Laboratoire Creatis, Lyon
Encadrants : Barbara NICOLAS et Hervé LIEBGOTT
Domaine et contexte scientifique :
L’imagerie ultrasonore classique, communément appelée « pulse écho », est basée sur des émissions répétées de pulses ultrasonores courts (focalisés ou non), i.e., obtenus à partir d’un signal sinusoïdal à la fréquence centrale de la sonde apodisé temporellement pour ne garder que quelques périodes, et le recueil des signaux rétrodiffusés par les tissus. Afin d’augmenter le rapport signal sur bruit et la profondeur d’exploration, les émissions codées sont utilisées. Elles nécessitent généralement des signaux d’excitations plus longs, afin de pouvoir englober les codes. La perte de résolution spatiale est compensée par des techniques de compression, comme par exemple du filtrage adapté ou le filtrage de Wiener.
Nous avons développé au laboratoire une nouvelle approche en imagerie ultrasonore : l’acquisition et la reconstruction d’images à partir d’émissions et de réceptions de signaux ultrasonores en continue. L’avantage principal d’une telle approche est que l’interaction des signaux avec le milieu de même que la réception des échos sont continus, et par conséquent que les images peuvent être reconstruites à n’importe quel instant temporel, atteignant ainsi une cadence temporelle théoriquement infinie.
Nous avons établi la preuve de concept de cette approche et déposé un brevet en 2024 sur cette technique (FR2314025). Nos premiers résultats ont montré que cette approche permettait de gagner un ordre de grandeur sur la cadence d’acquisition en 1D. La technique fait actuellement l’objet de développements en 2D pour effectuer de l’imagerie anatomique à une haute cadence jamais égalée jusque-là.
Même si la cadence d’acquisition a été très grandement augmentée, la question de la capacité de ce type d’imagerie à améliorer l’estimation des vitesses du flux sanguin reste à démontrer.
Objectifs de la thèse :
L’objectif de la thèse est de réaliser une imagerie des vitesses des flux sanguins / déplacements des milieux à partir d’émissions-réception continues.
Verrous scientifiques :
– Développer un modèle de signaux en émission continue faisant apparaître les vitesses et/ou les déplacements du milieu
– Concevoir une méthode d’inversion de ce modèle permettant d’avoir accès aux vitesses soit de manière isolée soit simultanément à l’imagerie anatomique
– Mettre au point des simulations et des expérimentations permettant de valider les méthodes développées
Programme de recherche et démarche scientifique proposée :
Dans un premier temps, le doctorant ou la doctorante devra travailler sur la modélisation des signaux faisant apparaître leur vitesse. Il/Elle pourra s’appuyer sur le modèle mis en place dans l’équipe pour la simulation des signaux en mode émission continue.
Dans un second temps il faudra développer une méthode permettant d’accéder à la vitesse. Deux approches sont envisagées. La première consistera à tester si l’utilisation des techniques Doppler ou de suivi de mouvement utilisées sur les signaux classiques est possible et permet d’obtenir des vitesses. Les limites de cette approche devront clairement être fixées. En fonction des résultats, plusieurs pistes seront envisagées
- Si les techniques fonctionnent, une phase d’ajustement paramétrique sera nécessaire et il sera ensuite possible d’aller assez loin en validations expérimentales et d’envisager un nombre important de scénarios différents de mouvements (vaisseau cylindrique droit, vaisseau avec rétrécissement, vaisseau avec bifurcation, flux pulsé ou non …).
- Si les techniques ne fonctionnent pas, une piste consistera à identifier si une nouvelle séquence d’émissions continues compatible avec les approches Doppler est possible.
Enfin la voie la plus séduisante scientifiquement serait de s’appuyer sur le modèle et de mettre au point une technique d’inversion permettant d’obtenir des images anatomiques et fonctionnelles spatio-temporelles à haute cadence directement à partir du modèle. Dans ce cas, la modification et l’adaptation des séquences d’émissions continues sont également envisagées.
Encadrement
Barbara Nicolas (DR CNRS) 70%, Hervé Liebgott (Pr UCBL 30%)
Références bibliographiques sur le sujet de thèse :
[Adam24} A. Adam, Nicolas, B., A. Basarab, and H. Liebgott. Continuous emission ultrasound: a new paradigm to ultrafast ultrasound imaging. IIEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2024.
[Adam25] A. Adam, H. Liebgott, Nicolas, B., and A. Basarab. High-framerate b-mode ultrasound imaging using continuous emission. In 2025 IEEE 22nd International Symposium on Biomedical Imaging (ISBI). IEEE, 2025.
[Bujoreanu17] D. Bujoreanu, D. Friboulet, H. Liebgott, and B. Nicolas. Simultaneous coded plane wave imaging in ultrasound: Problem formulation and constrains. In IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), New Orleans, Etats Unis, March 2017.
[Nicolet22] F. Nicolet, D. Bujoreanu, E. Carcreff, H. Liebgott, D. Friboulet, and Nicolas, B. Simultaneous coded plane-wave imaging using an advanced ultrasound forward model. Applied Sciences, 12(24) :12809, 2022.
[Tamraoui25] M. Tamraoui, A. Adam, A. Basarab, Nicolas, B., and H. Liebgott. Experimental validation of continuous emission ultrafast ultrasound imaging. In 2025 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS). IEEE, 2025.
