Spatiotemporal oriented filtering of image sequences: application to blood flow motion estimation in ultrasound imaging

Filtrage spatiotemporel orienté de séquences d'images : application à l'estimation du mouvement des flux sanguins en imagerie ultrasonore

Adrien Marion (1)

1 CREATIS - Centre de Recherche et d'Application en Traitement de l'Image et du Signal

The knowledge of blood flows behaviour is fundamental clinical information. Ultrasonic imaging, associated to Doppler techniques, is often used to evaluate blood flow velocities. However, Doppler techniques suffer from some limitations, particularly its poor spatial resolution and the difficulty to estimate low velocities. During this PhD thesis, we proposed an approach based on banks of oriented spatiotemporal filters to estimate dense motion fields from ultrasound image sequences. The method was presented in a 2D then 3D framework. We used simulated and experimental data to validate our method. Thus, we proposed a framework adapted to fast simulation of ultrasound image sequences. Our simulation model was validated in terms of first- and second-order statistics. The motion estimation method was applied to flow sequences with low motion (~ 1mm/s) inside small vessels (~ 1mm). The results obtained showed a good behaviour of our method allowing characterizing studied flows. A comparison study with three other velocity estimation methods also proved that our approach is a good trade-off between accuracy and computational complexity.

La connaissance du comportement des flux sanguins est une donnée clinique fondamentale. L'imagerie ultrasonore, couplée à des techniques Doppler, est souvent utilisée pour évaluer les vitesses de flux sanguins. Cependant, les techniques Doppler présentent quelques limitations notamment liées à la résolution spatiale des résultats et à la difficulté d'estimer des faibles vitesses. Dans cette thèse, nous avons proposé une approche basée sur des bancs de filtres spatiotemporels orientés pour l'estimation de champs denses de mouvement à partir de séquences d'images ultrasonores de flux. Le formalisme proposé a été présenté dans des contextes 2D puis 3D. Afin de valider notre méthode, nous avons utilisé des données simulées et expérimentales. A cet effet, nous avons proposé un cadre adapté à la simulation rapide de séquences d'images ultrasonores. Notre modèle de simulation a été validé en termes de statistiques du premier et deuxième ordre. La méthode d'estimation de mouvement proposée a été appliquée à des séquences de flux se déplaçant à faibles vitesses (~ 1mm/s) dans des vaisseaux de petites dimensions (~ 1mm). Les résultats obtenus ont montré un bon comportement global permettant de caractériser les flux étudiés. Une comparaison avec trois autres méthodes d'estimation de vitesses de flux a également permis de montrer que notre approche constituait un bon compromis en termes de précision et de complexité algorithmique.

Mots clés: Blood flow; motion estimation; oriented filter banks; spatiotemporal filtering; image sequences; data simulation; ultrasound imaging; ultrasound; velocity estimation.

Mots clés: ultrasons; Banc de filtres orientés; estimation de mouvement; estimation de vitesses; filtrage spatiotemporel; flux sanguins; imagerie ultrasonore; séquences d'images; simulation de données; ultrasons.

Domaines: Autre

Adrien Marion. Filtrage spatiotemporel orienté de séquences d'images : application à l'estimation du mouvement des flux sanguins en imagerie ultrasonore. Autre. INSA de Lyon, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00432802⟩