Publication

A Functional Framework for Enhanced Ultrasound Imaging

2017
Projet étudiant
Résumé

Ultrasound systems are cheap, portable, and fast, which have become impressively popular over the last decades. State-of art imaging is however known to be sub-optimal. Most attempts to improve it formulate the problem on a discrete spatial grid and suffer from computational limitations as they rely on iterative optimization. For far-field applications, an alternative approach formulated the inverse problem as a sampling operator acting on an object in an infinite dimensional Hilbert space, and proposed the corresponding least-squares optimal estimate described as a continuous object. This methodology cannot be directly applied to ultrasonic imaging, whose images contain depth information. This thesis develops an appropriate mathematical extension of the functional inverse problem to acquisition of time-dependent signals. The theory allows for the signals to be interpreted as either discrete or functional data. The proposed extension formulates the inverse problem between acquisition and imaging Hilbert spaces. We prove that the current state-of-the-art can be seen as a suboptimal approximation of this right pseudo-inverse in the general Hilbert space formulation. Processing the data as a function of time, rather than as discrete-time samples makes the continuous image estimator more efficient, stable and accurate. For instance, in SAFT imaging, we demonstate that the depth resolution achieved can be 60% better when compared to the DAS image, and the contrast 30% better. In addition, the proposed framework encompasses existing techniques, mathematically captures where they fail, and brings a unifying method comparison through a analytic description of the point-spread-function. Additionally, the representation of the image through an expansion over data-independent basis functions is compact, and that can be exploited for efficient machine learning diagnosis support.

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Espace de Hilbert
vignette|Une photographie de David Hilbert (1862 - 1943) qui a donné son nom aux espaces dont il est question dans cet article. En mathématiques, un espace de Hilbert est un espace vectoriel réel (resp. complexe) muni d'un produit scalaire euclidien (resp. hermitien), qui permet de mesurer des longueurs et des angles et de définir une orthogonalité. De plus, un espace de Hilbert est complet, ce qui permet d'y appliquer des techniques d'analyse. Ces espaces doivent leur nom au mathématicien allemand David Hilbert.
Ultrason
L'ultrason est une onde mécanique et élastique, qui se propage au travers de supports fluides, solides, gazeux ou liquides. La gamme de fréquences des ultrasons se situe entre , trop élevées pour être perçues par l'oreille humaine, mais un flux d'ultrasons de très haute intensité, et focalisé, peut être perçu par le corps humain, via d'autres mécanorécepteurs. Le nom vient du fait que leur fréquence est trop élevée pour être audible pour l'oreille humaine (le son est trop aigu : la gamme de fréquences audibles par l'être humain se situe entre 20 et .
Échographie
vignette|240px|droite|Échographie d'un fœtus de neuf semaines. L'échographie est une technique d' employant des ultrasons. Elle est utilisée de manière courante en médecine humaine et vétérinaire, mais peut aussi être employée en recherche et dans l'industrie. Le mot « échographie » provient de la nymphe Écho dans la mythologie grecque qui personnifiait ce phénomène et d'une racine grecque Graphô (écrire). Il se définit donc comme étant « un écrit par l'écho ».
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