Salle P.Desnuelle

Julien Rouyer

Titre : Tomographie ultrasonore dédiée à l’imagerie anatomique du sein. Validation expérimentale du projet ANAÏS.

Résumé : La tomographie ultrasonore assistée par ordinateur possède un fort potentiel en tant que moyen d’inspection des tissus mammaires pour le dépistage du cancer du sein ; cette technique permet de réduire la dépendance à l’opérateur constatée avec l’échographie conventionnelle. Une antenne de transducteurs (3 MHz) à géométrie semi-circulaire conformée à l’anatomie du sein a été développée pour réaliser une imagerie de -réflectivité des structures d’intérêt en employant une procédure de reconstruction tomographique. L’antenne comporte 1024 éléments répartis sur un arc de 190 degrés ayant un rayon de courbure de 100 mm. Les acquisitions sont gérées par une électronique à 32 voies parallèles indépendantes en émission/réception et par un multiplexer pour l’adressage des voies vers les éléments de l’antenne. Les circuits d’émission et de réception ont une fréquence d’échantillonnage allant jusqu’à 80 MHz avec une précision de 12 bits. Des formes d’ondes arbitraires (pseudo-chirp, codes de Golay) sont transmises afin d’améliorer le rapport signal sur bruit et d’inspecter plus profondément les tissus. L’électroacoustique a été caractérisée avec des objets académiques et un hydrophone afin de déterminer les propriétés d’émission du système d’imagerie (réponses impulsionnelles et distribution spatiale du champ, sensibilité piézoélectrique, cohérence de phase des signaux) et de développer des outils de correction des données ; ces résultats sont mis en regard avec le formalisme de résolution du problème inverse (algorithme de sommation des rétroprojections elliptiques filtrées en champ proche). L’évaluation du système d’imagerie est réalisées sur des objets ponctuels (-fils de 80 micron), des objets bidimensionnels à faible contraste d’impédance (< 12%) et un fantôme anthropomorphique contenant des inclusions. La technique de compression d’impulsion est utilisée pour traiter les signaux ; l’apport de cette technique à la tomographie ultrasonore est évaluée en regard d’une impulsion large bande. La résolution spatiale obtenue est inférieure au tiers de la longueur d’onde (0.17 mm) et les images préliminaires réalisées avec le système sont très satisfaisantes. Des perspectives de développement des méthodes d’inspection et des adaptations du système électroacoustique pour la tomographique anatomique du sein sont proposées au vue des études réalisées durant cette thèse.

Abstract : Ultrasound computed tomography has considerable potential as a means of breast cancer detection since it reduces the operator-dependency observed in echography. A half-ring transducer array was designed based on the breast anatomy, to obtain reflectivity images of the ductolobular structures using tomographic reconstruction procedures. The 3-MHz transducer array comprises 1024 elements set, in a 190-degree circular arc with a radius of 100 mm. The front-end electronics incorporate 32 independent parallel transmit/receive channels and a 32-to-1024 multiplexer unit. The transmit and receive circuitries have a variable sampling frequency of up to 80 MHz and a 12-bit precision. Arbitrary waveforms are synthesized to improve the signal-to-noise ratio and the inspection depth. The set-up was calibrated with academic objects and a needle hydrophone to develop the data correction tools and specify the properties of the system ; results are compared with the formalism of inverse problem (elliptical back-projection summation algorithm). The backscattering fi-eld was recorded using a restricted aperture, and tomographic acquisitions were performed with a pair of 0.08 mm diameter steel threads, a low contrast 2-D breast phantom, and a breast-shaped phantom containing inclusions. The pulse compression is used and the contribution of this technique to ultrasound computed tomography is evaluated with respect to the use of a standard broadband pulse. Prospects for development of inspection methods and also adaptations of the electroacoustic set-up dedicated to the anatomical tomographic imaging are proposed relative to conducted studies during this thesis.

Rapporteurs : Olivier Basset - Professeur des Universités (Lyon I) Emmanuel Le Clézio - Professeur des Universités (Montpellier II) Directeur : Serge Mensah - Maître de Conférence (ECM) Co-directeur : Philippe Lasaygues - Ingénieur de Recherche (CNRS) Examinateurs : Mouloud Adel - Maître de Conférence (Aix-Marseille I) Joseph Moysan - Professeur des Universités (Aix-Marseille II)