2D and 3D ultrasoundimaging using GPU : toward real-time and full waveform inversion

Imagerie ultrasonore 2D et 3D sur GPU : application au temps réel et à l'inversion de forme d'onde complète

Etienne Bachmann (1)

1 PHASE - Laboratoire Physique de l'Homme Appliquée à Son Environnement

If the most important progresses in ultrasound imaging have been closely linked to the instrumentation's quality, the advent of computing science revolutionized this discipline by introducing growing possibilities in data processing to obtain a better picture. In addition, GPUs, which are the main components of the graphics cards deliver thanks to their architecture a significantly higher processing speed compared with processors, and also for scientific calculation purpose. The goal of this work is to take the best benefit of this new computing tool, by aiming two complementary applications. The first one is to enable real-time imaging with a better quality than other sonographic imaging techniques, thanks to the parallelization of the FTIM (Fast Tpological IMaging) imaging process. The second one is to introduce quantitative imaging and more particularly reconstructing the wavespeed map of an unknown medium, using Full Waveform Inversion.

Si les avancées majeures en imagerie ultrasonore ont longtemps été liées à la qualité de l'instrumentation, l'avènement de l'informatique a incontestablement changé la donne en introduisant des possibilités croissantes de traitement des données pour obtenir une meilleure image. Par ailleurs, les GPUs, composants principaux des cartes graphiques, offrent de par leur architecture des vitesses de calcul bien supérieures aux processeurs, y compris à des fins de calcul scientifique. Le but de cette thèse a été de tirer parti de ce nouvel outil de calcul, en ciblant deux applications complémentaires. La première est d'autoriser une imagerie en temps réel de meilleure qualité que les autres techniques d'imagerie échographique, en parallélisant le procédé d'imagerie FTIM (Fast Topological IMaging). La seconde est d'introduire l'imagerie quantitative et en particulier la reconstruction de la carte de vitesse du milieu inconnu, en utilisant l'inversion de la forme d'onde complète.

Mots clés: High performance computing; Optimization; Acoustic imaging; Inverse problem

Mots clés: GPU; Calcul haute performance; Imagerie acoustique; Problème inverse; Optimisation

Domaines: Mécanique des fluides [physics.class-ph]

Etienne Bachmann. Imagerie ultrasonore 2D et 3D sur GPU : application au temps réel et à l'inversion de forme d'onde complète. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2016. Français. ⟨NNT : 2016TOU30133⟩. ⟨tel-01490439⟩