are twofold: first, to increase the signal-to-noise ratio (SNR) of sparse arrays; second, to enhance image contrast. This research is part of the ANR (Agence National de la Recherche) Project named SPARse array TECHniques FOR 3D medical UltraSound (SPARTECHUS). SPARTECHUS is a collaborative project between our laboratory, CREATIS, and Imasonic, an ultrasound transducer manufacturer, with the aim of developing the next generation of ultrasound arrays 3D ultrasound imaging. By hypothesizing that transducer elements with higher sensitivity and equivalent directivity can be developed, Imasonic focused on developing a new prototype of a sparse array. My contribution consisted of combining their technology with coded excitation sequences, with the goal of improving the SNR. Then, to address the problem of poor image contrast due to high sidelobe levels, I developed a new reconstruction algorithm based on deep learning networks, specifically trained for the new prototype probe. This algorithm will focus on optimizing the beamforming processes to achieve high-quality ultrasound images. Together, these objectives aim to overcome the principal challenges associated with sparse probes, paving the way for their more effective use in 3D ultrasound imaging

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Finel, Victor. "3D ultrafast echocardiography : toward a quantitative imaging of the myocardium." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. http://www.theses.fr/2018USPCC134/document.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse de doctorat était de développer l’échographie ultrarapide 3D du cœur, plus particulièrement dans le but de caractériser le muscle cardiaque. A cet effet, un échographe ultrarapide assemblé dans notre laboratoire a été utilisé. Dans la première partie de cette thèse, un mode d’imagerie temps-réel a été développé pour faciliter l’imagerie in-vivo en utilisant ce scanner, ainsi que des outils de visualisation 3D et 4D. Par la suite, l’imagerie 3D du tenseur de rétrodiffusion a été développée pour analyser l’orientation des fibres musculaires du cœur de manière non-invasive au cours du cycle cardiaque. Des résultats obtenus sur un volontaire avant et après la contraction cardiaque ont été obtenus. De plus, les effets indésirables du mouvement axial ont été étudiés, et une méthode d’estimation de la vitesse axiale et de correction des aberrations induites a été proposée et appliquée sur l’homme. Cette technique pourrait devenir un outil intéressant de diagnostic et quantification de la désorganisation des fibres musculaires dans le cadre de cardiomyopathies hypertrophiques. De plus, l’échographie ultrarapide 3D a été utilisée pour visualiser la propagation dans les parois du cœur d’ondes de cisaillement générées naturellement au cours du cycle cardiaque, et un algorithme pour déterminer leurs vitesses a été développé. Cette technique a été validée grâce à des simulations numériques puis appliquée sur deux volontaires sains, pendant les phases de contraction et relaxation du myocarde. Etant donné que la vitesse des ondes de cisaillement est directement reliée à la rigidité du cœur, cette méthode pourrait permettre d’estimer la capacité du cœur à de contracter et à se relâcher, qui sont des paramètres important pour son fonctionnement. Enfin, l’activation de la contraction cardiaque de cœurs de rats isolés a été imagée à haute cadence et en 3D dans le but d’analyser la synchronisation de la contraction. Les délais d’activation mécanique ont pu correctement être quantifiés lors du rythme naturel du cœur, de stimulations électriques extérieures ainsi qu’en hypothermie. Ensuite, la faisabilité de la technique en 2D sur des cœurs humains de manière non-invasive a été étudiée et appliquée sur des fœtus et des adultes. Cette technique d’imagerie pourrait aider la caractérisation d’arythmies et améliorer leur traitement. En conclusion, nous avons introduit dans ces travaux de thèse trois nouvelles modalités d’imagerie ultrarapide 3D permettant de quantifier des propriétés structurelles et fonctionnelles du myocarde qui jusqu’ici ne pouvaient pas être imagée en échocardiographie. L’imagerie 3D ultrarapide est une modalité très prometteuse, non ionisante, transportable et qui pourrait améliorer fortement dans le futur le diagnostic et la prise en charge des patients
The objectives of this PhD thesis were to develop 3D ultrafast ultrasound imaging of the human heart toward the characterization of cardiac tissues. In order to do so, a customized, programmable, ultrafast scanner built in our group was used. In the first part of this thesis, a real-time imaging sequence was developed to facilitate in-vivo imaging using this scanner, as well as dedicated 3D and 4D visualization tools. Then, we developed 3D Backscatter Tensor Imaging (BTI), a technique to visualize the muscular fibres orientation within the heart wall non-invasively during the cardiac cycle. Applications on a healthy volunteer before and after cardiac contraction was shown. Moreover, the undesired effects of axial motion on BTI were studied, and a methodology to estimate motion velocity and reduce the undesired affects was introduced and applied on a healthy volunteer. This technique may become an interesting tool for the diagnosis and quantification of fibres disarrays in hypertrophic cardiomyopathies. Moreover, 3D ultrafast ultrasound was used to image the propagation of naturally generated shear waves in the heart walls, and an algorithm to determine their speed was developed. The technique was validated in silico and the in vivo feasibility was shown on two healthy volunteers, during cardiac contraction and relaxation. As the velocity of shear waves is directly related to the rigidity of the heart, this technique could be a way to assess the ability of the ventricle to contract and relax, which is an important parameter for cardiac function evaluation. Finally, the transient myocardial contraction was imaged in 3D on isolated rat hearts at high framerate in order to analyse the contraction sequence. Mechanical activation delays were successfully quantified during natural rhythm, pacing and hypothermia. Then, the feasibility of the technique in 2D on human hearts non-invasively was investigated. Applications on foetuses and adults hearts were shown. This imaging technique may help the characterization of cardiac arrhythmias and thus improve their treatment. In conclusion, we have introduced in this work three novel 3D ultrafast imaging modalities for the quantification of structural and functional myocardial properties. 3D ultrafast imaging may become an important non-ionizing, transportable diagnostic tool that may improve the patient care at the bed side

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Follet, Hélène. "Caractérisation biomécanique et modélisation 3D par imagerie X et IRM haute résolution de l'os spongieux humain : évaluation du risque fracturaire." Lyon, INSA, 2002. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2002ISAL0105/these.pdf.

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Abstract:

Dans le cadre de la prévention des pathologies osseuses, l'étude présentée a pour but de tester une nouvelle méthodologie d'évaluation du risque fracturaire de l'os spongieux de calcanéum humain. En s'appuyant i) sur des données cliniques (de densité minérale osseuse, de microstructure, DXA, Scanner X, Histomorphométrie) et ii) sur des techniques d'imagerie haute définition (IRM à 78 æm et tomographie à 10 æm), l'objectif est d'estimer les propriétés mécaniques de l'os spongieux (Module d'Young et contrainte maximale de compression). Deux types d'essais mécaniques ont été mis en œuvre : essais de compression sur échantillons cubiques d'os spongieux, essai de micro-flexion sur trabécules osseuses. Différents modèles par éléments finis (MEF) de ces essais ont été construits et permettent de déterminer les propriétés mécaniques du tissu trabéculaire. Le risque fracturaire pourrait être évalué par quantification de la charge de ruine et du degré de déformation de ce tissu. Les résultats de cette méthodologie sont alors confrontés aux méthodes classiques d'évaluation clinique du risque fracturaire
To prevent bone pathology, the aim of this study is to test a new methodology to evaluate fracture risk of human calcaneus cancellous bone. By using i) clinical data (bone mineral density, microstructure, DXA, Scanner X, Histomorphometry) and ii) high definition imaging techniques (RMN at 78 µm and µComputed Tomography at 10µm), it will be possible to estimate cancellous bone mechanical properties (Young Modulus and compressive maximal stress). Two tests have been implemented : a compressive test on a cubic sample of cancellous bone, and secondly, a bending test on trabecular bone. Different finite element models of these have been used and allow to determine mechanical properties of trabecular bone. Fracture risk can be evaluated by damage quantification and tissue strain level. Results of this methodology will then be compared with those obtained by classical clinical techniques

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Follet, Hélène Rumelhart Claude. "Caractérisation biomécanique et modélisation 3D par imagerie X et IRM haute résolution de l'os spongieux humain évaluation du risque fracturaire /." Villeurbanne : Doc'INSA, 2006. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=follet.

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Robin, Justine. "Development of a 3D time reversal cavity for pulsed cavitational ultrasound : application to non-invasive cardiac therapy." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2017. http://www.theses.fr/2017USPCC273/document.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse était d'explorer de nouvelles applications cardiaques pour l'histotripsie et de développer les outils permettant leur mise en place non-invasive. La thérapie ultrasonore cardiaque est en effet encore assez peu développée aujourd’hui, à cause de la difficulté à traiter un organe en mouvement permanent, et très bien protégé derrière la cage thoracique.Nous avons d'abord montré in vivo, sur un modèle ovin, que l’on pouvait sectionner les cordages mitraux de manière non-invasive ainsi que traiter la sténose aortique calcifiée. Engendrer de la cavitation sur les feuillets valvulaires permet effectivement d’agir à distance sur les calcifications, et de globalement assouplir la valve.Simultanément, nous avons développé un dispositif pour la thérapie cardiaque non invasive, fondé sur le concept de cavité à retournement temporel. Ce dispositif permet l'émission d'impulsions ultrasonores de haute intensité dans un très grand volume d’intérêt. L’on peut ainsi déplacer le point de thérapie en 3 dimensions de manière entièrement électronique, et sans déplacer mécaniquement l’appareil. Après optimisation, ce dispositif a permis de créer des lésions mécaniques bien contrôlées dans une région d'intérêt de 2 000 cm3.Pour faire face au défi que représente la cage thoracique, nous avons développé une méthode de focalisation adaptative et l'avons mise en œuvre dans un prototype 2D du dispositif. Avec cette méthode, nous pouvons non seulement construire un front d'onde ultrasonore adaptatif qui se propage de manière préférentielle à travers les espaces intercostaux, mais grâce aux propriétés des cavités à retournement temporel, nous pouvons également augmenter la pression focale obtenue sur la cible de thérapie.Enfin, pour approfondir ce travail sur la focalisation adaptative, et nous avons considéré le cas de l'imagerie transcrânienne. Pour cette application, nous avons choisi d’utiliser la focalisation par retournement temporel dans le bruit de speckle, pour corriger les aberrations induites par le crâne. En simulations numériques, nous avons pu calculer les modulations de phase et d'amplitude induites par les os et améliorer le contraste et la résolution d'une image B-mode
The objective of this thesis was to explore new applications for cardiac histotripsy, and to develop the tools making it possible non-invasively. Cardiac ultrasound therapy indeed still remains limited due to the tremendous challenge of treating a constantly and rapidly moving organ, well protected behind the ribcage.We first showed in vivo, on a large animal model, that histotripsy could be used non-invasively to cut mitral chordae, and to treat calcified aortic stenosis in a beating heart. Cavitation on the valve leaflets can indeed locally and remotely act on the calcifications, and globally soften the valve. Simultaneously, we developed a therapeutic device allowing completely non-invasive cardiac shock-wave therapy based on the time reversal cavity concept. In particular, this device allows the emission of high intensity ultrasound pulses, and provides 3D electronical steering of the therapy focal spot in a large volume. After a thorough optimisation process, this device was capable of creating well controlled mechanical lesions over a 2 000 cm3 region of interest. To tackle the challenge of ultrasound propagation through the rib cage, we developed an adaptive focusing method (DORT method through a time reversal cavity), and implemented it in a 2D prototype of the device. With this method, we not only could build an adaptive ultrasonic wavefront propagating preferentially through the intercostal spaces, but due to time reversal cavities properties, we could also increase the peak pressure obtained on target.Finally, we pushed our work on adaptive focusing further, and considered the case of transcranial imaging. For this application, we chose to use the time reversal of speckle noise technique, to correct the aberrations induced by the skull. In numerical simulations, we were able to derive the phase and amplitude modulations induced by the bones, and could improve the contrast and resolution of a B-mode image

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Sauvage, Jack. "Imagerie ultrasonore ultrarapide 4D par adressage orthogonal du réseau de sonde matricielle : adressage Ligne-Colonne." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS535.

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Abstract:

Avec l’avènement de l’imagerie ultrarapide 4D au laboratoire Physics for Medecine Inserm 1273, la possibilité d’acquérir dans les trois dimensions et avec une haute résolution spatio-temporelle a été démontrée. Plusieurs des modalités phares de l’imagerie 2D ultrarapide ont pu être étendues à l’imagerie volumique (Doppler de puissance ultrasensible 3D, élastographie 3D …). Leur dissémination en clinique bénéficierait grandement aux praticiens. Cependant les moyens nécessaires à leur mise en œuvre sont encore trop importants pour espérer une transposition rapide en clinique. Le développant de stratégies intelligentes de réduction de voies est donc devenu un enjeu central. Une stratégie originale basée sur l’architecture de la sonde consiste en l’adressage orthogonal, par lignes et colonnes, du réseau de sonde matricielle, ou Row and Column Adressing RCA. Elle propose une solution transducteur tout à fait adaptée à l’imagerie ultrarapide par ondes planes. Grâce à cette solution, la sonde peut être pilotée par un seul échographe standard, tout en conservant une ouverture d’imagerie étendue. La grille matricielle 2D organisée selon N+N voies orthogonales, représentant ainsi un facteur de réduction de N/2. Cette stratégie présente un changement de paradigme important d’imagerie par dissociation des voies de focalisation en émission et réception et pose un nouveau compromis en termes de résolution spatio-temporelle. Au cours de ces travaux de thèse, les performances de la RCA associées à l’imagerie ultrarapide 4D sont étudiées pour divers cas. Le principe d’imagerie 4D ultrarapide RCA avec sommation orthogonale OPW sont étudié. L’imagerie vectorielle 3D pour la RCA est développée. Un nouveau prototype de sonde RCA haute fréquence (15MHz) est présenté et testé sur un protocole d’imagerie fonctionnelle cérébral en 3D. Enfin une nouvelle modalité d’imagerie 3D d’intensité du flux est présentée offrant un nouveau champ d’exploitation de la sonde RCA
With the advent of 4D ultrafast imaging at the Physics for Medicine Inserm 1273 laboratory, the ability to acquire in all three dimensions and with a high spatio-temporal resolution has been demonstrated. Several of the most effective 2D ultrafast imaging modalities have been extended to volume imaging (3D ultrasensitive power Doppler, 3D elastography ...). Their dissemination in clinic would greatly benefit to physicians. However the necessary means to implement ultrafast 4D are still too heavy and costly to hope for a transposition in the short or mid-term to the radiology departments. Developing smart strategies to reduce channel number has become a central issue. An original strategy based on the probe architecture consists of orthogonal row and column addressing of the Matrix Probe array, the Row and Column Adressing RCA. It offers a transducer solution perfectly adapted with ultra-fast plane waves imaging. With this approach, the probe can be driven by a single standard ultrasound unit, while maintaining a large aperture. The 2D matrix grid is organized according to N + N orthogonal channels, thus representing a reduction factor of N / 2. This strategy presents an important paradigm shift of imaging by dissociation of the focus pathways in transmission and reception and offers a new compromise in terms of spatio-temporal resolution. During this thesis work, the performances of the RCA associated with the ultra fast 4D imaging are studied for various cases. The principle of 4D ultrafast RCA imaging with orthogonal summation OPW are studied. 3D vector imagery for RCA is developed. A new high frequency RCA probe prototype (15MHz) is presented and tested on a 3D functional brain imaging protocol. Finally, a new modality of 3D imaging of the flux intensity is presented offering a new way of exploitation for the RCA probe

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Lorintiu, Oana. "Reconstruction par acquisition compressée en imagerie ultrasonore médicale 3D et Doppler." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0093/document.

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Abstract:

DL’objectif de cette thèse est le développement de techniques adaptées à l’application de la théorie de l’acquisition compressée en imagerie ultrasonore 3D et Doppler. En imagerie ultrasonore 3D une des principales difficultés concerne le temps d’acquisition très long lié au nombre de lignes RF à acquérir pour couvrir l’ensemble du volume. Afin d’augmenter la cadence d’imagerie une solution possible consiste à choisir aléatoirement des lignes RF qui ne seront pas acquises. La reconstruction des données manquantes est une application typique de l’acquisition compressée. Une autre application d’intérêt correspond aux acquisitions Doppler duplex où des stratégies d’entrelacement des acquisitions sont nécessaires et conduisent donc à une réduction de la quantité de données disponibles. Dans ce contexte, nous avons réalisé de nouveaux développements permettant l’application de l’acquisition compressée à ces deux modalités d’acquisition ultrasonore. Dans un premier temps, nous avons proposé d’utiliser des dictionnaires redondants construits à partir des signaux d’intérêt pour la reconstruction d’images 3D ultrasonores. Une attention particulière a aussi été apportée à la configuration du système d’acquisition et nous avons choisi de nous concentrer sur un échantillonnage des lignes RF entières, réalisable en pratique de façon relativement simple. Cette méthode est validée sur données 3D simulées et expérimentales. Dans un deuxième temps, nous proposons une méthode qui permet d’alterner de manière aléatoire les émissions Doppler et les émissions destinées à l’imagerie mode-B. La technique est basée sur une approche bayésienne qui exploite la corrélation et la parcimonie des blocs du signal. L’algorithme est validé sur des données Doppler simulées et expérimentales
This thesis is dedicated to the application of the novel compressed sensing theory to the acquisition and reconstruction of 3D US images and Doppler signals. In 3D US imaging, one of the major difficulties concerns the number of RF lines that has to be acquired to cover the complete volume. The acquisition of each line takes an incompressible time due to the finite velocity of the ultrasound wave. One possible solution for increasing the frame rate consists in reducing the acquisition time by skipping some RF lines. The reconstruction of the missing information in post processing is then a typical application of compressed sensing. Another excellent candidate for this theory is the Doppler duplex imaging that implies alternating two modes of emission, one for B-mode imaging and the other for flow estimation. Regarding 3D imaging, we propose a compressed sensing framework using learned overcomplete dictionaries. Such dictionaries allow for much sparser representations of the signals since they are optimized for a particular class of images such as US images.We also focus on the measurement sensing setup and propose a line-wise sampling of entire RF lines which allows to decrease the amount of data and is feasible in a relatively simple setting of the 3D US equipment. The algorithm was validated on 3D simulated and experimental data. For the Doppler application, we proposed a CS based framework for randomly interleaving Doppler and US emissions. The proposed method reconstructs the Doppler signal using a block sparse Bayesian learning algorithm that exploits the correlation structure within a signal and has the ability of recovering partially sparse signals as long as they are correlated. This method is validated on simulated and experimental Doppler data

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Follet, Hélène. "Caractérisation Biomécanique et Modélisation 3D par Imagerie X et IRM haute résolution de l'os spongieux humain : Evaluation du risque fracturaire." Phd thesis, INSA de Lyon, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003145.

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Abstract:

Dans le cadre de la prévention des pathologies osseuses, l'étude présentée a pour but de tester une nouvelle méthodologie d'évaluation du risque fracturaire de l'os spongieux de calcanéum humain. En s'appuyant i) sur des données cliniques (de densité minérale osseuse, de microstructure, DXA, Scanner X, Histomorphométrie) et ii) sur des techniques d'imagerie haute définition (IRM à 78 µm et tomographie à 10 µm), l'objectif est d'estimer les propriétés mécaniques de l'os spongieux (Module d'Young et contrainte maximale de compression). Deux types d'essais mécaniques ont été mis en œuvre : essais de compression sur échantillons cubiques d'os spongieux, essai de micro-flexion sur trabécules osseuses. Différents modèles par éléments finis (MEF) de ces essais ont été construits et permettent de déterminer les propriétés mécaniques du tissu trabéculaire. Le risque fracturaire pourrait être évalué par quantification de la charge de ruine et du degré de déformation de ce tissu. Les résultats de cette méthodologie sont alors confrontés aux méthodes classiques d'évaluation clinique du risque fracturaire.

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Sivadon, Audrey. "Contributions à l’imagerie passive de la cavitation ultrasonore : formation de voies adaptatives en 3D et extension spatiale de nuages de bulles." Electronic Thesis or Diss., Lyon 1, 2022. http://www.theses.fr/2022LYO10172.

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Abstract:

L’imagerie passive s’appuie sur des algorithmes de formation de voie qui nécessitent des sondes de grande ouverture pour offrir de bonnes résolutions axiales ; or, en imagerie passive 3D, les sondes matricielles actuellement commercialisées ne vérifient pas cette contrainte. De plus, ces sondes présentent un grand nombre d’éléments, ce qui rend leur utilisation particulièrement lourde. Ce travail de thèse porte sur l’étude et l’amélioration de l’imagerie passive de la cavitation en s’intéressant à deux aspects en particulier : (i) la mise en œuvre pratique et efficace de l’imagerie passive en 3D, (ii) la problématique de l’imagerie de sources étendues telles que des nuages de cavitation. Nous avons combiné l’application des méthodes sparse (pour réduire le nombre d’éléments actifs de la sonde utilisée) et la transposition du 2D au 3D des algorithmes adaptatifs dans le domaine fréquentiel. Ce formalisme utilise l’estimation robuste de la matrice de densité inter-spectrale (CSM) et nous a permis d’implémenter simplement et efficacement différents algorithmes : Delay-And-Sum (DAS), Robust-Capon-Beamformer et Pisarenko. L’efficacité de ces algorithmes en 3D a été testée en termes de largeur à mi-hauteur, de contraste et d’erreur de position, sur une source ponctuelle en simulations et sur une expérience de réflecteur ponctuel. Enfin, pour répondre à la réalité des nuages de cavitation, nous nous sommes intéressés au comportement de ces méthodes de reconstruction dans le cas de sources étendues. Nos simulations en 2D montrent l’évolution des images reconstruites en fonction de caractéristiques du nuage de cavitation. Ce travail apporte une solution concrète de mise en œuvre simple de l’imagerie passive 3D ainsi que des éléments de réponse quant aux attentes sur la localisation et la caractérisation d’un nuage de cavitation
Passive imaging relies on beamforming algorithms that require large aperture probes to provide good axial resolutions; however, in 3D passive imaging, the matrix probes currently marketed do not meet this constraint. Moreover, these probes have a large number of elements, which makes their use particularly unwieldy. This thesis work focuses on the study and improvement of passive cavitation imaging by addressing two aspects in particular: (i) the practical and efficient implementation of 3D passive imaging, (ii) the problem of imaging large sources such as cavitation clouds. We have combined the application of sparse methods (to reduce the number of active elements of the probe used) and the transposition from 2D to 3D of adaptive algorithms in the frequency domain. This formalism uses the robust estimation of the inter-spectral density matrix (CSM) and allowed us to implement simply and efficiently different algorithms: Delay-And-Sum (DAS), Robust-Capon-Beamformer and Pisarenko. The efficiency of these algorithms in 3D has been tested in terms of width to half height, contrast and position error, on a point source in simulations and on a point reflector in experiments. Finally, in order to address the reality of cavitation clouds, we have investigated the behavior of these reconstruction methods in the case of extended sources. Our 2D simulations show the evolution of the reconstructed images as a function of the cavitation cloud characteristics. This work provides a concrete solution for a simple implementation of 3D passive imaging as well as answers to the expectations on the localization and characterization of a cavitation cloud

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Daunizeau, Loïc. "Développement de la thérapie ultrasonore conformationnelle par voie interstitielle pour le traitement du carcinome hépatocellulaire." Electronic Thesis or Diss., Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSE1326.

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Le carcinome hépatocellulaire est le principal cancer primaire du foie. Les procédures d’ablation thermique par voie interstitielle constituent un type de traitement curatif de ce cancer. Ces méthodes ne permettent pas toujours, de par leur nature physique (radio fréquence, micro-onde, laser, cryothérapie), de générer une ablation conformationnelle pour un volume tumoral donné. Dans certains cas, cela peut entraîner l’ablation d’un volume important de tissus non tumoraux. L'utilisation d'une sonde interstitielle ultrasonore disposant d’un transducteur avec de nombreux éléments indépendants, capable de générer des ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU), permettrait théoriquement de lever cette limitation. D’autre part, le nombre élevé d’éléments permettrait également de disposer de capacités d’imagerie. Les travaux présentés dans cette thèse ont donc d’abord porté sur la conception du transducteur associé à ce type de sonde. Un design particulier a été proposé spécifiquement pour le traitement d’une tumeur de 4 cm de diamètre. S’est ensuite posé la question de la stratégie de planification du traitement à adopter pour obtenir une lésion la plus conformationnelle possible. Différentes stratégies ont été évaluées par simulations numériques. Toutes ont présentés des caractéristiques semblables tant en termes de conformation que de temps de traitement total. La focalisation ultrasonore s’est avérée en elle-même suffisante pour générer un traitement conformationnel. Finalement, une plateforme robotique a été développée pour le pilotage de prototypes de sondes ultrasonores interstitielles bimodales, aussi bien en mode imagerie qu’en mode thérapie. Cette plateforme a permis de réaliser in vitro, les planifications de traitement automatiques de plusieurs fantômes de tumeurs, en se basant sur la reconstruction ultrasonore 3D issue de l’imagerie échographique obtenue in situ par les sondes ultrasonores. En revanche, en mode thérapie les prototypes de sondes n’ont pas atteint leurs spécifications et n’ont pas réussi à générer des lésions thermiques dans des tissus hépatiques in vitro. La modularité de la plateforme robotique a rendu possible son utilisation avec un système de thérapie ultrasonore différent, à la fiabilité éprouvé. Avec ce système, la planification automatique du traitement, ainsi que l’exécution du traitement HIFU associé, ont pu être effectué in vitro avec succès par la plateforme
Hepatocellular carcinoma is the most common primary cancer of the liver. Interstitial thermal ablation procedures constitute a type of curative treatments for this cancer. Given the physical nature of the phenomenon used to modify temperature (radio frequency, micro wave, laser, cryotherapy), those methods may not be able to generate a conformal treatment for a given tumor shape. In some cases, this limitation may induce the thermal ablation of a large volume of non-tumor tissues. The use of an ultrasound interstitial probe mounted with a multi-element transducer capable of generating high intensity focused ultrasound (HIFU) may theoretically help to overcome this limitation. Also a transducer with an important number of elements may also provide in situ imaging. As a first step, the design of a transducer for interstitial ultrasound probe was studied. A specific configuration has been proposed for the treatment of tumors with a diameter of 4 cm. The question of the treatment planning method to adopt to reach an optimal conformal treatment has been then addressed by comparing numerical simulations of different strategies. All strategies were sufficiently conformal and none presented real assets compared to the others. Ultrasound focusing in itself provided the desired conformal thermal ablation. Finally, a robotic platform was developed for driving interstitial dual mode ultrasound probes, both in imaging and in therapy mode. This platform allowed the automatic treatment planning of in vitro tumor mimic phantoms, based on 3D ultrasound reconstruction from the B mode images obtained in situ by the interstitial probe. However, in therapy mode, the probes did not reach their specifications and did not manage to create thermal lesions in in vitro liver tissue sample. The modularity of the robotic platform allowed driving a different HIFU system, which was more robust. With this system, the platform managed to perform with success an automatic treatment planning and then the associated HIFU treatment in in vitro tissue sample

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Salles, Sébastien. "Estimation du mouvement de la paroi carotidienne en imagerie ultrasonore par une approche de marquage ultrasonore." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0092/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse est axé sur le domaine du traitement d’images biomédicales. L’objectif de notre étude est l’estimation des paramètres traduisant les propriétés mécaniques de l’artère carotide in vivo en imagerie échographique, dans une optique de détection précoce des pathologies cardiovasculaires. L’étude des comportements dynamiques de l’artère pour le dépistage précoce de l’athérosclérose constitue à ce jour une piste privilégiée. Cependant, malgré les avancées récentes, l’estimation du mouvement de la paroi carotidienne reste toujours difficile, notamment dans la direction longitudinale (direction parallèle au vaisseau). L’élaboration d’une méthode innovante permettant d’étudier le mouvement de la paroi carotidienne constitue la principale motivation de ce travail de thèse. Les trois contributions principales proposées dans ce travail sont i) le développement, la validation, et l’évaluation clinique d’une méthode originale d’estimation de mouvement 2D adaptée au mouvement de la paroi carotidienne, ii) la validation en simulation, et expérimentale de l’extension à la 3D de la méthode d’estimation proposée, et iii) l’évaluation expérimentale de la méthode proposée, en imagerie ultrasonore ultra-rapide, dans le cadre de l’estimation locale de la vitesse de l’onde de pouls. Nous proposons une méthode d’estimation de mouvement combinant un marquage ultrasonore dans la direction latérale, et un estimateur de mouvement basé sur la phase des images ultrasonores. Le marquage ultrasonore est réalisé par l’intermédiaire d’oscillations transverses. Nous proposons deux approches différentes pour introduire ces oscillations transverses, une approche classique utilisant une fonction de pondération spécifique, et une approche originale par filtrage permettant de contrôler de manière optimale leurs formations. L’estimateur de mouvement proposé utilise les phases analytiques des images radiofréquences, extraites par l’approche de Hahn. Ce travail de thèse montre que la méthode proposée permet une estimation de mouvement plus précise dans la direction longitudinale, et plus généralement dans les directions perpendiculaires au faisceau ultrasonore, que celle obtenue avec d’autres méthodes plus traditionnelles. De plus, l’évaluation expérimentale de la méthode sur des séquences d’images ultrasonores ultra-rapides issues de fantômes de carotide, a permis l’estimation locale de la vitesse de propagation de l’onde de pouls, la mise en évidence de la propagation d’un mouvement longitudinal et enfin l’estimation du module de Young des vaisseaux
This work focuses on the processing of biomedical images. The aim of our study is to estimate the mechanical properties of the carotid artery in vivo using ultrasound imaging, in order to detect cardiovascular diseases at an early stage. Over the last decade, researchers have shown interest in studying artery wall motion, especially the motion of the carotid intima-media complex in order to demonstrate its significance as a marker of Atherosclerosis. However, despite recent progress, motion estimation of the carotid wall is still difficult, particularly in the longitudinal direction (direction parallel to the probe). The development of an innovative method for studying the movement of the carotid artery wall is the main motivation of this thesis. The three main contributions proposed in this work are i) the development, the validation, and the clinical evaluation of a novel method for 2D motion estimation of the carotid wall, ii) the development, the simulation and the experimental validation of the 3D extension of the estimation method proposed, and iii) the experimental evaluation of the 2D proposed method in ultra-fast imaging, for the estimation of the local pulse wave velocity. We propose a motion estimation method combining tagging of the ultrasound images, and a motion estimator based on the phase of the ultrasound images. The ultrasonic tagging is produced by means of transverse oscillations. We present two different approaches to introduce these transverses oscillations, a classic approach using a specific apodization function and a new approach based on filtering. The proposed motion estimator uses the 2D analytical phase of RF images using the Hahn approach. This thesis work shows that, compared with conventional methods, the proposed approach provides more accurate motion estimation in the longitudinal direction, and more generally in directions perpendicular to the beam axis. Also, the experimental evaluation of our method on ultra-fast images sequences from carotid phantom was used to validate our method regarding the estimation of the pulse wave velocity, the Young’s modulus of the vessels wall, and the propagation of a longitudinal movement

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Kohandani, Tafreshi Marzieh. "Reconstruction 3D du segment antérieur oculaire par échographie haute fréquence." Thesis, Brest, 2014. http://www.theses.fr/2014BRES0003.

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Abstract:

Une des applications de l’échographie médicale est celle de l’ophtalmologie qui pose de nombreux problèmes spécifiques liés en partie à la faible dimension de l’oeil et à la précision importante que requièrent les mesures intraoculaires. En effet, avec le développement de la chirurgie réfractive qui regroupe ensemble des techniques capables de corriger les erreurs de réfraction et l’avènement des implants intraoculaires, le chirurgien ophtalmologiste est amené à surveiller la tolérance et les effets secondaires de ces implants sur les structures du segment antérieur. L’échographie à haute fréquence apporte la résolution suffisante pour cette tâche. Cependant, le développement de l’échographie 3D permet une extension des applications ophtalmologiques notamment pour le dimensionnement des implants en préopératoire. La modélisation 3D du segment antérieur permet d’étudier le comportement des implants et surtout de dessiner à terme un implant « sur mesure » pour le patient. C’est dans ce contexte que nous présentons une méthode originale de segmentation et de reconstruction 3D du segment antérieur par échographique haute fréquence en utilisant l’ajustement de modèles 3D. Nous utilisons un système échographique 3D de type main-libre, composé d’une sonde échographique haute fréquence, et d’un module de localisation actif comprenant une caméra et des marqueurs infrarouges. Ce système échographique 3D nous permet d’obtenir des images avec des informations de positionnement dans l’espace tridimensionnel associées. Nous avons ainsi pu mettre en place toute une chaîne d’acquisitions et de traitements des images échographiques. Nous créons, à partir d’images échographiques du segment antérieur oculaire, des modèles de référence 3D réalistes. Nous proposons ainsi une méthode d’ajustement de modèles 3D de référence sur des données 3D échographiques via l’utilisation de l’algorithme de recalage ICP. Nous avons également sélectionné et adapté différentes méthodes pour l’évaluation de l’approche de reconstruction proposée. Ces méthodes permettent de mettre en valeur la précision de ces reconstructions
Ophthalmology is one of the clinical application fields of ultrasound imaging, for which numerous specific issues arise, related in part to the eye’s small anatomical dimensions combined with the high level of accuracy requirements associated with intraocular measurements. Indeed, since the development of refractive surgery including all the techniques dedicated to the correction of refractive errors, as well as the emergence of intraocular lens (IOL), ophthalmic surgeons have to monitor overall acceptance as well as secondary effects related to these implants on the structures of the anterior eye segment. High frequency ultrasound imaging provides the required spatial resolution for this task. However, the development of 3D ultrasound imaging allows for the development of new applications in ophthalmology, for instance pre-operative dimensioning of the lens. 3D modelling of the anterior eye segment therefore allows studying the IOL behaviour and may help designing future personalized IOL tailored for each patient. Within this context, we present an original 3D segmentation and reconstruction method based on 3D models registration, dedicated to the anterior eye segment acquired in high frequency ultrasound imaging. We used a 3D ultrasound free-hand acquisition system, composed of a high frequency ultrasound probe and a localization module based on a camera and infrared markers. This 3D ultrasound system provides images along with associated 3D spatial positioning information. We were therefore able to develop an entire ultrasound images acquisition and processing chain. This allowed us creating realistic reference 3D models from sequences of ultrasound images of the anterior eye segment. We thus propose a method based on the iterative closest point (ICP) algorithm for the registration of the 3D reference models to 3D ultrasound acquired data. We have also selected and adapted various methods for the evaluation of the proposed reconstruction process. These methods highlight the accuracy of the obtained reconstructions

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Laporte, Sébastien. "Reconstruction 3D du squelette humain pour la biomécanique par radiographie biplane à dose minimale d'irradiation." Paris, ENSAM, 2002. http://www.theses.fr/2002ENAM0024.

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Goubet, Étienne. "Contrôle non destructif par analyse supervisée d'images 3D ultrasonores." Cachan, Ecole normale supérieure, 1999. http://www.theses.fr/1999DENS0011.

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Abstract:

L'objet de cette thèse consiste en l'élaboration d'une chaine de traitements permettant d'extraire l'information utile de données 3d ultrasonores et de caractériser les défauts éventuellement présents dans la pièce inspectée. Cette caractérisation a été abordée pour des fissures contrôlées par un même émetteur/récepteur. Dans une première partie nous rappelons les principes du contrôle non destructif par ultrasons ainsi que les représentations classiques des données ultrasonores. La deuxième partie est consacrée à l'étude d'un modèle d'extraction de l'information d'échos présents sur les données au moyen d'une base d'ondelettes adaptée. L'utilisation d'une ondelette unique translatée dans le temps est rendue possible par un travail sur une représentation complexe des données réelles originales. Une première étape permet de détecter et de positionner les échos d'amplitude significative. Dans un deuxième temps, on effectue une régularisation spatialement cohérente des instants de détection à l'aide d'un modèle markovien. On élimine ainsi les échos dont les instants de détection ne font pas partie de surfaces d'instants régulières. Les parties suivantes traitent de la localisation et du dimensionnement des fissures. On utilise des caractéristiques extraites du faisceau ultrasonore afin de déterminer le trajet de l'onde ultrasonore du capteur à l'objet diffractant lorsque la réponse de l'écho est maximale. On met en correspondance l'instant de détection obtenu pour cet écho et le temps de parcours selon le trajet défini afin de positionner un point d'arête dans la pièce. On obtient ainsi un ensemble de points de discrétisation pour chaque arête. Dans le cadre de données 3d obtenues sur un matériau isotrope, on élimine les points d'arête extrêmes en utilisant un critère de comparaison sur les courbes échodynamiques associées aux points de détection sur les données réelles et sur des données simulées équivalentes. La localisation est abordée pour des fissures situées dans un matériau isotrope ou acier revêtu d'anisotrope.

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Barbosa, Daniel. "Automated assessment of cardiac morphology and function : An integrated B-spline framework for real-time segmentation and tracking of the left ventricle." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0111.

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Abstract:

L’objectif principal de cette thèse est le développement de techniques de segmentation et de suivi totalement automatisées du ventricule gauche (VG) en RT3DE. Du fait de la nature difficile et complexe des données RT3DE, l’application directe des algorithmes classiques de vision par ordinateur est le plus souvent impossible. Les solutions proposées ont donc été formalisées et implémentées de sorte à satisfaire les contraintes suivantes : elles doivent permettre une analyse complètement automatique (ou presque) et le temps de calcul nécessaire doit être faible afin de pouvoir fonctionner en temps réel pour une utilisation clinique optimale. Dans ce contexte, nous avons donc proposé un nouveau cadre ou les derniers développements en segmentation d’images par ensembles de niveaux peuvent être aisément intégrés, tout en évitant les temps de calcul importants associés à ce type d’algorithmes. La validation clinique de cette approche a été effectuée en deux temps. Tout d’abord, les performances des outils développés ont été évaluées dans un contexte global se focalisant sur l’utilisation en routine clinique. Dans un second temps, la précision de la position estimée du contour du ventricule gauche a été mesurée. Enfin, les méthodes proposées ont été intégrées dans une suite logicielle utilisée à des fins de recherche. Afin de permettre une utilisation quotidienne efficace, des solutions conviviales ont été proposées incluant notamment un outil interactif pour corriger la segmentation du VG
The fundamental goal of the present thesis was the development of automatic strategies for left ventricular (LV) segmentation and tracking in RT3DE data. Given the challenging nature of RT3DE data, classical computer vision algorithms often face complications when applied to ultrasound. Furthermore, the proposed solutions were formalized and built to respect the following requirements: they should allow (nearly) fully automatic analysis and their computational burden should be low, thus enabling real-time processing for optimal online clinical use. With this in mind, we have proposed a novel segmentation framework where the latest developments in level-set-based image segmentation algorithms could be straightforwardly integrated, while avoiding the heavy computational burden often associated with level-set algorithms. Furthermore, a strong validation component was included in order to assess the performance of the proposed algorithms in realistic scenarios comprising clinical data. First, the performance of the developed tools was evaluated from a global perspective, focusing on its use in clinical daily practice. Secondly, also the spatial accuracy of the estimated left ventricular boundaries was assessed. As a final step, we aimed at the integration of the developed methods in an in-house developed software suite used for research purposes. This included user-friendly solutions for efficient daily use, namely user interactive tools to adjust the segmented left ventricular boundaries

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Martin, Matthieu. "Reconstruction 3D de données échographiques du cerveau du prématuré et segmentation des ventricules cérébraux et thalami par apprentissage supervisé." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI118.

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Abstract:

Environ 15 millions d’enfants naissent prématurément chaque année dans le monde. Ces patients peuvent présenter des anomalies du développement cérébral qui peuvent causer des troubles du neuro-développement : paralysie cérébrale, surdité, cécité, retard du développement intellectuel, … Des études ont montrées que la quantification du volume des structures cérébrales est un bon indicateur qui permet de réduire ces risques et de les pronostiquer pour orienter les patients dans des parcours de soins adaptés pendant l’enfance. Cette thèse a pour objectif de montrer que l’échographie 3D pourrait être une alternative à l’IRM qui permettrait de quantifier le volume des structures cérébrales chez 100 % des prématurés. Ce travail se focalise plus particulièrement sur la segmentation des ventricules latéraux (VL) et des Thalami, il apporte trois contributions principales : le développement d’un algorithme de création de données échographiques 3D à partir d’échographie transfontanellaire 2D du cerveau du prématuré, la segmentation des ventricules latéraux et des thalami dans un temps clinique et l’apprentissage par des réseaux de neurones convolutionnels (CNN) de la position anatomique des ventricules latéraux. En outre, nous avons créé plusieurs bases de données annotées en partenariat avec le CH d’Avignon. L’algorithme de création de données échographiques 3D a été validé in-vivo où une précision de 0.69 ± 0.14 mm a été obtenue sur le corps calleux. Les VL et les thalami ont été segmentés par apprentissage profond avec l’architecture V-net. Les segmentations ont été réalisées en quelques secondes par ce CNN et des Dice respectifs de 0.828 ± 0.044 et de 0.891 ± 0.016 ont été obtenus. L’apprentissage de la position anatomique des VL a été réalisée via un CPPN (Compositional Pattern Producing Network), elle a permis d’améliorer significativement la précision de V-net lorsqu’il était composé de peu de couches, faisant passer le Dice de 0.524 ± 0.076 à 0.724 ± 0.107 dans le cas d’un réseau V-net à 7 couches. Cette thèse montre qu’il est possible de segmenter automatiquement, avec précision et dans un temps clinique, des structures cérébrales de l’enfant prématuré dans des données échographiques 3D. Cela montre qu’une échographie 3D de haute qualité pourrait être utilisée en routine clinique pour quantifier le volume des structures cérébrales et ouvre la voie aux études d’évaluation de son bénéfice pour les patients
About 15 million children are born prematurely each year worldwide. These patients are likely to suffer from brain abnormalities that can cause neurodevelopmental disorders: cerebral palsy, deafness, blindness, intellectual development delay, … Studies have shown that the volume of brain structures is a good indicator which enables to reduce and predict these risks in order to guide patients through appropriate care pathways during childhood. This thesis aims to show that 3D ultrasound could be an alternative to MRI that would enable to quantify the volume of brain structures in all premature infants. This work focuses more particularly on the segmentation of the lateral ventricles (VL) and thalami. Its four main contributions are: the development of an algorithm which enables to create 3D ultrasound data from 2D transfontanellar ultrasound of the premature brain, the segmentation of thigh quality he lateral ventricles and thalami in clinical time and the learning by a convolutional neural networks (CNN) of the anatomical position of the lateral ventricles. In addition, we have created several annotated databases in partnership with the CH of Avignon. Our reconstruction algorithm was used to reconstruct 25 high-quality ultrasound volumes. It was validated in-vivo where an accuracy 0.69 ± 0.14 mm was obtained on the corpus callosum. The best segmentation results were obtained with the V-net, a 3D CNN, which segmented the CVS and the thalami with respective Dice of 0.828± 0.044 and 0.891±0.016 in a few seconds. Learning the anatomical position of the CVS was achieved by integrating a CPPN (Compositional Pattern Producing Network) into the CNNs. It significantly improved the accuracy of CNNs when they had few layers. For example, in the case of the 7-layer V-net network, the Dice has increased from 0.524± 0.076 to 0.724±0.107. This thesis shows that it is possible to automatically segment brain structures of the premature infant into 3D ultrasound data with precision and in a clinical time. This proves that high quality 3D ultrasound could be used in clinical routine to quantify the volume of brain structures and paves the way for studies to evaluate its benefit to patients

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Graciet, Christophe. "Imagerie quantitative par ultrasons de propriétés de matériaux composites." Bordeaux 1, 1996. http://www.theses.fr/1996BOR10574.

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Abstract:

A l'issue d'un impact, les proprietes acoustiques et geometriques d'une plaque de composites sont modifiees. L'evolution de ces proprietes au voisinage de la zone impactee peut etre etudiee grace a l'utilisation d'un faisceau ultrasonore focalise. L'objet de cette etude est de developper un outil afin de contribuer a la comprehension des mecanismes d'endommagement d'un composite verre/epoxyde impacte sous faible energie. La faible focalisation du faisceau ultrasonore permet d'acceder a la constante d'elasticite complexe suivant la normale a la plaque, notee *c11. La partie reelle de cette constante c11, representative du comportement elastique du materiau, est fonction de la celerite des ondes et de la masse volumique. La partie imaginaire c11 est quant a elle representative du caractere viscoelastique du materiau. La mesure locale de ces trois parametres ne peut se faire sans la connaissance exacte de l'epaisseur au point de mesure. L'analyse de la reponse du traducteur focalise, basee sur la theorie du spectre angulaire, a montre la necessite de definir empiriquement la fonction pupillaire de l'ensemble traducteur + lentille, afin d'isoler l'information relative aux caracteristiques du materiau. Le probleme direct etant alors resolu, l'optimisation de la reponse du systeme conduit a la mesure des quatre parametres. Cette optimisation est precedee d'une etude de sensibilite de la reponse du systeme aux variations des divers parametres, ce qui conduit a la determination de la plage frequentielle menant a la meilleure precision des resultats

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Elbes, Delphine. "Thermothérapies par ultrasons focalisés et radiofréquences guidées par imagerie de résonance magnétique." Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14683/document.

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Abstract:

La thèse s’articule autour du développement des thermothérapies hépatique et cardiaque guidées par Imagerie de Résonance Magnétique (IRM). La première partie est axée sur le développement d’une méthode permettant d’augmenter la taille des lésions induites par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU). Le seuil de d’intensité acoustique fut déterminé par IRM de la force de radiation acoustique et l’effet caractérisé par IRM de température ex vivo et in vivo dans le foie de porc. La deuxième partie présente le développement d’une méthode permettant une focalisation HIFU hépatique intercostale avec utilisation de la déflection électronique du faisceau pour le suivi du mouvement respiratoire ou /et une ablation multipoint. La méthode proposée repose sur une mise à jour des éléments du transducteur HIFU à désactiver en fonction du point de focalisation sélectionné, à partir d’une projection géométrique de l’ombre des côtes sur la surface du transducteur, mesurée sur des images IRM anatomiques. Nous avons montré qu’il est possible de réduire significativement le chauffage des côtes tout en conservant une élévation de température dans le foie suffisante pour induire une lésion thermique. La troisième partie expose la mise en place de l’IRM de température pour le monitoring des ablations par radiofréquences (RF) dans le cœur. Plusieurs aspects sont abordés, notamment la précision de la thermométrie, la possibilité de réaliser des ablations thermiques par cathéter RF sous IRM de température in vivo dans le cœur de brebis, ainsi que l’utilisation du cathéter comme sonde d’imagerie dans l’objectif d’accroitre la précision de la thermométrie cardiaque
My manuscript studies the development of mini and non invasive thermotherapies guided by magnetic resonance imaging (MRI) in the treatment of hepatic and cardiac diseases. The first part was the development of a method to increase the lesion size, induced by HIFU, and based on bubble enhanced heating (BEH). The acoustic power threshold of the BEH was determined by MR acoustic radiation force imaging (MR-ARFI) and the thermal effect was characterized by MR thermometry on ex vivo and in vivo in pig livers. The second part developed a strategy to perform HIFU through the rib cage using beam steering to track the respiratory movement or to performed multipoint ablation while avoiding heating of ribs. Transducer elements localized in the geometric projection of the shadow of ribs, relatively to the targeted focal point, were switched off.The third part was the development of the MR thermometry on the heart for the monitoring of radiofrequency ablation (RFA). Several aspects were investigated, in particular the thermometry precision, the feasibility to perform catheter radiofrequency ablation under MR thermometry in vivo in a sheep heart, the possibility to use the catheter as an MR antenna to increase spatial resolution of MR thermometry images

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MARTIN, DIDIER. "Propagation d'ondes et imagerie en milieux anisotropes par laser ultrasons." Paris 7, 1993. http://www.theses.fr/1993PA077185.

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L'objet de cette these est l'etude de quelques effets de l'anisotropie elastique sur la propagation d'ondes ultrasonores ainsi que ses consequences sur l'imagerie. Le systeme experimental utilise est base sur l'emploi d'un laser pulse en emission et d'un interferometre laser - ou d'un transducteur piezo-electrique - en reception. Un interet particulier est porte en premiere partie sur les diagrammes de directivite en emission et en reception des systemes experimentaux. La simultaneite des mecanismes thermoelastique et d'ablation lors de la generation ultrasonore a la surface d'un solide a ete demontree. La seconde partie expose d'une part les resultats d'une etude comparee d'une modelisation numerique et physique d'une meme experience apparentee a une experience de sismique de prospection entre puits. D'autre part, sont commentes les resultats d'une caracterisation experimentale de quelques effets de l'anisotropie sur le champ de propagation d'ondes ultrasonores (ondes de volume, d'interface et de surface), comme l'effet de triplement des ondes quasi-transversales et l'effet de focalisation - defocalisation - des faisceaux acoustiques. Enfin, la troisieme partie presente les resultats de modelisations d'experiences de sismique reflexion, a deux dimensions, dans des milieux isotropes et anisotropes. L'etude des reflexions dans un milieu naturel mais fortement anisotrope (schiste ardoisier) et l'influence de l'anisotropie sur les images reconstituees par traitements (migration) isotrope et anisotrope des enregistrements sont presentees. Nous avons demontre la necessite d'adopter un algorithme anisotrope afin d'imager correctement les structures au risque d'obtenir une image floue (anomalie de focalisation due a une mauvaise vitesse de migration) et/ou un positionnement errone des reflecteurs (effet de delocalisation du a la distinction entre la direction d'energie et la direction de phase). En conclusion, nous avons pu observer que ce systeme experimental au stade actuel de developpement technologique est un outil de recherche performant. Cependant, sa faible sensibilite, sa dynamique de reception limitee et la lourdeur de sa mise en uvre le rendent actuellement inadapte a la realisation d'experiences a grandes echelles comme avec les cuves acoustiques traditionnelles

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Gateau, Jérôme. "Imagerie ultrasonore ultrarapide d'évènements de cavitation : application en thérapie par ultrasons et imagerie de détection." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00863591.

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Abstract:

L'initiation de la cavitation dans un milieu aqueux se traduit par l'apparition d'une ou plusieurs inclusions gazeuses micrométriques. Elle peut être obtenue acoustiquement par activation de nucléi, et est alors nommée nucléation acoustique de bulles. Nous nous intéressons à la nucléation induite par excitation brève (quelques cycles) et de forte amplitude (ordre du MPa). Les bulles, créés par la dépression acoustique, sont transitoires (dissolution). Les propriétés des tissus biologiques en terme de nucléation de bulles sont peu connues. Elles sont accessibles acoustiquement, car la formation d'une bulle engendre l'apparition d'un nouveau diffuseur, détectable activement (échographie). De plus, chaque évènement de cavitation conduit à une émission acoustique, enregistrable en écoute passive. Ce travail de thèse utilise l'imagerie ultrasonore ultrarapide (acquisition simultanée à forte cadence sur un réseau de transducteurs) afin de détecter et étudier les évènements de cavitation. D'une part, la nucléation de bulles isolées et leur détection passive à travers le crâne permettent, via le retournement temporel, d'optimiser la focalisation adaptative pour une thérapie ultrasonore non invasive du cerveau. D'autre part, la formation de bulles dans les tissus biologiques diffusants (muscle) et leur dissolution sont détectées avec une grande sensibilité en combinant détection passive et active. Des expérimentations in vivo sur encéphale de mouton, et in vitro sur sang animal montrent de plus le caractère aléatoire de la nucléation dans les tissus biologiques, et le recourt à des pressions négatives fortes (< -12MPa) pour observer son occurrence in vivo.

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Gâteau, Jérôme. "Imagerie ultrasonore ultrarapide d'événements de cavitation : application en thérapie par ultrasons et imagerie de détection." Paris 7, 2011. http://www.theses.fr/2011PA077013.

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Abstract:

L'initiation de la cavitation dans un milieu aqueux se traduit par l'apparition d'une ou plusieurs inclusions gazeuses micrométriques. Elle peut être obtenue acoustiquement par activation de nucléi, et est alors nommée nucléation acoustique de bulles. Nous nous intéressons à la nucléation induite par excitation brève (quelques cycles) et de forte amplitude (ordre du MPa). Les bulles, créés par la dépression acoustique, sont transitoires (dissolution). Les propriétés des tissus biologiques en terme de nucléation de bulles sont peu connues. Elles sont accessibles acoustiquement, car la formation d'une bulle engendre l'apparition d'un nouveau diffuseur, détectable activement (échographie). De plus, chaque événement de cavitation conduit à une émission acoustique, enregistrable en écoute passive. Ce travail de thèse utilise l'imagerie ultrasonore ultrarapide (acquisition simultanée à forte cadence sur un réseau de transducteurs) afin de détecter et étudier les événements de cavitation. D'une part, la nucléation de bulles isolées et leur détection passive à travers le crâne permettent, via le retournement temporel, d'optimiser la focalisation adaptative pour une thérapie ultrasonore non invasive du cerveau. D'autre part, la formation de bulles dans les tissus biologiques diffusants (muscle) et leur dissolution sont détectées avec une grande sensibilité en combinant détection passive et active. Des expérimentations in vivo sur encéphale de mouton, et in vitro sur sang animal montrent de plus le caractère aléatoire de la nucléation dans les tissus biologiques, et le recourt à des pressions négatives fortes (< -12MPa) pour observer son occurrence in vivo
The onset of cavitation activity in an aqueous medium is linked to the formation of gas/vapour-filled cavities of micrometric size. This formation can be acoustically mediated and is then called acoustic bubble nucleation. We focus here in the activation of seed nucléi by short (a few cycles) and high amplitude ultrasonic excitation (order of magnitude MPa). Bubbles are generated during the rarefaction phase of the wave and are transient (they dissolve). The nucleation properties of biological tissues are little known. However, they can be assessed using ultrasound: the formation of a bubble results in the appearance of a new scatterer (which can be detected with a pulse-écho detection), and each cavitation event generates an acoustic emission (detected with passive reception). In n this PhD manuscript, we use ultrafast ultrasound imaging (simultaneous acquisition on an array of transducers with a high frame rate) to detect cavitation events. Two in vitro applications were first validated. On one hand, bubble nucleation was performed through a human skull, and transcranial passive detection of a single cavitation event was used in a time reversal process to optimize adaptive focusing for thermal therapy of brain tissue. On the other hand, the formation and dissolution of bubbles in scattering biological tissues (muscle) were detected with a high sensitivity by combining passive detection and ultrafast active imaging. Finally, in vivo experiments on sheep's brain, and others in vitro on animal blood showed that nucleation in biological tissue is a random phenomenon, and high negative pressure are mandatory to initiate nucleation in vivo (< -12MPa)

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Ruan, Yi. "Imagerie numérique 3D par microscopie tomographique diffractive." Ecole centrale de Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012ECDM0003.

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Vernet, Kinson. "Imagerie densitométrique 3D des volcans par muographie." Electronic Thesis or Diss., Université Clermont Auvergne (2021-...), 2022. http://www.theses.fr/2022UCFAC112.

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La muographie est une technique d’imagerie en physique des particules où les muons atmosphériques traversant une cible sont utilisés pour déterminer des informations de l’intérieur de la cible : distribution de la densité ou composition chimique via le numéro atomique. En fonction de l’énergie des muons et de la quantité de matière à traverser, il y en a qui vont survivre et d’autres qui vont être arrêtés par la cible. Et, la diffusion des muons dépend, en première approximation, de leur impulsion et du numéro atomique moyen le long de leur parcours de vol. La muographie propose, à partir de la mesure de la transmission et/ou de la diffusion des muons à travers la cible, de fournir des informations sur son intérieur.Il existe actuellement deux types de muographie : la muographie par transmission où le flux transmis des muons à travers la cible est mesuré pour inférer la distribution de densité de la cible et la muographie par diffusion où la diffusion des muons à travers la cible est utilisée pour déterminer la distribution du numéro atomique de la cible. Cette thèse traite de la muographie par transmission pour radiographier les volcans.Dans le cas de la muographie par transmission, un télescope à muons est utilisé pour mesurer le flux transmis des muons atmosphériques à travers la cible. Ce flux est, en première approximation, une fonction bijective de la quantité de matière rencontrée par les muons. L’idée est d’inverser le nombre de muons mesurés en une estimation de la densité de la cible.Il existe d’autres méthodes d’imagerie en géophysique permettant de reconstruire la densité d’une cible. C’est le cas, par exemple, de la gravimétrie et de l’imagerie par sismicité. Ces méthodes dites conventionnelles présentent des faiblesses. Pour ces méthodes, le problème d’inversion est soit mal posé, c’est-à-dire il n’existe pas de solution unique ou la solution présente de grandes variations pour de petites variations des paramètres dont elle dépend. Un ensemble de contraintes supplémentaires sont alors ajoutées pour enlever la non-unicité.En muographie par contre, le problème d’inversion est bien posé et la solution est unique. Les méthodes conventionnelles en géophysique ne permettent pas, à elles seules, de déterminer la densité de la cible. Jointes avec la muographie, elles présentent de gros potentiel, soit en fournissant d’autres informations sur la roche et/ou sur la nature de l’eau, soit en améliorant la précision sur la reconstruction de la densité de la cible.Plusieurs expériences utilisent l’approximation CSDA (Continuous Slowing Down Approximation) pour estimer la probabilité de survie des muons à travers une cible. Le fait d’utiliser cette approximation, donc de négliger le caractère stochastique de l’interaction des muons avec la matière, sous-estime la probabilité de survie des muons et par conséquent induit des effets systématiques sur la reconstruction de la densité. Dans les kilomètres de roche standard l’effet est de 3% - 8% en fonction de la modélisation de l’interaction des muons de hautes énergies avec la matière. En outre, une mauvaise estimation du bruit de fond des muons de basse impulsion qui affectent la mesure du signal résulte en une sous-estimation de la densité de la cible par rapport à la gravimétrie. Cela vient probablement de l’utilisation de l’approximation analytique pour simuler la propagation des muons à travers la cible et de la difficulté de rejeter dans la mesure ceux de basse impulsion. Pour ces raisons, dans l’expérience MIM (Muon IMaging) (où cette thèse a été réalisée), nous utilisons un traitement Monte Carlo pour simuler le transport des muons à travers la cible. Dans ce cas, nous pouvons estimer précisément l’effet de ces muons de basse impulsion sur la reconstruction de la densité. (...)
Muography is an imaging technique in particle physics where atmospheric muons passing through a target are used to determine information about the interior of the target : density distribution or chemical composition via the atomic number. Depending on the energy of the muons and the amount of matter they have to cross, some of them will survive and others will be stopped by the target. And, the diffusion of the muons depends, to a first approximation, on their momentum and the average atomic number along their flight path. Muography proposes, from the measurement of the transmission and/or diffusion of muons through a target, to provide information about its interior.There are currently two types of muography : transmission muography, where the transmitted flux of muons through the target is measured to infer the density distribution of that target, and diffusion muography, where the diffusion of muons through the target is used to determine the distribution of the atomic number of the target. This thesis discusses transmission muography in order to radiography volcanoes.In the case of transmission muography, a muon telescope is used to measure the transmitted flux of atmospheric muons through the target. This flux is, to a first approximation, a bijective function of the amount of matter encountered by the muons. The idea is to invert the measured number of muons into a density estimation of the target.There are other imaging methods in geophysics that can be used to reconstruct the density of a target. This is the case, for example, of gravimetry and seismic imaging. These so-called conventional methods have weaknesses. For these methods, the inversion problem is either ill-posed, i.e. there is no unique solution, or the solution presents large variations for small variations of the parameters on which it depends. A set of additional constraints are then added to remove the non-uniqueness.In muography however, the inversion problem is well posed and the solution is unique. Conventional geophysical methods alone cannot determine the density of a target. Combined with muography, they have great potential, either by providing other information on the rock and/or on the nature of the water, or by improving the accuracy of the target density reconstruction.Several experiments use the CSDA (Continuous Slowing Down Approximation) approximation to estimate the survival probability of muons through a target. Using this approximation, thus neglecting the stochastic character of the interaction of muons with matter, underestimates the muon survival probability and therefore induces systematic effects on the density reconstruction. In standard rock kilometers the effect is 3% - 8% depending on the modeling of the interaction of high energy muons with matter. In addition, a bad estimation of the background of the low momentum muons affecting the measurement of the signal results in an underestimation of the density of the target with respect to the gravimetry. This probably comes from the use of the analytical approximation to simulate the propagation of the muons through the target and the difficulty of rejecting in the measurement those with low momentum. For these reasons, in the Muon IMaging (MIM) experiment (where this thesis was conducted), we use a Monte Carlo treatment to simulate the muon transport through the target. In this case, we can accurately estimate the effet of these low momentum muons on the density reconstruction. One of the techniques used in our experiment, to make the low momentum muons scatter so that they can be statistically rejected, is to insert a thickness of lead between the telescope detection planes. (...)

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Bensalah, Mohamed Sélim. "Caractérisation de l'os cortical par imagerie 3D." Paris 7, 2012. http://www.theses.fr/2012PA077012.

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Abstract:

La caractérisation 3D de l'os trabéculaire a été largement étudiée alors que peu d'études se sont intéressées à l'os cortical malgré son rôle dans la résistance mécanique de l'os. Le remodelage osseux de l'os cortical aboutit à des modifications de taille, de forme et de surface (avec des variations de la rugosité en rapport avec l'activité des ostéoclastes) des pores de l'os cortical qui sont constitués pour l'essentiel par les canaux d'Havers et de Volkmann. Ce mécanisme a pour effet la trabécularisation de l'os cortical. La caractérisation 3D de l'os cortical peut s'effectuer à l'aide des paramètres usuels (dérivés de l'analyse trabéculaire) notamment la porosité, le nombre des pores, l'espacement des pores, le diamètre des pores. . . Néanmoins, ces paramètres décrivent la structure globale de l'os cortical et ne reflètent pas les changements à l'échelle individuelle des pores de l'os cortical. C'est pourquoi, nous avons proposés dans cette thèse des paramètres caractérisant le degré de branchement, la rugosité et la tortuosité/sinuosité des pores de l'os cortical. Pour cela, nous avons travaillé sur des images de fémur (col inférieur, supérieur et diaphyse) acquises en micro-tomographie dérivés du rayonnement synchrotron avec des voxels de 2. 8um et 7. 5um. La segmentation, des canaux par rapport à l'os, effectuée par un simple seuillage, suffise pour obtenir une séparation précise en raison d'un bon contraste. Par contre, la segmentation entre les ostéons et le tissu interstitiel, du fait du faible contraste, est difficile. Nous avons, par conséquent, développé une méthode originale de segmentation 3D des ostéons et de ces différentes composantes de l'os cortical (canal, os ostéoïde, os interstitiel) par une méthode dérivée des champs markovien 3D. Quatre modèles de régularisation on été proposés et comparés à la segmentation manuelle de référence
3D characterization of trabecular bone has been widely studied, whereas few studies have focused on cortical bone despite its role in the mechanical strength of bone. Bone remodeling of the cortical bone leads to changes in size, shape and surface (with variations of the roughness related to the osteoclasts activity) of the pores of the cortical bone which consist essentially by Haversian canals and Volkmann. This process leads to cortical bone trabecularization. The 3D characterization of cortical bone can be performed using the usual parameters (derived from thé trabecular analysis) such as porosity, pore number, pore spacing, the pore diameter. . . However, these parameters describe the cortical bone structure globally and do not reflect changes related to each pore individually. Therefore, we suggested in this thesis new parameters to characterize the branching degree, the roughness and sinuosity/tortuosity of cortical bone pores. Our study is based on images of samples extracted from different femur sites (diaphysis , lower and upper neck) and acquired by synchrotron radiation micro-tomography with voxel size 2. 8um and 7. 5uni. The segmentation (canals Vs bone) using a simple threshold is sufficient to reach an accurate separation because of high contrast. However, the segmentation between osteons and cortical tissue, because of low contrast, is difficult. Therefore we developed a new method of 3D segmentation of osteons and various components of the cortical bone (canal, osteoid bone, interstitial bone) based on 3D Markov Random Fields (3D-MRF). Four 3D-MRF models have been suggested and compared to manual segmentation considered as reference segmentation

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Heiles, Baptiste. "Microscopie par Localisation Ultrasonore en 3D." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-02953081.

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Abstract:

La microscopie par localization ultrasonore a montré qu’il était possible de s’affranchir du compromis entre la penetration et la resolution en échographie grâce aux ultrasons ultrarapides et à l’utilisation d’agents de contraste. Cependant, cette technique sera difficilement transposable dans un environment clinique car elle implique : 1. de longs temps d’acquisitions, 2. un champ de vue limité à un plan, 3. l’impossibilité de corriger les mouvements hors plan, 4. des quantités de données importantes et 5. des temps de calculs extrêmement longs. En développant cette technique en 3 dimensions, il sera possible d’explorer des volumes anatomiques entiers en quelques minutes d’acquisition afin de voir la microvasculature mais aussi d’imager des organes soumis au mouvement (comme cela est le cas pour l’imagerie d’un patient).L’objectif de cette thèse a été de démontrer qu’il était possible de faire de la microscopie par localization ultrasonore en 3D sur des larges volumes, et de montrer son potentiel in vitro et in vivo. Le point de depart a été de developer des nouvelles techniques de localisation de particules, ce qui a permis de diviser par 300 le temps de calcul en 2D et de fournir une imagerie de meilleure qualité. Grâce à leur implémentation en 3 dimensions, elles ont rendu possible la microscopie par localization ultrasonore en 3D dans des temps réduits. Ensuite, nous avons créé des sequences d’imagerie 4D spécifiques pour la microscopie en 3D et montré qu’il était possible d’imager avec une résolution sub longueur d’onde un fantôme de canaux microfluidiques 3D. Ce fantôme a été développé spécifiquement pour démontrer la faisabilité de la technique en 3D. Après avoir éprouvé notre technique in vitro, nous l’avons appliquée in vivo sur le cerveau de rat et démontré qu’il était possible d’avoir accès à la vasculature ainsi qu’aux flux sanguins à une échelle de quelques microns. Une étape supplémentaire a été ajoutée dans le framework de l’algorithme afin de corriger le mouvement en 3 dimensions et de recaler des volumes superrésolus entre eux afin de produire le premier volume d’un cerveau de rat entier (bulbe olfactif, cervelet et lobes principaux).Le développement de la microscopie par localisation ultrasonore en 3D ouvre la voie vers une imagerie préclinique in vivo de meilleure qualité et plus rapide. Grâce aux innovations technologiques actuelles, l’utilisation de cette technique en recherche se fera de plus en plus fréquente jusqu’à être adoptée en clinique
Ultrasound Localization Microscopy has demonstrated the ability to overcome the penetration/resolution conundrum in ultrasound imaging thanks to high frame rate imaging and contrast agents. However, this approach will fall short in its clinical translation if its main disadvantages aren’t addressed: 1- long time of acquisition 2- limited two dimensional field of view 3- motion artifacts 4-data overdose and 5- data processing times. Developing 3D ULM will allow to explore entire volumes within a few minutes of acquisition, giving access to all blood vessels down to micrometer size and imaging moving organs (i.e. a patient in a clinical setting).The objective of this thesis was to perform, for the first time, volumetric ultrasound localization microscopy and unveil its potential in-vitro and in-vivo. For this purpose, I first developed new post-processing techniques, reducing 2D data processing times by a factor of 300, allowing implementation of ULM on 3D data and increasing image quality. Then, I implemented new ultrasound sequences and demonstrated that sub-wavelength features could be resolved in a tailor made wall-less phantom. I then demonstrated that 3D imaging of the rat brain microvasculature with blood flow velocimetry was achievable with micrometric resolution, and implemented 3D motion correction and image registration to provide whole brain imaging.This new tool was used to investigate both the anatomy and the vascularization mechanisms in the brain. Making the transition from 2D ULM to 3D ULM paves the way towards better imaging of in vivo organs in the rat. Thanks to technological improvements 3D ULM will spread fast in research imaging and reach all the way to clinical care

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Roux, Christian. "Evaluation de l'os humain par ultrasons : application à l'ostéoporose." Compiègne, 1997. http://www.theses.fr/1997COMP1049.

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Abstract:

Le but de ce travail est d'évaluer l'intérêt de la mesure en transmission de paramètres ultrasonores pour estimer la solidité du squelette humain. Nous avons mesuré 2 paramètres : l'atténuation (essentiellement) et la vitesse d'un faisceau ultrasonore, sur l'os du talon, le calcanéum, qui est représentatif du squelette. A partir des résultats d'un premier appareil nécessitant un bain d'eau, nous avons évalué deux progrès techniques : l'utilisation d'un gel de contact, et la création d'une image du paramètre mesure, permettant de faire la mesure dans une zone d'intérêt précise de l'os. Ce travail, réalisé chez plus de 1 700 sujets, nous a permis de préciser les propriétés métrologiques de la technique, et d'établir des recommandations quant à son utilisation en pratique médicale, en particulier dans le diagnostic de l'ostéoporose.

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Gesnik, Marc. "Imagerie fonctionnelle par ultrasons de la rétine et des fonctions visuelles cérébrales." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLET011/document.

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Abstract:

Ces travaux de thèse portent sur les récents progrès de l’imagerie fonctionnelle par ultrasons et ses nouvelles applications en ophtalmologie. Dans le cadre d’un projet mêlant physique des ondes, imagerie, neurosciences et ophtalmologie, nous avons appliqué cette technologie à l’imagerie du système visuel et à l’étude préclinique de thérapies le ciblant. Au cours de ce projet, nous avons accompagné nos études précliniques de progrès constants dans notre imagerie.Un dispositif permettant l’imagerie du cerveau en 3 dimensions a été conçu. Cette imagerie a été réalisée en temps réel, ou à une fréquence ultrasonore de 30 MHz grâce au procédé d’entrelacement. Grâce à une connaissance a priori de l’architecture vasculaire cérébrale et de l’effet Doppler, il est possible de réaliser une décomposition spectrale des écoulements sanguins cérébraux selon leurs vitesses et de leurs orientations.Ceci a permis une étude des fonctions visuelles du rat et du primate non-humain. Nous avons imagé la rétine du primate en Doppler de puissance, mais sa forte mobilité en fait un organe délicat à imager en imagerie fonctionnelle. En revanche, nous avons réalisé une imagerie fonctionnelle de la rétine de rat à 30 MHz. Nous avons caractérisé en détail le système visuel cérébral de ce rongeur. Nous avons mis en évidence ses principales structures et redémontré leurs caractéristiques les plus connues, comme leur organisation rétinotopique ou leur différence de temps de réponse neurovasculaire à un stimulus. Des animaux traités par des thérapies de restauration visuelle a été imagée. La première imagerie de primates non-humains anesthésiés puis éveillés et exécutant une tâche comportementale, et la détection de variations de flux sanguins dues à des erreurs uniques ont été réalisées. Enfin, une étude préclinique aiguë et une étude chronique de traitements ayant des effets neurovasculaires ont été menées grâce au suivi du flux sanguin par nos procédés
This thesis focuses on recent improvements in the functional ultrasound imaging (fUS) technique and their applications in the field of ophthalmology. Within the framework of a synergetic project blending waves physics, medical imaging, neuroscience and ophthalmology, fUS was shown to be capable of imaging and studying the visual system of healthy and diseased animals for the purpose of preclinical studies. To tackle these issues, constant upgrades in the fUS technique had to support the preclinical studies.An experimental set-up was built to image the visual pathway in three dimensions with fUS. Using a new imaging facility, fUS was proven to be feasible in real time and at high ultrasound frequencies such as 30 MHz. Interleaved sampling had to be implemented in that case. Furthermore, the a priori knowledge of the vascular cerebral architecture and the Doppler Effect were exploited to spectrally decompose cerebral blood flux and vessels according to their velocities and orientations.Leveraging these improvements, functional ultrasound imaging of rats and non-human primates was performed. Primate retina was imaged with Power Doppler, but proved to be too mobile to be functionally imaged. However, fUS has been performed on rat retina after 30 MHz fUS imaging had been implemented. The rat visual pathway has then been characterised with fUS. Some of its known features where highlighted such as its retinotopic organisation or the time response differences between some of its structures. The same set-up has been leveraged to map the cerebral activity of animal that underwent visual restauration therapies. These tools were then used to map cerebral activity in anesthetized and awake and behaving monkeys. Unique blood volume variations due to unique mistakes were detected. These tools were finally applied to two preclinical trials on a depressive state of the brain vascular contractility. Blood volume and blood velocity changes were highlighted throughout an acute and a chronical study

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Sandrin, Laurent. "Elastographie impulsionnelle par ultrasons : du palpeur acoustique à l'imagerie ultrarapide." Paris 6, 2000. http://www.theses.fr/2000PA066538.

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Bleuet, Pierre Magnin Isabelle. "Reconstruction 3D par tomosynthèse généralisée application à l'imagerie médicale par rayons X /." Villeurbanne : Doc'INSA, 2004. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/2002/bleuet/index.html.

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Bleuet, Pierre. "Reconstruction 3D par tomosynthèse généralisée : application à l'imagerie médicale par rayons." Lyon, INSA, 2002. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2002ISAL0059/these.pdf.

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Abstract:

Ce travail concerne la reconstruction en tomosynthèse numérique médicale. Cette technique permet, à partir d'un faible nombre de projections (typiquement une vingtaine) acquises sur un détecteur numérique plan, d'obtenir des informations tridimensionnelles sur la structure de l'objet étudié. L'avantage majeur de cette technique est la possibilité d'obtenir ces informations à partir d'une table de radiologie standard équipée d'un capteur numérique et de fonctions de translation/rotation, pour une dose de rayonnement équivalente à celle d'une radiographie classique. Par ailleurs, on accède en tomosynthèse à différents plans de profondeur parallèles au détecteur (des plans frontaux), ce qui diffère de la tomographie classique à partir de peu de points de vue où l'on cherche plutôt à reconstruire un plan transverse. Un problème important en tomosynthèse est le manque important de données, et plus particulièrement l'angle limité de prises de vues qui restreint considérablement la résolution spatiale verticale dans les reconstructions. D'un point de vue mathématique, ce problème de reconstruction est un problème inverse mal posé au sens où le débattement angulaire est limité, le nombre de projections réduit, ces projections étant potentiellement bruitées. Pour inverser ce problème, nous avons opté pour les méthodes algébriques et plus particulièrement les algorithmes ART (Algebraic Reconstruction Technique). Ce type de méthode permet d'améliorer la résolution par rapport à l'approche classique de reconstruction en tomosynthèse (une simple rétroprojection) mais ne traite pas le problème du bruit. Afin de stabiliser l'inversion du problème, nous adoptons un algorithme de minimisation semi-quadratique existant, dans le contexte de la tomosynthèse. Afin de limiter les temps de calcul propres à la reconstruction algébrique, nous avons développé un schéma de reconstruction et de régularisation original permettant de décomposer le volume d'intérêt en une série de plans indépendants dans le cas particulier de la tomosynthèse linéaire. Nous proposons par ailleurs des traitements visant à réduire les artefacts de troncature des projections liés à l'angle de projection où les artefacts métalliques dus à la présence éventuelle de prothèses chirurgicales dans le corps humain. Afin de tester et valider nos approches, nous avons également développé un banc de test nous procurant une certaine souplesse dans la géométrie d'acquisition. Nous montrons qu'il est possible de reconstruire des coupes grand champ pour l'imagerie thoracique avec une résolution verticale de l'ordre du centimètre et une résolution dans le plan égale à celle du détecteur (100 micronmètres au maximum). Pour d'autres applications osseuses telles que la radiographie de la cheville ou le vissage pédiculaire, les résultats sont très satisfaisants en terme de qualité image et d'artefacts de reconstruction
This work deals with reconstruction in digital medical tomosynthesis. This technique allows, starting from a low number of projections (typically twenty) acquired on a digital detector, to obtain three-dimensional information on the structure of the studied object. The main advantage of this technique is the ability to obtain such information using a standard radiological remote table with a digital detector. The X-Ray tube and detector are moving along a specific path defining the acquisition geometry. Furthermore, the total exam dose is equivalent to a single radiograph dose. The main drawback of this acquisition technique is the significant lack of data, and more particularly the limited angle of view which significantly restricts the vertical spatial resolution. From the mathematical point of view, the problem of reconstruction is a severely ill-posed inverse problem : angular range is limited, and only a few possibly noisy number of projections is available. We inverse this problem using the algebraic methods and more particularly the algorithms ART (Algebraic Reconstruction Technique). This type of method makes it possible to improve the resolution but does not deals with the noise problem. In order to improve the quality of the reconstructed object, we adapted the half-quadratic minimization algorithm in this tomosynthesis context. In order to limit the computation time, we developed a dedicated reconstruction and regularization scheme that allows to decompose the volume of interest into a series of independent reconstructed planes. Other processing are necessary to reconstruct high quality tomosynthetic slices. We propose a method to reduce truncation artifacts related to high projection angles and a metal artifacts reduction algorithm due to the possible presence of surgical prostheses within the body. In order to test and validate our approach, we built a radiological remote table with a certain flexibility in the acquisition geometry. Finally we show that it is possible to reconstruct large size images for thoracic imaging with a vertical resolution of about 1cm and a spatial resolution in the detector plane equal to the detector resolution (about 100 μm). For other bone-related applications such as the radiography of ankle or pedicular screwing, the results are very satisfactory in terms of image quality and artifacts suppression

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Turquin, Emeline. "Imagerie tissulaire ultrasonore 3D pour l’étude de l’anisotropie locale du muscle cardiaque." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSE1213/document.

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Abstract:

L’imagerie échographique a connu un fort développement ces dernières années. Elle possède une cadence d’imagerie allant jusqu’à plusieurs milliers d’images par secondes notamment avec l’émergence des méthodes dites ultrarapides. Il s’agit donc de la modalité la plus adaptée pour des applications cardiaques permettant non seulement la reconstruction d’images mais également l’extraction de paramètres pour la caractérisation tissulaire, comme l’anisotropie locale présente dans le cœur. En effet, cet arrangement fibreux peut être modifié dans le cas de pathologies cardiaques. L’objectif de ce travail de doctorat est le développement d’une méthode d’extraction par imagerie ultrasonore 3D de l’orientation locale d’un milieu anisotrope. Cette approche doit permettre l’imagerie avec un large champ de vue pour être appliquée en imagerie cardiaque. Enfin, la validation de la chaîne de traitement est nécessaire. Pour répondre à ces problématiques, plusieurs solutions ont été proposées. Tout d’abord, l’orientation locale a été évaluée grâce à une méthode de cohérence spatiale permettant l’estimation de l’orientation dans un plan parallèle à la surface de la sonde. Une fois mise au point et validée, cette stratégie a été étendue afin d’extraire l’orientation locale en 3D et non uniquement l’angle dans un plan. Enfin, l’étude de différents types de transmissions a également été effectuée dans le but d’élargir le champ de vue imagé. Toutes ces méthodes originales ont été appliquées et validées sur des données acquises sur fantôme et in vivo. Ainsi, la détermination de l’orientation locale d’un milieu anisotrope a tout d’abord été réalisée sur un fantôme monodirectionnel puis sur le biceps d’un volontaire. Pour cela, un système expérimental constitué de quatre échographes de recherche a été élaboré grâce à la mise en commun d’équipements de CREATIS et du LabTAU, un autre laboratoire Lyonnais, afin d’acquérir des données en 3D. Ces travaux ont ainsi permis l’extension au cas d’une orientation non parallèle à la surface de la sonde d’un milieu anisotrope ainsi qu’une amélioration en termes de taille de champ de vue de la méthode existante. La validation de toute la chaîne de traitement a été réalisée. L’application au tissu cardiaque in vivo s’inscrit dans les directes perspectives des travaux
Ultrasound imaging has strongly developed in recent years. It reaches now a frame rates of several thousand images per second, thanks to the emergence of ultrafast imaging. It is therefore the most suitable modality for cardiac applications. Not only does it allow the reconstruction of images, it also enables the extraction of parameters for tissue characterization, such as local anisotropy inside the heart muscle. Indeed, this fibrous layout can be modified in the case of cardiac pathologies. The aim of this doctoral work is the development of a method to extract the local orientation of an anisotropic environment by 3D ultrasound imaging. This approach should allow imaging with a wide field a view to be applied in cardiac imaging. Finally, the validation of the processing chain is necessary. To address these issues, several solutions have been proposed. First, the local orientation was evaluated using a spatial coherence method. It allowed assessing the orientation of fibres in a plane parallel to the surface of the probe. Once developed and validated, this strategy was extended to extract the local orientation in 3D and not only the angle in a plane. Finally, the study of different types of transmissions was also carried out in order to widen the imaged field of view. All these original methods have been applied and validated on phantom and in vivo data: the determination of the local orientation of an anisotropic environment was first performed on a monodirectional phantom and then on the biceps of a volunteer. For this purpose, an experimental system consisting of four research ultrasound scanners was developed thanks to the sharing of equipment from CREATIS and LabTAU, another laboratory in Lyon, in order to acquire 3D data. This work has thus made it possible both to extend an anisotropic environment to the case of an orientation not parallel to the surface of the probe and to improve the size of the field of view of the existing method. The validation of the entire processing chain has been completed. Applying this method to in vivo cardiac tissue is directly part of future studies

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Bajard, Alban. "Numérisation 3D de surfaces métalliques spéculaires par imagerie infrarouge." Phd thesis, Université de Bourgogne, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00845939.

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Abstract:

Depuis plus de vingt ans, le besoin en numérisation 3D de pièces industrielles augmente considérablement. Par conséquent, un grand nombre de techniques expérimentales ont été proposées ainsi que quelques solutions commerciales. Cependant, des difficultés subsistent pour l'acquisition de surfaces optiquement non coopératives, comme les surfaces transparentes et/ou spéculaires. En effet, la transmission ou réflexion spéculaire de la lumière va à l'encontre du fonctionnement des systèmes conventionnels d'acquisition 3D, qui repose sur l'acquisition de la partie diffuse de la réflexion. Afin d'aborder la problématique de numérisation 3D des surfaces métalliques fortement réfléchissantes, nous proposons l'extension d'une technique non conventionnelle, initialement dédiée aux objets en verre et appelée " Scanning from Heating ". Cette technique diffère des approches classiques de triangulation active par la mesure de l'émission thermique de la surface plutôt que de la réflexion du rayonnement visible. Une source laser est géométriquement calibrée avec un capteur infrarouge pour extraire le nuage de points 3D des images thermiques. En nous appuyant sur les propriétés thermo-physiques des métaux, nous présentons un modèle théorique des échanges thermiques mis en jeu par la technique, permettant de démontrer la faisabilité sur les matériaux métalliques. Grâce à un outil de simulation par éléments finis, les résultats apportent des indications essentielles pour le développement d'une solution expérimentale et le réglage de celle-ci. Un premier dispositif expérimental a été mis en œuvre afin de valider le processus de numérisation 3D sur des surfaces spéculaires, de géométries et de compositions variées. Par ailleurs, une comparaison de nos résultats de numérisation avec ceux d'un système conventionnel permet de démontrer la polyvalence de notre technique. En effet, à partir d'un panel d'échantillons de géométries identiques mais d'états de surface différents, nous mettons en évidence que les performances d'acquisition 3D ne sont pas influencées par la rugosité de la surface. Enfin, en se basant sur des observations empiriques, un prototype de numérisation 3D est développé afin d'apporter des améliorations conséquentes par rapport au système initial

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Wang, Fan. "Imagerie nanométrique 2D et 3D ultrarapide par diffraction cohérente." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112226/document.

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Abstract:

La diffraction cohérente est une technique étonnante par sa simplicité expérimentale : une source XUV cohérente illumine un échantillon unique, isolé, et la figure de diffraction de l’objet est enregistrée sur une caméra CCD. Une inversion de la figure de diffraction à une image dans l’espace réel est possible grâce à une approche basée sur des algorithmes itératifs. Les techniques d’holographie par transformée de Fourier, pour lesquelles une référence est placée à proximité de l’objet que l’on veut imager, permettent-elles la reconstruction directe de l’image, même lorsque la qualité des données expérimentales est moindre. Nous disposons dans notre laboratoire d’une source compacte XUV suffisamment intense pour réaliser ce type d’expérience. Les impulsions XUV ultrabrèves (femtoseconde à attoseconde) sont produites en sélectionnant les harmoniques d’ordre élevé d’un laser infra-rouge femtoseconde focalisé dans une cellule de gaz rare. Nous avons récemment démontré la possibilité d’utiliser cette source pour l’imagerie par diffraction cohérente avec une résolution spatiale de 78 nm. De plus, nous avons démontré expérimentalement une technique d’holographie avec référence étendue, et obtenu une résolution de 110 nm en simple tir (soit un temps d’intégration de 20 femtosecondes). Une perception d’un objet en trois dimensions nous donne une meilleure compréhension de celui-ci. A l’échelle nanométrique, les techniques d’imagerie 3D sont issues de techniques tomographiques autour de la microscopie électronique. Cependant, les nombreuses prises de vue nécessaires (sous des angles différents) rendent ces techniques caduques lors de l’étude résolue en temps de phénomènes irréversibles sur des échantillons non reproductibles. Dans ce contexte, le but de ma thèse est d’étendre les techniques d’imagerie 2D à une perception 3D d’objets nanométriques (physiques, biologiques), tout en préservant l’aspect ultrarapide. Le développement d’une nouvelle technique d’imagerie cohérent 3D en seul vue, l’ankylographie, proposée par le professeur J. Miao de UCLA [Raines et al., Nature 2010] a été effectué. Cette technique permet de reconstruire l’image 3D d’un échantillon d’après une unique image de diffraction. Son principe basique est de retrouver la profondeur d’un objet 3D par l’interférence constructive longitudinale. Cependant, cette technique d’imagerie cohérent 3D est plus exigeante en termes de qualité de données expérimentales comme en moyen informatique d’analyse et d’inversion. L’autre idée en imagerie 3D est de mimer la vision humaine en utilisant deux faisceaux X cohérents arrivant simultanément sur l’échantillon mais avec un petit angle. Dans ce schéma, on utilise des références à coté de l’objet mire (holographie) pour améliorer le rapport signal sur bruit dans la figure de diffraction (soit hologramme). On recueille ensuite deux hologrammes sur le même détecteur. L’inversion Fourier de chacun des hologrammes forme deux images issues d’une vision différente de l’objet. La parallaxe est ainsi réalisée. La reconstruction stéréo de l’objet est effectuée numériquement. Enfin, des applications de démonstration seront envisagées après ma thèse. Il s’agit d’imager des objets biologiques (nanoplanktons déjà collectés et préparés au CEA). Et nous nous intéresserons également à l’étude du mouvement 3D d’objets nanométriques (azo-polymères) sur des temps ultracourts. Une autre application importante sera d’étudier la transition de phase ultra-rapide tel que le nano-domaine magnétique où des phénomnes de désaimantation induite par des impulsion femtoseconde ont lieu
Coherent diffraction is an amazing art by its experimental simplicity: a coherent XUV source illuminates a single, isolated sample, and the diffraction pattern of the object is recorded by a CCD camera. An inversion of the diffraction pattern to an image in real space is possible through an approach based on iterative algorithms. The techniques for Fourier transform holography, for which reference is placed near the object to be imaged, allow the direct reconstruction of the image, even when the quality of the experimental data is worse. We have a laboratory sufficiently intense compact XUV source for this type of experience. The ultrashort XUV pulses (from femtosecond to attosecond) are produced by selecting high order harmonics of a femtosecond infrared laser which is focused into a cell of rare gas. We recently demonstrated the feasibility of using this source for coherent diffraction imaging with a spatial resolution of 78 nm. Furthermore, we demonstrated experimentally a holographic technique with extended reference and obtained a resolution of 110 nm in single shot (i.e. an integration time of 20 femtoseconds). A perception of an object in three dimensions gives us a better understanding thereof. A nanoscale 3D imaging techniques are from tomographic techniques of electron microscopy. However, many shots required (from different angles) make these techniques obsolete during the study time-resolved irreversible phenomena on non-reproducible samples. In this context, the aim of my thesis is to extend the 2D imaging techniques for 3D perception of nanoscale (physical, biological ) objects, while preserving the ultrafast appearance. The development of a new technology of 3D coherent imaging in single view, named ‘ankylography’, proposed by Professor Miao J. UCLA [Raines et al., Nature 2010] was made in progress. This technique allows reconstructing a 3D image of the sample after a single diffraction image. Its basic principle is to find the depth of a 3D object by the longitudinal constructive interference. However, this technique is more requested in both the quality of experimental data and the computer hardware and analysis. The other idea for 3D imaging is to imitate human vision using two coherent beams X arriving simultaneously on the sample but with a small angle. In this scheme, we use references near the target object (i.e. holography) to improve the signal to noise ratio in the diffraction pattern (hologram). Two holograms are then collected on the same detector. The inverse Fourier of each hologram forms two images from different views of the object. Parallax is thus produced. The stereo reconstruction of the object is performed by computer. Finally, the demonstration of applications will be considered after my thesis. This imaging of biological objects (such as nanoplanktons already collected and prepared CEA). And we are also interested in the study of 3D nanoscale objects (azo-polymers) movement on ultrashort time. Furthermore, another important application will be to study the ultra-fast phase transition such as nano-magnetic field where demagnetization phenomena induced by femtosecond pulse occurs

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Severac, Hélène. "Simulation et caractérisation 3D de composants par imagerie thermoacoustique." Toulouse, INPT, 1995. http://www.theses.fr/1995INPT088H.

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Abstract:

Le controle non destructif (cnd) permet d'examiner un specimen sans l'endommager ni le detruire. La technique particuliere etudiee dans le memoire est basee sur la propagation des ondes ultrasonores generees par un faisceau laser module en intensite. En regime thermoelastique, l'impact du faisceau engendre des ondes thermiques et acoustiques qui se propagent dans l'echantillon. Ces ondes detectees a l'aide d'un capteur piezo-electrique fournissent des informations propres a la structure du materiau. Un premier chapitre presente les differentes methodes de cnd et decrit le microscope photoacoustique utilise. Le deuxieme chapitre est consacre a la modelisation 3d du signal genere. Les solutions sont determinees numeriquement grace a un logiciel qui a ete developpe. Les resultats presentes montrent l'influence des differents parametres sur le signal. Les contraintes theoriques qui permettent d'optimiser la mise en uvre du capteur sont analysees. La detection du signal acoustique fait l'objet de la troisieme partie du memoire. La mise au point d'un capteur avec un rapport signal sur bruit ameliore est en effet primordiale dans la chaine de mesure. Le deplacement de la face arriere de l'objet a controler est mesure directement par une methode interferometrique et une serie de mesures permet de valider les resultats des simulations theoriques ainsi que les hypotheses de calcul. Le dernier chapitre du memoire regroupe les resultats experimentaux obtenus. Les images issues du microscope phtoacoustique sont presentees et montrent le role de la frequence de travail et des dephasages regles par le detecteur synchrone

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Souchon, Rémi Chapelon Jean-Yves. "Application de l'élastographie à l'imagerie du cancer de la prostate et à sa thérapie par ultrasons focalisés rostate cancer detection and HIFU therapy monitoring using elastography /." Villeurbanne : Doc'INSA, 2005. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=souchon.

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Abstract:

Thèse doctorat : Images et Systèmes : Villeurbanne, INSA : 2004.
Thèse rédigée en anglais. Introduction et conclusion en français et en anglais. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 113-118. Publications de l'auteur, 3 p.

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Legland, David. "Morphométrie de structures cellulaires biologiques partiellement observées par imagerie 3D." Paris 5, 2005. http://www.theses.fr/2005PA05S039.

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Abstract:

Ce travail présente des méthodes de caractérisation de la morphologie de structures cellulaire 3D partiellement observées par des images discrètes, ainsi que leur application à la description morphométrique du péricarpe de tomate. Une méthode d’estimation des propriétés géométriques d’un matériau a été développée, dans le cas particulier où la probabilité d’échantillonnage des pixels n’est pas uniforme dans l’image. Les paramètres morphologiques sont exprimés localement, et chaque contribution est pondérée par l’inverse de sa probabilité d’échantillonnage. Nous avons calculé les probabilités d’échantillonnage dans le cas d’image 3D acquises perpendiculairement à une surface, en nous basant sur des hypothèses simples de régularité. En vue de comparer la qualité des informations obtenues à partir l’images 2D et 3D, la densité surfacique a été estimée dans des coupes verticales discrètes. Finalement, nous présentons une démarche complète de caractérisation d’un matériau cellulaire, le péricarpe de tomate. La démarche comprend l’acquisition des images par microscopie confocale, le traitement des images pour segmenter les cellules, et l’application des estimateurs que nous avons développé. Nous pouvons ainsi caractériser la morphologie des particules du péricarpe globalement et en fonction de la profondeur
This work presents methods to characterize morphology of 3D cellular structures partially observed by discrete images, as well as their application to morphometric description of tomato pericarp. An estimation method of geometric properties of a material was developed, in the particular case where the sampling probability of pixels is not uniform inside the image. The principle is to express locally the morphological parameters of the structure, and te weight each contribution by the inverse of its sampling probability. We present also the computation of sampling prohabilities in 3D images acquired perpendicularly to a smooth surface, based on simple regularity assumptions. In order te compare the quality of information obtained with 2D and 3D images, the estimation of surface density in vertical sections was applied to discrete images. Finally we present an integramed approach to characterize a cellular material, the tomato pericarp. This approach comprises the acquisition of images using confocal microscopy, image processing to segment biological cells, and the application of estimators we developed. We could characterize the morphologv of tomato pericarp cells globally and as a function of depth in the pericarp

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Delestre, Barbara. "Reconstruction 3D de particules dans un écoulement par imagerie interférométrique." Electronic Thesis or Diss., Normandie, 2022. http://www.theses.fr/2022NORMR116.

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Abstract:

Pour de nombreuses applications industrielles ou environnementales, il est important de mesurer la taille et le volume de particules de formes irrégulières. C'est par exemple le cas dans le cadre du givrage des aéronefs qui se produit durant les vols, où il est nécessaire de mesurer in-situ la teneur en eau et la teneur en glace dans la troposphère afin de détecter et d’éviter les zones à risques. Notre intérêt s’est porté sur l’imagerie interférométrique en défaut de mise au point, une technique optique offrant de nombreux avantages (large champ de mesure, gamme de tailles étudiée étendue [50 μm : quelques millimètres], distance particule/appareil de mesure de plusieurs dizaines de centimètres…). Au cours de ces travaux de thèse, nous avons montré que la reconstruction 3D d'une particule peut se faire à partir d'un ensemble de trois images interférométriques de cette particule (sous trois angles de vue perpendiculaires). Cela peut être fait en utilisant l'algorithme de réduction d'erreur (ER) qui permet d'obtenir la fonction f(x,y) à partir des mesures du module de sa transformée de Fourier 2D |F(u,v)|, en reconstruisant la phase de sa transformée de Fourier 2D. La mise en œuvre de cet algorithme nous a permis de reconstruire la forme de particules irrégulières à partir de leurs images interférométriques. Des démonstrations expérimentales ont été réalisées à l'aide d'un montage spécifique basé sur l'utilisation d’une matrice de micro-miroirs (DMD) qui génère les images interférométriques de particules rugueuses programmables. Les résultats obtenus sont très encourageants. Les volumes obtenus restent assez proches du volume réel de la particule et les formes 3D reconstruites nous donnent une bonne idée de la forme générale de la particule étudiée même dans les cas les plus extrêmes où l'orientation de la particule est quelconque. Enfin, nous avons montré qu'une reconstruction 3D précise d'une particule rugueuse "programmée" peut être effectuée à partir d'un ensemble de 120 images interférométriques
For many industrial or environmental applications, it is important to measure the size and volume of irregularly shaped particles. This is for example the case in the context of aircraft icing which occurs during flights, where it is necessary to measure in situ the water content and the ice content in the troposphere in order to detect and avoid risk areas. Our interest has been on interferometric out-of-focus imaging, an optical technique offering many advantages (wide measurement field, extended range of sizes studied [50 μm: a few millimeters], distance particle / measuring device several tens of centimeters ...). During this thesis, we showed that the 3D reconstruction of a particle can be done from a set of three interferometric images of this particle (under three perpendicular viewing angles). This can be done using the error reduction (ER) algorithm which allows to obtain the function f(x,y) from the measurements of the modulus of its 2D Fourier transform |F(u,v)| , by reconstructing the phase of its 2D Fourier transform. The implementation of this algorithm allowed us to reconstruct the shape of irregular particles from their interferometric images. Experimental demonstrations were carried out using a specific assembly based on the use of a micro-mirror array (DMD) which generates the interferometric images of programmable rough particles. The results obtained are very encouraging. The volumes obtained remain quite close to the real volume of the particle and the reconstructed 3D shapes give us a good idea of the general shape of the particle studied even in the most extreme cases where the orientation of the particle is arbitrary. Finally, we showed that an accurate 3D reconstruction of a "programmed" rough particle can be performed from a set of 120 interferometric images

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Macé, Emilie. "Développement d'une nouvelle modalité d'imagerie fonctionnelle cérébrale et étude de l'élasticité du cerveau par ultrasons." Paris 7, 2012. http://www.theses.fr/2012PA077212.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous étudions le potentiel apport en neuroimagerie de l'imagerie ultrasonore ultrarapide, une technique basée sur l'utilisation d'ondes planes pour acquérir des images ultrasonores à haute cadence (= 20 kHz). D'abord nous avons développé une nouvelle modalité d'imagerie fonctionnelle cérébrale appelée ultrasons fonctionnels (fUS) capable d'imager l'ensemble du cerveau à haute résolution spatiotemporelle (100 μm, 200 ms). Pour cela, nous avons combiné imagerie ultrarapide et focalisation synthétique en émission pour augmenter d'un facteur 100 la sensibilité de l'imagerie Doppler et ainsi pouvoir détecter les flux sanguins dans les microvaisseaux cérébraux dont la dynamique reflète l'activité neuronale locale. Nous avons validé le fUS in vivo chez le rat en cartographiant l'activation cérébrale induite par des stimuli sensoriels. Ensuite, nous avons pu visualiser par fUS la dynamique d'une crise d'épilepsie, pathologie jusqu'alors peu accessible à l'imagerie. Enfin, nous avons réalisé une séquence fUS mieux résolue temporellement (30 ms) afin d'observer l'effet de la pulsatilité sur les flux cérébraux. Dans un deuxième temps, nous avons adapté le mode d'élastographie "Supersonic Shear Imaging" basé sur l'imagerie ultrarapide afin de produire des cartes d'élasticité du cerveau. Nous l'avons ensuite appliqué à un modèle de rat d'ischémie cérébrale transitoire. Nous avons observé pour la première fois le ramollissement des tissus cérébraux ischémiques tout en suivant en parallèle l'impact de l'ischémie sur la microvascularisation grâce au nouveau mode Doppler. Ces nouveaux modes sont prometteurs pour la recherche mais aussi en pédiatrie et en neurochirurgie
In this thesis, we investigate the possible contribution of ultrafast ultrasound imaging in neuroimaging. Ultrafast imaging is a technique using plane wave emissions to acquire ultrasonic images at high frame rate (~ 20 kHz). First, we developed a new brain functional imaging modality called functional ultrasound (fUS) that can image the whole brain at high spatiotemporal resolution (100 μm, 200 ms). For that, we combined ultrafast imaging and synthetic focusing in emission to increase the sensitivity of Doppler imaging by a factor 100 and thus to detect blood flow in cerebral microvessels whose dynamics is linked to local neuronal activity. We validated fUS by mapping in vivo the brain activation induced by various sensory stimuli. Then, we were able to follow by fUS the dynamics of an epileptic seizure, a pathology very challenging for imaging up to now. Finally, we designed a fUS sequence with higher temporal resolution (30 ms) to observe the effect of pulsatility on cerebral blood flow. In a second step, we adapted the "Supersonic Shear Imaging" technique based on ultrafast imaging to map brain elasticity. We then applied it to a rat model of transient cerebral ischemia. We observed for the first time the softening of ischemic tissue and, simultaneously, we followed the stroke impact on brain microvascularization with our new Doppler mode. These new modes are promising not only in neuroscience research but also for their clinical applications in pediatry and neurosurgery

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Souchon, Rémi. "Application de l'élastographie à l'imagerie du cancer de la prostate et à sa thérapie par ultrasons focalisés." Lyon, INSA, 2004. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2004ISAL0018/these.pdf.

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Abstract:

Un système d'imagerie de la prostate par élastographie ultrasonore a été développé. Il utilise un ballon rempli d'un liquide de couplage ultrasonore pour comprimer la prostate. La faisabilité de visualiser l'anatomie prostatique ainsi que des tumeurs bénignes et malignes de la prostate in vitro est démontrée. L'importance de la rapidité de l'acquisition pour obtenir des images de qualité in vivo est ensuite mise en évidence. Il est alors montré que ce système permet de détecter le cancer et de visualiser les effets de la thérapie par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) in vivo. Enfin il est montré in vitro qu'il est possible de visualiser la formation d'une lésion HIFU élémentaire en utilisant seulement l'élévation de température pour former l'image
An ultrasonic imaging device for prostate elastography was developed. A balloon filled with a coupling liquid served as a compressor. In vitro, the system was capable of imaging the anatomy of the prostate as well as benign and malignant tumors. Then the major influence of the acquisition frame on the image quality in vivo was demonstrated. The system was shown to be able to detect prostate cancer and to visualize the effects of high intensity focused ultrasound (HIFU) therapy in vivo. It was finally shown in vitro that the formation of an elementary HIFU lesion could be observed by passive elastography, using only temperature elevation to create the elastogram

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Heurtebise, Xavier. "Représentation multirésolution et déformation d’objets 3D définis par énumérations spatiales." Aix-Marseille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007AIX11074.

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Abstract:

De nos jours, les artistes ont constaté le manque d’outils pour appréhender la création artistique à l’aide de l’informatique. Dans les solutions existantes, l’artiste se transforme en informaticien, soit en se confrontant à un langage informatique, soit en utilisant des applications existantes à l’aide des périphériques classiques de communication (souris, clavier, palette) face à u écran. Ces méthodes mènent certes à des productions artistiques mais ne repensent pas le processus de création. Toute personne manipulant l’outil informatique doit alors se conformer à une démarche d’intégration de l’ordinateur dans son univers. Dans ce contexte de « sculpture virtuelle », cette thèse propose une réflexion sur la représentation des objets 3D et la manipulation interactive temps réel de ces derniers. Tout d’abord, nous avons mis au point un modèle représentation d’objets 3D constitués par une énumération spatiale. Cette technique consiste en une discrétisation de l’espace occupé par le volume de l'objet 3D, ce qui permet d'obtenir un ensemble d'éléments volumiques appelés voxels. L'inconvénient de ce type de représentation est le nombre excessif de voxels nécessaire pour représenter des objets très grands et/ou très détaillés. Ceci implique une augmentation du coût en espace mémoire et un ralentissement considérable de l'interaction utilisateur/objet. Nous avons donc mis au point une méthode de représentation basée sur une discrétisation adaptative de l'espace, ce qui permet une économie sur le coût en mémoire par rapport à une simple discrétisation uniforme. Cette méthode utilise une représentation multirésolution basée sur l'utilisation combinée des octrees et des ondelettes, le niveau de complexité des objets à afficher ou à traiter devant être réglable. Ainsi, en réduisant le nombre d'éléments à traiter ou à afficher, on réduit ainsi le coût en calculs, ce qui peut permettre à l'utilisateur d'agir dans des temps interactifs sur l'objet. Ensuite, nous avons défini des outils de sculpture permettant d'interagir avec le modèle 3D préalablement défini. Pour cela, nous avons mis au point des techniques de déformation en tirant parti de sa représentation multirésolution de manière à permettre des déformations dans des temps interactifs.

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Bouvier, Caroline. "Étude du vieillissement de peintures anciennes par imagerie par spectrométrie de masse 3D." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. http://www.theses.fr/2022SORUS008.

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Abstract:

L'objectif de la thèse était d'évaluer le potentiel de l'imagerie TOF-SIMS, notamment 3D, pour étudier la composition chimique de façon fiable sur des coupes stratigraphiques de peintures anciennes. L’imagerie TOF-SIMS peut cartographier simultanément les matières organiques et inorganiques à l’échelle micrométrique, répondant à des questions sur les tableaux anciens, comme l’élucidation de la nature des liants et pigments des différentes couches, ou l’étude des transformations chimiques des ingrédients par l’action du temps et des interactions. La construction d'une base de donnée de spectres de masse TOF-SIMS pour les matériaux de références en parallèle de l'étude de plusieurs échantillons de peintures anciennes, a permis d'identifier quelles informations chimiques fiables peuvent être associées à l'usage il y a plusieurs siècles d'un ingrédient donné selon une certaine technique picturale. Les références et les paramètres d’analyses ont été adaptés en fonction des observations menées sur les coupes stratigraphiques. Une réflexion a été menée pour chercher à identifier les huiles siccatives et le jaune d’œuf. Différentes préparations de la surface et paramètres d’extraction des ions secondaires ont été comparés pour optimiser la détection des espèces ioniques formées en surface et obtenir une information chimique plus représentative. Les conditions dans lesquelles la pulvérisation d’agrégats d’argon peut être utilisées ont été définies. Une analyse préliminaire sur l’apport de l’imagerie TOF-SIMS dans la compréhension de la structure des huiles siccatives séchées a apporté des résultats qui sont voués à être continués dans le futurs
The objective of the PhD was to evaluate the potential of TOF-SIMS imaging, particularly 3D, to reliably study chemical composition in stratigraphic sections of ancient paintings. TOF-SIMS imaging can simultaneously map organic and inorganic materials at the micrometer scale, providing answers to questions about ancient paintings, such as elucidating the nature of the binders and pigments in the various layers, or studying the chemical transformations of ingredients through the action of time and interactions. The construction of a database of TOF-SIMS mass spectra for reference materials in parallel with the study of several samples of old paintings, has allowed to identify which reliable chemical information can be associated with the use several centuries ago of a given ingredient according to a certain painting technique. The references and the parameters of the analyses were adapted according to the observations made on the cross sections. The identification of drying oils and egg yolk was considered. Different surface preparations and secondary ion extraction parameters were compared to optimise the detection of surface-formed ionic species and obtain more representative chemical information. The conditions under which argon aggregate sputtering can be used were defined. A preliminary analysis of the contribution of TOF-SIMS imaging to the understanding of the structure of dried drying oils has provided results that will be continued in the future

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Lötjönen, Jyrki. "Modélisation géométrique 3D du thorax par triangulation déformable : application en bioélectromagnétisme." Lyon, INSA, 2000. http://www.theses.fr/2000ISAL0106.

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Abstract:

L'électro- et la magnéto-encéphalographie (EEG et MEG) de même que l'électro-et la magnéto-cardiographie (ECG et MCG) sont des techniques non invasives dont 1 'utilité n'est plus à démontrer pour étudier l'activité bioélectrique chez l'homme. La résolution du problème inverse à partir de ces mesures permet de remonter au(x) source(s) de 1' activité dont la localisation impose de prendre en compte l'anatomie du patient. Nous avons développé une méthode originale pour construire un modèle 3D patient-dépendant, à partir d'un volume d ' images RM ou de 2 projections RX orthogonales. Conjugué aux signaux bio électromagnétiques (BE) mesurés, ce modèle permet de résoudre le problème inverse. Il inclue les surfaces externes du torse, des poumons et du péricarde. La méthode procède en trois étapes: reconstruction 3D, triangulation des surfaces, mise en correspondance avec tes signaux BE. La géométrie 3D est reconstruite par mise en correspondance d'un modèle de référence 3D surfacique déformable avec les données IRM du patient. Cette déformation s'obtient par minimisation d'une fonctionnelle issue du modèle et des données. La méthode est très robuste grâce une mise en œuvre mutti-résolution qui s'appuie sur des cartes de potentiel orientées. Un modèle 3D peut être aussi reconstruit à partir de 2 projections RX orthogonales. La déformation du modèle est réalisée en 20 entre les contours du modèle projeté et ceux extraits des données. Le champ de déplacement obtenu est rétroprojeté et interpolé en 3D sur le modèle. La triangulation des surfaces est réalisée par une technique de Marching Cubes puis simplifiée à l'aide d'une méthode directe basée sur la dualité Delaunay Voronoï avec mesure de distance discrète. Le modèle déformé est mis en correspondance avec les données BE via des marqueurs. Nous avons reconstruit avec succès plus de 50 modèles 3D à partir de données IRM. Nous a montré que la méthode s'étend à 2 projections RX orthogonales malgré des problèmes pratiques résiduel
Electro- and magneto encephalographic (EEG and MEG) as well as electro- and magneto cardio-graphic (ECG and MCG) recordings have been proved useful in non invasively extracting information on human bioelectric activity. The recovery of activity sources and location needs solving the inverse problem knowing patient anatomy. In this work, a methodology has been developed to construct patient specific boundary element models for bioelectromagnetic (BE) inverse problems from magnetic resonance (MR) data volumes as well as from 2 orthogonal X-ray projections. The complete model includes the torso, lungs and pericardium external surfaces. The process consists of three steps: reconstruction of 3-D patient geometry, triangulation, registration of the mode! with the BE data. The 3-D geometry is reconstructed by matching a 3-D deformable boundary element template to the MR data. The defom1ation results from an energy minimization process including image and model based terms. The robustness of the matching is improved by multi-resolution and global to local approaches as well as using oriented distance maps. A boundary element template is al so used when 3-D geometry is reconstructed from 2 X-ray projections. The deformation is computed in 2-D by matching the template projected contours with the real contours extracted from the data. Then the produced 2-D vector field is back-projected and interpolated on the 3-D template. A marching cube triangulation is computed from the reconstructed 3-D geometry followed by a non-iterative 3D surface mesh-simplification step. It is based on the Voronoi-Delaunay duality with discrete distance measures. Finally, the triangulated surfaces are registered with BE data utilizing markers. More than 50 boundary element models have been successfully constructed from MR images using our method. We demonstrated the feasibility of reconstructing such a mode! from 2 X-ray projections but practical problems remain to be solved before processing real data

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Hernandez-Hoyos, Marcela. "Segmentation anisotrope 3D pour la quantification en imagerie vasculaire par résonance magnétique." Lyon, INSA, 2002. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2002ISAL0039/these.pdf.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est la segmentation d'images vasculaires tridimensionnelles obtenues par résonance magnétique. L'application clinique visée est la quantification de sténoses artérielles. Nous proposons une méthode de segmentation divisée en deux étapes : extraction de l'axe central du vaisseau et détection des contours sur les plans localement perpendiculaires à l'axe. Notre principale contribution est la méthode d'extraction automatique de la ligne centrale du vaisseau, basée sur un modèle de squelette extensible dont la croissance est régie par l'analyse multi-échelle du tenseur d'inertie. Cette analyse nous fournit des informations sur l'orientation, le diamètre et la forme locale du vaisseau en chaque point de l'axe. Ceci nous permet de proposer un mécanisme de reconstruction approximative du vaisseau à l'aide d'un volume binaire composé d'une succession de sphéroi͏̈des centrés sur l'axe, orientés selon l'orientation locale du vaisseau et adaptés à la taille locale du vaisseau. Sur la même base théorique, nous proposons une méthode de détection semi-automatique de bifurcations artérielles. Le traitement récursif des bifurcations détectées vise à aborder la problématique de l'extraction de l'arbre vasculaire entier. Le calcul des paramètres de sténose s'appuie sur l'extraction de contours planaires. Pour ce faire, nous avons implémenté deux algorithmes : le premier basé sur l'extraction d'iso-contours à seuil adaptatif et le deuxième sur un modèle de contour actif à longueur normalisée. Ces algorithmes ont été implémentés dans un logiciel convivial appelé MARACAS (MAgnetic Resonance Angiography Computer ASsisted analysis) qui a été soumis à une validation pré-clinique portant sur 6 fantômes vasculaires et sur des données cliniques de 27 patients
The purpose of this work is the segmentation of three-dimensional vascular images obtained by magnetic resonance. Clinical application in view is the quantification of arterial stenoses. We propose a method for vessel segmentation, divided into two stpes: vessel axis extraction and detection of vessel contours in the planes locally perpendicular to the axis. Our main contribution is automatic vessel centerline extraction method based on extensible-skeleton model whose growth is driven by multi-scale analysis of the inertia tensor. This analysis provides information about the orientation, diameter and local shape of the vessel in each point of its axis. The vessel is roughly reconstructed using a binary volume composed by a union of spheroids centered on the axis, oriented according to the vessel local orientation and adapted to the vessel local size. Based on the same theoretical principles, we propose a method for semi-automatic detection of arterial bifurcations. Recursive processing of bifurcations aims at extraction of the entire vascular tree. Calculation of stenosis parameters is based on the extraction of planar contours. To this purpose, we implemented two algorithms. The first one is based on iso-contours extraction using an adaptive local threshold. The second one uses a normalized-length active contour model. These algorithms have been implemented in user-friendly software called MARACAS (Magnetic Resonance Angiography Computer Assisted Analysis) that underwent a clinic pre-validation on images of 6 vascular phantoms and clinical data of 27 patients

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Hernandez-Hoyos, Marcela Magnin Isabelle Orkisz Maciej Douek Philippe. "Segmentation anisotrope 3D pour la quantification en imagerie vasculaire par résonance magnétique." [S.l.] : [s.n.], 2002. http://csidoc.insa-lyon.fr/these/2002/hernandez_hoyos/index.html.

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Provencher, David. "Imagerie 3D de l'anatomie interne d'une souris par dynamique de fluorescence." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2012. http://hdl.handle.net/11143/6205.

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Abstract:

L'imagerie médicale sur petits animaux est d'une grande utilité en recherche préclinique, car elle permet d'imager in vivo et en 3D l'intérieur de l'animal. Ceci sert au développement de nouveaux médicaments et au suivi de l'évolution de certaines pathologies. En effet, les techniques d'imagerie éliminent la nécessité de sacrifier les animaux, ce qui permet le suivi de processus biomoléculaires sur un même individu et l'obtention de données statistiquement plus significatives. Cependant, l'information moléculaire recueillie s'avère généralement de faible résolution spatiale, notamment en imagerie optique à cause de la diffusion de la lumière, et donc difficile à localiser dans le corps de l'animal. Le jumelage de modalités d'imagerie complémentaires permet donc d'obtenir des images anatomiques et moléculaires superposées, mais cela s'avère toutefois relativement coûteux. Le projet présenté vise à améliorer une technique d'imagerie 2D toute optique à faible coût permettant d'obtenir une carte approximative 3D des organes internes d'une souris. Cette technique devrait permettre le recalage spatial automatique d'informations moléculaires obtenues sur le même appareil, bien que cela n'ait pas encore été démontré. L'amélioration apportée par le projet consiste à obtenir des images anatomiques 3D, plutôt que 2D, en utilisant une caméra tournante et des techniques de vision numérique stéréo. Pour ce faire, la technique existante est d'abord reproduite. Celle-ci consiste à injecter de l'ICG , un marqueur fluorescent non spécifique qui demeure confiné au réseau vasculaire une fois injecté, à une souris anesthésiée. De par leurs métabolismes distincts et le temps que met l'ICG à atteindre chacun d'eux, la dynamique de fluorescence varie entre les organes, mais demeure relativement uniforme à l'intérieur d'un même organe. Certains organes peuvent donc être segmentés par des techniques appropriées de traitement de signal, telles l'analyse en composantes principales et la régression par moindres carrés non négative. Un système d'imagerie à caméra rotative comme le QOS® de Quidd permet d'obtenir des images 2D segmentées de l'anatomie. interne de l'animal selon plusieurs plans de vue. Ces plans de vue servent à reconstruire l'information anatomique en 3D par des techniques de vision numérique. La procédure pourrait être répétée avec un ou plusieurs marqueurs fluorescents fonctionnalisés dans le but d'obtenir des images moléculaires 3D du même animal et de les superposer aux images anatomiques 3D. La technique développée devrait ainsi permettre d'obtenir à faible coût et de manière toute optique des images 3D anatomiques et moléculaires recalées spatialement automatiquement.

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Sebbahi, Ali. "Segmentation 2D et 3D par modèles déformables en imagerie cardio-vasculaire." Paris 12, 1995. http://www.theses.fr/1995PA120040.

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Abstract:

Nous placons notre etude dans le cadre de la segmentation 2d et 3d en imagerie cardio-vasculaire d'une structure bien definie: une cavite sanguine entouree par une paroi musculaire. Si d'un point de vue theorique, les deux milieux, sang et paroi, sont consideres comme quasi-homogenes, il en est rarement ainsi. Toutes les modalites d'imagerie (scanner x, irm, imagerie ultrasonore) rencontrent ces deux problemes, qui sont differemment caracterises selon l'agent physique employe. Nous etablissons un modele 3d de deformation de surface pour reconstruire le volume cardiaque, a partir de coupes d'images 2d, ou analyser dynamiquement les sequences d'images 2d. Afin de mieux prendre en compte les problemes lies a l'estimation de l'interface entre la cavite et la paroi, la segmentation est realisee a un niveau local, regional et global. Cette procedure se decompose en deux processus d'equilibre complementaires et sequentiels. D'une part, un processus de deformation discret deplace un point, independamment des autres points du maillage, vers un minimum local du champ externe et, d'autre part, un processus de stabilisation continu, par une interpolation spline bicubique, evalue si le point deplace correspond a un minimum regional du champ externe (seuil de distance de chanfrein). La convergence du processus de segmentation est obtenue par stabilisation de morceaux de contours dans le cas 2d et par stabilisation de surfaces elementaires en 3d. Le compromis entre la forme et la nature de l'objet depend des poids relatifs entre les differents termes d'energie. Ceux-ci sont controles de maniere adaptative, par un critere de concavite lie a la geometrie du systeme cardio-vasculaire. Une validation 2d et des resultats 3d sur differents volumes cardio-vasculaires, ont permis d'obtenir des resultats satisfaisants pour lesquels la variation des parametres est relativement faible et rend par consequent le processus de segmentation robuste

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Daanen, Vincent. "Suivi 3D de gestes chirurgicaux : application à l'IRM interventionnelle." Lille 1, 2001. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2001/50376-2001-19-20.pdf.

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Abstract:

L'imagerie interventionnelle utilise l'imagerie médicale pour réaliser des gestes à visée thérapeutique ou diagnostique tout en les rendant aussi peu invasifs que possibles. L'utilisation de l'IRM pour conduire des gestes thérapeutiques est certainement l'une des voies les plus prometteuses de cette modalité d'imagerie basée sur les propriétés magnétiques des protons. Bien que de nombreuses équipes travaillent sur cette utilisation nouvelle de l'IRM, de nombreux problèmes subsistent et ont pour conséquence des gestes chirurgicaux approximatifs. Lors de cette étude, nous avons recherché les principales causes d'échec et nous avons développé un système d'aide au guidage d'instruments rigides. Nous avons notamment mis en evidence l'importance des déformations géométriques potentielles et proposons une méthode de correction basée sur la notion de déformations locales. Nous avons également mis en oeuvre une méthode originale de repérage des points d'intérêts cutanés qui permet de localiser ces points avec une précision compatible avec les interventions chirurgicales envisagées dans le cadre de cette thèse. Enfin, le chirurgien définit la trajectoire sur des images natives IRM et est ensuite guidé par une interface simple et intuitive. Les différents problèmes de contrôle-commande rencontrés ont été abordé par la voie du contrôle-commande à boucle de retour virtuelle puisque nous utilisons un capteur stéréoscopique pour assurer le retour d'information sur la position de l'instrument. Les perspectives sont doubles : d'une part l'adaptation à toute autre modalité d'imagerie utilisée en imagerie interventionnelle et d'autre part, l'utilisation en tant qu'outil afin de mettre en place des instruments dans le cas de chirurgies ou traitements complexes tels que la thermothérapie interstitielle Laser par exemple.

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Daanen, Vincent Vasseur Christian. "Suivi 3D de gestes chirurgicaux application à l'IRM interventionnelle /." [S.l.] : [s.n.], 2001. http://www.univ-lille1.fr/bustl-grisemine/pdf/extheses/50376-2001-19-20.pdf.

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Ben, Bouallegue Fayçal. "Contributions en reconstruction TEP 3D par inversion directe." Montpellier 2, 2009. http://www.theses.fr/2009MON20078.

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Abstract:

Nous présentons deux contributions innovantes dans le domaine de la reconstruction par inversion directe en tomographie par émission de positons (TEP) 3D. D'abord, à partir d'une formulation étendue du rebinning analytique dans l'espace de Fourier 3D, nous développons un algorithme itératif de reprojection (FOREPROJ itératif) qui permet l'estimation des projections obliques manquantes sur la base de l'ensemble des projections mesurées. Il en découle, au premier ordre, une formulation étendue du Fourier rebinning (FORE étendu) et un algorithme de reprojection approximatif associé. Ces deux algorithmes sont évalués sur des simulations numériques de données TEP 3D pour résoudre le problème de la troncature axiale. Prenant avantage de l'ensemble de la statistique disponible, FOREPROJ itératif s'avère une alternative rapide et fiable aux méthodes classiques que sont FOREPROJ et la reprojection géométrique. Il améliore significativement la qualité des coupes reconstruites sans perte de résolution spatiale. Nous évaluons ensuite dans quelle mesure le choix de plan fixes pour paramétrer les projections permet de simplifier l'étape d'interpolation en fréquence requise par l'application du théorème de la projection de Fourier en 3D (3D-FST). Nous comparons l'implémentation directe de ce dernier avec un nouvel algorithme de gridding basé sur une géométrie à 2 plans fixes et ne nécessitant qu'une interpolation 1D dans l'espace de Fourier. Il apparaît que l'utilisation de deux plans orthogonaux conduit à un rapport signal à bruit dans les coupes reconstruites similaire à celui obtenu par le 3D-FST avec une statistique double, cela sans perte de résolution
We present two innovative contributions in 3D positron emission tomography (PET) direct reconstruction. First, we develop an extended three-dimensional exact rebinning formula in the Fourier space that leads to an iterative reprojection algorithm (iterative FOREPROJ), which enables the estimation of unmeasured oblique projection data on the basis of the whole set of measured data. In first approximation, this analytical formula also leads to an extended Fourier rebinning equation that is the basis for an approximate reprojection algorithm (extended FORE). These algorithms are evaluated on numerically simulated 3D PET data for the solution of the truncation problem. By taking advantage of all the 3D data statistics, the iterative FOREPROJ reprojection provides a quick and reliable alternative to the classical FOREPROJ and geometric re-projection methods. It significantly improves the quality of the external reconstructed slices without loss of spatial resolution. Then we investigate how the choice of fixed planes for the representation of the projection data of a cylindrical PET scanner simplifies the frequency interpolation required by the 3D Fourier slice theorem (3D-FST). A new gridding algorithm based on a two-plane geometry and requiring only 1D interpolations in the Fourier domain is compared with the direct implementation of the 3D-FST. We show that the use of two orthogonal planes leads to signal to noise ratios similar to those achieved with the 3D-FST algorithm from projection data acquired with up to two times more count rates, while the resolution remains similar

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Lucidarme, Olivier. "Quantification non invasive de la microcirculation par imagerie ultrasonore fonctionnelle de contraste avec les techniques de destruction reperfusion." Paris 12, 2003. https://athena.u-pec.fr/primo-explore/search?query=any,exact,990002118320204611&vid=upec.

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Abstract:

Ce travail a pour but d'étudier la quantilication de la microcirculation à l'aide des produits de contraste ultrasonores. Nous avons décrit in vitro et in vivo le 'phénomène d'entrée de coupe" qui introduit une distorsion des courbes de destruction-reperl si les vaisseaux qui perfusent la zone de mesure sont préalablement inclus dans le plan image. Nous avons validé in vitro un modèle cinétique basé sur l'étude de la phase de destruction des microbulles. Il a permis d'obtenir des estimations quantitatives de flux au cours d'acquisitions d'1 à 2 s. Nous avons enfin étudié un modèle de néoangiogénèse non tumorale chez 36 souris. Les mesures ultrasonores (en phase de destruction) du volume de la microcirculation ont montré une meilleure corrélation avec l'étendue histologique de la microcirculation qu'avec sa densité. La mesure ultrasonore de la vitesse des microbulles n'a montré aucune variation au cours du développement de la microcirculation
Our aim was to study the potential for quantitative contrast enhanced functional ultrasound imaging (fUSI) to assess microcirculation. We described in vitro and in vivo the "entrance in the section phenomenon" that introduces a distortion of the refilling curves when the vessels that feed the region or interest have previouslv traveled across the ultrasound tield. We validated in vitro a b model based on the destruction phase of microhuhbles during ultrasound emission. This model allows the estimation of quantitative flow data during acquisitions of only 1 or 2 seconds. We finally studied a non tumor angiogenesis model in 36 mice. Ultrasound measurement (during the destruction phase) ot' the Uractional blood volume in a gel impregnated with growth exhihited a higher correlation vith the fractional vascularized area of gel than with the microvascular density. Microbubble velocity assessed on fUSI did not change as mi crocirculation increased

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Dissertations / Theses on the topic 'Imagerie par ultrasons en 3D'

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