Les ondes planes

Afin de conserver une fréquence d’échantillonnage Doppler suffisante et ne pas être confronté au problème de repliement spectral, la séquence ultrasonore par ondes focalisées doit être sé-parée sur plusieurs ensembles (Figure 1.26). Plus le nombre d’ensembles pour la séparation est important, plus la fréquence d’échantillonnage augmente, mais cela peut créer un déca-lage spatial entre deux blocs. Pour contourner ces limitations, l’imagerie ultrasonore par ondes planes a été proposée. Le principe est d’activer tous les éléments de la sonde simultanément afin de créer une onde plane non-focalisée qui permettra de caractériser le plan entier pour chaque émission (Figure 1.27). La fréquence d’échantillonnage est donc limitée uniquement par la profondeur d’imagerie, f_ech´ = _zmax^c , oùc est la vitesse du son dans le milieu etz_max est

la profondeur d’imagerie maximum. Le facteur d’amélioration en comparaison de l’imagerie focalisée dépend par conséquent du nombre d’émissions nécessaires pour obtenir une image avec cette séquence. Dans les deux cas cependant, cette fréquence maximale est diminuée par l’ajout d’un temps mort permettant à la sonde de ne pas surchauffer, ainsi que pour tenir compte de l’atténuation dans le milieu. Un autre avantage du plus grand nombre d’images disponibles est reliée à l’application des filtres de parois pour l’imagerie Doppler, dont l’application est moins restreinte.

Figure 1.26 Division de l’image acquise par la séquence Doppler focalisée en plusieurs ensembles. Image tirée de Dort (2013)

Une revue des applications de la séquence par ondes planes est proposée par Tanter & Fink (2014). Initialement appliquée pour de l’imagerie de mode B, elle a ensuite été développée pour l’élastographie (Sandrin et al., 1999), puis pour l’imagerie Doppler vectorielle (Udesen et al., 2008) et de puissance (Macéet al., 2013). L’algorithme a été initialement développé pour des sondes linéraires. Il a ensuite été adapté à des sondes de type "phased array" pour obtenir une imagerie conique Papadacciet al.(2014).

Un unique plan d’onde résulte cependant en une image de moins bonne qualité que pour l’ima-gerie focalisée, plusieurs plans d’ondes sont donc combinés pour obtenir l’image finale. Pour cela, l’utilisation de plusieurs angles d’émission des ondes planes, une séquence appelée "com-pounding", a été proposée par Montaldoet al.(2009). Les résultats sur une séquence B-mode indiquent un rapport signal sur bruit (ou Signal to Noise Ratio, SNR) équivalent à l’algorithme focalisé pour un nombre d’émissions 3 à 6 fois inférieur (Bercoffet al., 2011) (Figure 1.28).

Figure 1.27 Reconstruction d’une image en mode B à partir de l’imagerie focalisée et de l’imagerie par ondes planes, pour 3 quantités d’angles différentes. Image tirée de Tanter & Fink

(2014)

Cela est dû principalement à l’activation de tous les éléments de la sonde pour chaque onde émise, à l’inverse de la séquence focalisée, ce qui se traduit par une énergie plus importante transférée dans le milieu. Pour les reconstructions d’images avec la procédure du DaS, la dis-tanced_totaleparcourue par l’onde entre son émission et sa réception est décrite par l’équation suivante, qui se base sur des considérations géométriques (Montaldoet al., 2009) :

d_totale=zcos(α) +xsin(α) +

z²+ (x−x₁)² (1.10)

Oùxetzreprésentent la position du pixel à reconstruire dans l’axe de la sonde et dans l’axe de profondeur respectivement, α est l’angle de l’onde plane émise par rapport à la surface de la sonde, etx₁est la position de l’élément de la sonde utilisé pour la reconstruction.

La principale limitation actuelle de la séquence par ondes planes consiste en un volume de données beaucoup plus important, ce qui implique des difficultés pour les système d’imagerie à transférer les données acquises et à reconstruire les images dans un délai suffisamment court

Figure 1.28 Comparaison du SNR entre des images en mode B reconstruites par les algorithmes d’ondes focalisées et d’ondes planes. Image tirée de

Bercoffet al.(2011)

pour obtenir une imagerie en temps réel. Par ailleurs, les appareils cliniques actuels contiennent l’algorithme focalisé détaillé dans les sections précédentes, et l’implantation de l’algorithme par ondes planes nécessiterait une modification complète de la séquence.

De nombreuses applications pour l’imagerie Doppler ont été proposées. En particulier, Udesen et al.(2008) se sont basés sur des émissions d’ondes planes pour une imagerie Doppler vecto-rielle, qui permet en complément d’une imagerie Doppler de couleur, d’obtenir une visualisa-tion des vecteurs de vitesse et donc une précision du sens de l’écoulement. Le suivi de l’artefact de "speckle" peut être utilisé pour visualiser l’écoulement sanguin (Sandrinet al., 2001) et être combiné avec (Leowet al., 2015) ou sans (Yiu & Yu, 2013) produit de contraste. Globalement, l’imagerie Doppler par onde planes apporte, pour une qualité d’image équivalente et en

com-paraison avec l’imagerie Doppler par ondes focalisées, un délai d’émission réduit d’un facteur 8 à 16, avec une sensibilité en moyenne 15 fois supérieure (Macéet al., 2013) et une variance 14 fois inférieure (Bercoffet al., 2011). Par ailleurs, la limitation d’un Doppler spectral à une seule position de l’image n’est plus un problème dans le cas de l’imagerie Doppler par ondes planes qui caractérise le milieu entier à chaque émission. Lors d’une application destinée à une imagerie fonctionnelle d’un cerveau de rat à une fréquence de 15 MHz, Macéet al.(2013) ont détecté un plus grand nombre de vaisseaux dans les images, qui étaient également moins brui-tées (Figure 1.29). Dans cette étude, la plus grande quantité de données Doppler disponible a permis de quantifier le Doppler de puissance en association avec la direction de l’écoule-ment, ce qui est beaucoup plus difficile dans le cadre d’une imagerie conventionnelle de par la faible résolution fréquentielle du spectre. En complément, Osmanskiet al.(2012) ont appliqué la séquence par ondes planes aux petits vaisseaux sanguins du myocarde. Notons cependant qu’une sous-estimation de la fréquence Doppler a été observée lors de l’utilisation d’ondes planes, sous-estimation qui augmente avec la vitesse de l’écoulement et l’angle d’approche de l’onde ultrasonore, et peut atteindre une valeur de 30% (Ekrollet al., 2015). Enfin, certains algorithmes alternatifs ont été proposés, permettant d’utiliser un ensemble d’images précédem-ment reconstruites à chaque nouvelle émission afin d’augprécédem-menter le fréquence d’imagerie (Kim et al., 2001), ou pour obtenir la composante de la vitesse de l’écoulement perpendiculairement au plan de la sonde (Osmanskiet al., 2015). Une séquence d’excitations codées a également été développée afin d’augmenter le SNR (Tiranet al., 2015).