Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., 2003. / Härtill 4 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., 2007. / Härtill 4 uppsatser.

Un applicateur ultrasonore interstitiel IRM compatible a été développé pour le traitement percutané du CHC sous contrôle de l'imagerie. Deux grands axes expérimentaux ont été abordés : 1) au cours d'une première expérimentation réalisée in vivo sur le foie de porc, des macro lésions correspondant à la fusion de lésions élémentaires par rotation du transducteur sur 360° ont pu être réalisées par voie percutanée sous contrôle échographique. Les macro lésions obtenues possédaient une taille voisine de celles obtenues en pratique clinique par la RF. De plus, les lésions élémentaires se montraient relativement indifférentes à l'effet de vol de chaleur ; 2) au cours d'une seconde expérimentation réalisée in vitro puis in vivo sur le foie de porc, un contrôle actif par IRM de température a pu être obtenu pour la création de lésions ultrasonores de taille et aspect similaires quelle que soit la direction du faisceau ultrasonore. Ce contrôle de température est apparu d'autant plus important que les puissances appliquées et du temps d'application pour l'obtention de lésions de taille similaire étaient extrêmement variables selon la direction du faisceau ultrasonore. / A MR compatible interstitial US applicator was developed for percutaneous treatmentof hepatocellular carcinoma (HCC) under imaging control. This work was based on two experimentations : 1) In the first experimentation, performed in vivo on pig liver,macro-lésions corresponding to the fusion of several elementary lesions on 360° were realized percutaneously under echo-guidance. The macrolésions obtainedshowed a size similar to those obtained with RF in clinical practice. Moreover, in this study, the elementary lesions proved to be quite indifferent to the heat sink effect oflarge hepatic blood-vessels; 2) In the second experimentation, performed in vitro andin vivo on pig liver, MR temperature active control was obtained for the creation oflesions similar in size and aspect in all directions. This MR temperature active control appeared extremely interesting since the power applied and the time of application were very different according to the direction of the ultrasonic beam.

The aim of this work is to propose an algorithm to segment and track the myocardium using the level-set formalism. The myocardium is first approximated by a geometric model (hyperquadrics) which allows to handle asymetric shapes such as the myocardium while avoiding a learning step. This representation is then embedded into the level-set formalism as a shape prior for the joint segmentation of the endocardial and epicardial borders. This shape prior term is coupled with a local data attachment term and a thickness term that prevents both contours from merging. The algorithm is validated on a dataset of 80 images at end diastolic and end systolic phase with manual references from 3 cardiologists. In a second step, we propose to segment whole sequences using motion information. To this end, we apply a level conservation constraint on the implicit function associated to the level-set and express this contraint as an energy term in a variational framework. This energy is then added to the previously described algorithm in order to constrain the temporal evolution of the contour. Finally the algorithm is validated on 20 echocardiographic sequences with manual references of 2 experts (corresponding to approximately 1200 images).

L'imagerie médicale échographique présente plusieurs avantages comme son innocuité, sa facilité d'emploi, la diversité des organes concernés et le faible coût de ce mode d'imagerie. Cependant les images obtenues par échographique souffrent d'une résolution plutôt faible comparées à celle que l'on peut obtenir avec un appareil d'IRM ou en utilisant des rayons X. Le défi majeur de l'échographie médicale est donc de réussir à produire des images avec une résolution beaucoup plus fine, à fréquence nominale fixe.Des travaux ont été entrepris dans ce sens depuis longtemps. Plusieurs pistes ont été explorées. La majorité des travaux effectués jusqu'à présent a consisté à travailler sur l'échographe et particulièrement sur les sondes ultrasonores, avec principalement pour objectif d'augmenter la fréquence des ultrasons utilisés. Cette approche a conduit à l'existence de l'échographie haute résolution, avec cependant une limite importante qui est celle de la profondeur d'exploration.Une autre approche consiste à traiter numériquement des images échographiques classiques pour améliorer leur résolution. Cette méthode a plusieurs avantages, elle permet notamment de contourner la difficulté causée par la réduction de profondeur de champ liée à l'augmentation de la fréquence ultrasonore.Dans cette thèse, nous présentons une méthode permettant d'améliorer la résolution des images échographiques. Le travail de thèse à consister à adapter cette méthode à l'imagerie échographique et à proposer une estimation de la résolution théorique maximale atteinte par cette méthode en fonction de paramètres de l'image dont le SNR, et la largeur de bande de la PSF. Nous avons également proposé une méthode de superrésolution adaptée aux ultrasons. Par son apport sur l'amélioration théorique de la superrésolution et par l'adaptation au cas particulier de l'imagerie ultrasonore, ce travail de thèse ouvre des perspectives sur l'amélioration de la résolution des images échographiques par traitement du signal et de l'image. / Medical Imaging Ultrasound has several advantages such as its safety, ease of use, the diversity of organs that can be imaged and the low cost of this imaging mode. However, the images obtained by ultrasound suffer from relatively low resolution compared to others than can be obtain with an MRI or using X-rays. The major challenge of medical ultrasound is the ability to produce images with a resolution much finer, without modifying the nominal frequency.Work has been undertaken in this direction for some time. Several approaches have been explored. Most of the work done so far has been to work on the ultrasound acquiring device and particularly on ultrasonic probes, with main objective to increase the frequency of ultrasound used. This approach has led to the existence of high-resolution ultrasound, but with the reduction of the depth of exploration as an important limitation.Another approach is to treat numerically conventional ultrasound images to improve resolution. This method has several advantages, it allows to circumvent such difficulties caused by the reduction of depth of field due to the increase in the ultrasonic frequency.In this thesis, we present a method to improve the resolution of ultrasound images. The thesis to be to adapt this method to ultrasound imaging and to provide an estimate of the maximum theoretical resolution achieved by this method based on image parameters including SNR and the bandwidth of the PSF. We also proposed a method of superresolution suitable for ultrasound. By providing on improving theoretical superresolution and adaptation to the particular case of ultrasound, this thesis opens up on improving the resolution of ultrasound images by processing the signal and the image.

Introduction : La télémédecine en général et la télé échographie en particulier est une des solutions indéniables au problème de pénurie de médecins spécialistes notamment dans les pays en développement au regard des progrès sans cesse croissant des nouvelles technologies de I‘information et de la communication. Objectif : Concevoir et valider un système de télé expertise échographique temps réel et de télédiagnostic échographique temps différé entre sites expert (CHU) et isolé (hôpitaux périphériques) avec une infrastructure moindre coût accessible même aux pays à faible environnement numérique comme le Togo. Matériels et Méthodes : Une technologie innovante de télétransmission (vidéos échographiques et d’ambiance) temps réel via internet à base de Caméra réseau AXIS 207 et de Serveur vidéo internet AXIS 243 dotée d’adresse IP ou un logiciel d’accès à distance (LogMeln) permet une télé expertise temps réel si le centre isolé dispose d’un échographiste peu expérimenté. / Introduction: Telemedicine generally, and telesonography in particular, is one of undeniable solutions to the problem of specialists’ shortage specially in developing countries with regard to the progress ceaselessly growing of the new technologies of information and communication. Purpose: Design and validate a .system of real time ultrasound tele-expertise, and delayed ultrasound tele-diagnostic between isolated peripherals hospitals and University Hospital center (Expert center) functioning with a lesser infrastructure cost accessible to low digital environment countries like Togo. Materials and Methods: An IP camera and an internet video server are installed in a geographically isolated site equipped with an echograph served by an echographist of first level. Real time tele-expertise (second opinion diagnosis) is possible via internet with an expert center.

A partir de la conception d’un robot pour une application médicale particulière de télé-échographie, une démarche de conception générique de robots médicaux est proposée. L’étude se décompose en deux phases : la synthèse topologique et la synthèse dimensionnelle. La première est effectuée pour toutes applications médicales à partir de connaissances capitalisées dans un catalogue de robots médicaux réalisé au préalable. La synthèse dimensionnelle est établie pour un robot de télé-échographie. Une nouvelle structure cinématique de poignet sphérique série permettant de rejeter la singularité aux frontières de l’espace de travail est proposée. Après avoir réalisé une analyse cinématique validant le concept, plusieurs optimisations multi-critères sont effectuées selon des critères de performances cinématiques (manipulabilité, dextérité) et d’encombrement (compacité). Une comparaison de l’influence des indices de performance sur l’optimisation est réalisée. Le concept pour l’application de télé-échographie choisi et dimensionné, une démarche de conception préliminaire à l’aide de l’outil CAO est présentée. Une phase de conception collaborative avec des designers est menée afin d’améliorer l’ergonomie, la compacité et l’esthétique du robot. L’association des étapes de synthèses et de conception préliminaire a conduit à la proposition d’une démarche de conception de robots médicaux. / From the design of a tele-echography robot for a specific medical application, a generic methodology for medical robots design is proposed. The study is presented in two parts: a topological synthesis and a dimensional one. The first is made for all medical applications, from a medical robots catalogue built beforehand. The second synthesis is established for a tele-echography robot. A new spherical kinematic structure permitting to reject singularities to the boundaries of the workspace is proposed. After having validated this concept from a kinematic point of view, several multi-criteria optimisations are realised according to kinematic indices (manipulability, dexterity) and bulkiness (compactness). A comparison of indices influence on optimisations is carried out. The concept for teleechography robot chosen and dimensioned, a process of embodiment design with CAD tool is presented. A collaborative design phase with designers is led to improve ergonomics, compactness and aesthetic of the robot. The association of synthesis steps and embodiment design lead to propose a process of medical robots design.

Cette thèse concerne le développement de méthodes de détection et de diagnostic des défauts de surface dans les structures immergées. Les structures étudiées sont formées de plaques métalliques. Les méthodes proposées sont basées sur une analyse de mesures acoustiques ultrasonores issues d’échographie sous-marine. Cette analyse combine des outils usuels du traitement du signal et des méthodes de classification à base de réseaux de neurones gaussiens. Des variantes avec et sans modèle de référence sont proposées. Les techniques usuelles d’évaluation par contact montrent leurs limites pour le diagnostic des structures telles que les hydroliennes. Le présent travail de recherche consiste à utiliser un seul et unique transducteur sans contact sous différents angles contrairement à d’autres techniques qui nécessitent un grand nombre de capteurs et une connaissance précise de leur positionnement. Notre étude utilise les ondes de Lamb car elles sont très sensibles aux anomalies structurelles. Les principales étapes et outils utilisés sont les suivants : - 1. Utilisation d’un dispositif de génération et d’acquisition d’ondes de Lamb. - 2. Étude de la propagation d’ondes de Lamb dans les structures en immersion, en particulier dans les plaques métalliques immergées dans l’eau. - 3. Caractérisation des signaux pour différents types de défauts. - 4. Estimation de l’angle d’acquisition et de la distance du transducteur par rapport au centre de la plaque. / This study concerns the damages detection and diagnosis for immersed structure. The structures are metallic plates. The proposed method focuses on the analysis of ultrasonic acoustic measurements obtained by submarine echography. It combines signal processing tools and Gaussian neural networks for classification purpose. Methods with and without reference models are proposed. The usual detection technics with contact are not applicable for the considered systems like stream turbines. This research consists to use a single and a single transducer under different incidence angles opposed to others technics using numerous sensors and their accurate location. The present research use Lamb wave according to their sensibility to the structural damages. The different stages are the following : - 1. Experimental setup for Lamb wave generation and acquisition. - 2. Study of the Lamb wave processing on immersed structures, in particular in metallic plate immersed in water. - 3 .Signal characterization for different types of damages. - 4. Estimation of the angle and lift-off distance.

Les robots légers utilisés pour la télé-échographie robotisée permettent, à l'expert médical, d'orienter à distance une sonde ultrasonore 2D. L'analyse en temps réel de l'image ultrasonore du patient, reçue via un lien de communication, permet à l'expert de définir un diagnostic. Les validations cliniques du concept de télé-échographie robotisée montrent qu'il est ainsi possible de pallier le manque d'experts en ultrasonographie sur des sites médicalement isolés. Le robot porte-sonde est positionné et maintenu sur le corps du patient par un assistant à partir des informations communiquées par le spécialiste via visioconférence. Cependant, la faible masse du robot, le fait qu'il soit maintenu par un assistant sur le corps du patient et les mouvements physiologiques du patient provoquent des perturbations dans la position de la sonde et engendrent ainsi des pertes des sections d'intérêt des organes étudiés. Les travaux de cette thèse ont consisté à développer une approche par asservissement visuel basé sur les moments d'image ultrasonore 2D. Le calcul des moments 2D étant basé sur les points du contour de la section d'intérêt, un algorithme de traitement d'images efficace est nécessaire pour détecter et suivre le contour d'intérêt en mouvement. Pour cela, une méthode de contour actif paramétrique basée sur les descripteurs de Fourier est présentée. Les lois de commandes correspondant à trois tâches autonomes autorisant la recherche et le maintien de visibilité d'un organe lors de l'acte médical télé-opéré sont implémentées et validées sur la plateforme robotique du projet ANR Prosit. / The light weight robots used for robotized tele-echography allow the medical expert to remotely operate a 2D-ultrasound probe. The real-time analysis of the patient's ultrasound images, received via a standard communication link, provides the expert with relevant information to define a diagnosis. The clinical validations of the robotized tele-echography concept show that it is possible to overcome the lack of sonographers in medically isolated sites. The robot probe-holder is usually positioned and held on the patient's body by a paramedical staff based on information provided by the specialist via videoconferencing. However, the small mass of the robot, the fact that it is held by an assistant on the patient's body and the patient's physiological movements cause disturbances in the position of the probe ; this thus can generate a loss of the region of interest of the organ being under investigation during the teleoperated medical act. This thesis work focuses on the development of a visual servoing approach based on 2D ultrasound image moments. 2D moments calculation is based on the contour points of the image section of interest, therefore an image-processing algorithm is needed to effectively detect and follow the contour of interest in motion. For this reason, a parametric active contour method based on Fourier descriptors is presented. The control laws, corresponding to three independent autonomous tasks to search and maintain the visibility of an organ within a given ultrasound plane during the tele-operated medical act are implemented and validated on robotic platform project ANR Prosit.

Les objectifs scientifiques de ces travaux de thèse reposent sur le développement d’une plateforme robotisée pour la réalisation d’un acte d’échographie à distance. Les contraintes de cet acte médical à distance ont conduit à la réalisation d’un robot sériel à cinq degrés de liberté. La présence d’une singularité centrale a conditionné la proposition d’une loi de commande cinématique pondérée dont l’objectif est d’assurer le meilleur suivi du geste médical et le maintien du plan ultrasonore à l’approche de la singularité. Cette loi de commande est basée sur une combinaison linéaire de l’inverse et de la pseudo-inverse de la matrice jacobienne de base du robot. Les réseaux haut débit sont nécessaires pour l’utilisation de la plateforme télé-opérée afin d’assurer une très bonne qualité des images échographiques reçues par l’expert. Cependant, ils sont soumis à de forts délais de transmission perturbant la stabilité du système robotique et le ressenti des interactions robot/patient. L’architecture de commande bilatérale passive proposée est basée sur le formalisme des variables d’ondes, et inclut les structures mécatroniques des postes maître et esclave, et les caractéristiques des liens de communication. Cette approche garantit, quels que soient les délais de transmission, la stabilité et la transparence de la plateforme télé-opérée. La prise en compte de l’ensemble des caractéristiques mécatroniques de la chaîne télé-opérée a permis de proposer une méthodologie pour l’adaptation d’impédance afin d’améliorer le rendu haptique au niveau du poste maître. Des expérimentations par satellite ont validé l’approche de la structure bilatérale et confirmé la stabilité et la transparence de la chaîne télé-opérée quels que soient les délais de communication. / The scientific objectives of this PhD thesis work are based on the development of a robotic platform used to perform tele-echography act via satellite link. The constraints of the remote tele-echography procedure led to the development of a 5-DOF serial robot. The presence of a central singularity has conditioned the proposal of a weighted kinematic control law to ensure a better monitoring of medical procedure and ultrasonic plan when approaching the singularity. This control law is based on a linear combination of the inverse and pseudo-inverse of the Jacobian matrix. Broadband networks are required to provide high quality ultrasound images to the medical expert. However, they are subject to high transmission delays disrupting the stability of the robotic system and rendering of robot/patient interactions. The passive bilateral control architecture proposed is based on the wave variables approach ; it includes the mechatronic master and slave characteristics, and the communication links characteristics. This approach ensures stability and transparency of the tele-operated platform whatever the transmission time delay. A methodology for impedance matching taking into account the characteristics of mechatronic tele-operated chain has improved haptic rendering at the station master. Satellite experiments have validated the proposed wave variables bilateral structure and confirmed the stability and transparency of the tele-operated chain for any communication delays.