Image Analysis and Calibration Method for 3D Freehand Ultrasound

Méthodes d'analyse d'images et de calibration pour l'échographie 3D en mode main-libre

François Rousseau (1)

1 VisAGeS - Vision, Action et Gestion d'informations en Santé

This thesis is concerned with image analysis and calibration for 3D freehand ultrasound. As it is mostly non-invasive and has a real time capability and a relatively low cost nature, 2D ultrasound is popular. 3D ultrasound imaging overcomes 2D ultrasound limitations and it makes possible to foresee news applications for medical diagnosis. The first part is dedicated to image acquisition with freehand system. We first study accuracy of magnetic trackers and compare its with vision based method. Moreover, during data acquisition, calibration step of freehand system is crucial. We have proposed on the one hand a temporal calibration method which do not use any contrainst on probe motions and on the other hand a robust and fully automatic spatial calibration method. This method has been evaluated using synthetic and real sequences and a comparison with other calibration methods have shown qualities of the proposed method. The second part concerns 3D ultrasound image analysis and we have proposed a new rigid registration method. To take into account ultrasound image specificities, we have developped a new similarity measure based on texture information. This new measure is applied for rigid registration of 3D images.

Ce travail de thèse traite de l'acquisition de données et de l'analyse d'images en échographie tridimensionnelle (3D). Les ultrasons sont une modalité d'imagerie médicale peu coûteuse, d'une innocuité quasi-totale pour le patient et qui permet de suivre le mouvement de structures anatomiques déformables en temps réel. L´échographie 3D permet de circonvenir aux inconvénients de l'échographie 2D classique et permet également d'entrevoir de nouvelles possibilités dans le domaine du diagnostic médical. Le premier axe de ce travail concerne l'acquisition des images à l'aide d'un système de type main-libre. Nous avons tout d'abord étudié la précision de systèmes de localisation magnétique et comparé ceux-ci à des méthodes basées vision. De plus, lors de l'acquisition des données, l'étape de calibration du système main-libre est primordiale. Nous proposons d'une part une méthode de calibration temporelle automatique qui n'impose aucune contrainte sur les mouvements de la sonde utilisés et d'autre part une méthode de calibration spatiale précise, robuste et automatique. Cette dernière a été évaluée à l'aide de séquences synthétiques puis réelles. Des évaluations comparatives avec différentes méthodes de calibration ont permis de dégager les intérêts et les qualités de la méthode proposée. Le second axe est consacré à l'analyse des images échographiques 3D. Nous avons proposons une méthode de recalage dédiée aux données ultrasonores. Afin de prendre en compte les particularités des images échographiques, nous avons développé une nouvelle mesure de similarité statistique reposant sur une information de texture. Nous utilisons cette mesure pour des problèmes de recalages rigides de volumes échographiques.

Mots clés: Medical imaging; freehand 3D ultrasound; tracker; registration; texture analysis

Mots clés: Imagerie médicale; échographie 3D main-libre; système de localisation; calibration; recalage; analyse de texture

Domaines: Traitement du signal et de l'image [eess.SP]

François Rousseau. Méthodes d'analyse d'images et de calibration pour l'échographie 3D en mode main-libre. Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. Université Rennes 1, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011991⟩