Motion estimation in ultrasound image sequences: application to ultrasound elastography of the thyroid
Estimation du mouvement dans des séquences d'images échographiques : application à l'élastographie ultrasonore de la thyroïde
Résumé
This PhD work deals with motion estimation in ultrasound image sequences and its application to static elastography of the thyroid. The aim of elastography is to characterize the elasticity of biological soft tissues. For this, motion tracking is processed between images acquired while a compressive force is applied to the examined medium. In order to discriminate the healthy and diseased tissues, a high level of motion estimation accuracy is required. To achieve this accuracy, we propose a 2-D motion estimation method applied to radiofrequency images issued from a specific beamforming technique. Our method uses four phase images obtained with multidimensional analytic signals. This original approach allowed us to propose an analytic solution to the local motion estimation problem. Our method is shown to be more efficient than classical techniques in terms of accuracy, applicability on low sampled images and computation time. Moreover, we propose the use of a bilinear displacement model in order to take into account the complexity of tissue movements under freehand compression. A spatio-temporal approach allows us to extend our method to motion estimation with ultrasound image sequences. We also propose a novel parameter more appropriate for visualizing thyroid tumors.
Cette thèse concerne l'estimation du mouvement dans des séquences d'images échographiques, avec comme application médicale l'élastographie statique de la thyroïde. Le principe de l'élastographie, dont l'objectif est de caractériser l'élasticité des tissus biologiques, consiste à estimer les déplacements qui apparaissent au sein des tissus lorsque ceux-ci sont soumis à une contrainte mécanique externe. Discriminer les tissus pathologiques des tissus sains sur des critères d'élasticité nécessite une grande précision d'estimation du mouvement. Pour cela, nous proposons une méthode 2-D d'estimation du mouvement appliquée à des images radiofréquences dont la formation de voies est adaptée à l'imagerie du mouvement. Notre méthode travaille avec quatre images de phase, construites en utilisant des signaux analytiques multidimensionnels. Cette approche originale nous a permis de proposer une solution analytique à l'estimation locale des déplacements. Notre méthode s'avère plus performante que les approches classiques en terme de réduction d'erreur, de performances avec des images faiblement échantillonnées et de rapidité. Afin de prendre en compte la complexité des mouvements à estimer, engendrée par la diversité anatomique et par les spécificités de l'élastographie ultrasonore (compression des tissus exercée manuellement avec la sonde échographique), nous proposons d'utiliser un maillage déformable, régi par un modèle paramétrique bilinéaire. Une analyse spatio-temporelle du mouvement nous permet d'étendre cette méthode à l'estimation du déplacement dans des séquences d'images et de proposer une nouvelle carte paramétrique adaptée à la visualisation des tumeurs thyroïdiennes.
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