Thèse présentée devant IFSIC
Thesis submitted to IFSIC

François Rousseau - 15 décembre 2003
Méthodes d'analyse d'images et de calibration pour l'échographie 3D
en mode main-libre
http://www.irisa.fr/bibli/publi/theses/2003/rousseau/rousseau.html

Résumé
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 clefs: Imagerie médicale, échographie 3D main-libre, système de
localisation, calibration, recalage, analyse de texture

Abstract
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.

Keywords: Medical imaging, freehand 3D ultrasound, tracker, calibration,
registration, texture analysis