Plateau technologique ultrasonore

ACTUALITES RECENTES 

La modalité ultrasons de la plateforme s'est enrichit de deux nouveaux fantômes

fantôme de flux continu et pulsé de marque Gammex

 Phantom de vortex de Leeds Test Objects

DESCRIPTION PLATEAU US

La plateforme Lyon-Tech PILoT possède une partie dédiée à l'imagerie ultrasonore, notamment développé et enrichi d'outils ou de solutions avancées de recherche par l'équipe imagerie ultrasonore de CREATIS, composée des éléments suivants : 

  • Sept échographes :
    • dont 3 cliniques avec modules de recherche de marque Ultrasonix 
    • et 4 de type recherche :
      • 2 Ula-Op développés par l'Université de Florence sont utilisés en recherche pour le développement de méthodes spécifiques en traitement d'antenne (Zahnd_2015).
      • 2 Vantages de la société Verasonics : pilotage de 512 voies synchronisées
  • Fantômes : nous possédons un ensemble d'outils permettant la réalisation et la caractérisation ( Duboeuf_2009, Duboeuf_2007) de gels imitants les tissus biologiques de parois artérielles (Brusseau_2001), de tissus prostatiques (Boutey_2009, Vray_2009 brevet) et cancéreux (Brusseau_2007, Brusseau_2008). De nombreaux fantômes commerciaux sont également disponibles sur le plateau.
  • Un banc de déplacement automatisé
  • Un ensemble d'appareillages électroniques (Générateur basse fréquence, Oscilloscope Lecroy, émetteur/récepteur mono-voie, hydrophone de bande passante de 1 à 30 MHz, éléments piezo-électriques etc...).
  • Bi-modalité : Au sein de la plateforme, émergent des possibilités concernant des bi-modalités : ultrasons/optique (Vallet_2017) et ultrasons/IRM

-Les échographes

Les trois échographes de marque Ultrasonix (RP, MDP et Touch ce dernier acquis en 2014), permettent l'enregistrement des ondes ultrasonores et la programmation de la plupart des composants de l'échographe. Cette particularité est essentielle pour la transformation et l'analyse des signaux bruts, permettant l'amélioration et la création de nouvelles méthodes de diagnostic comme l'élastographie (Brusseau_2014) . Il est possible de tester des prototypes de sondes (Brusseau_2017). Des volumes acquis avec une sonde 3D sont utilisés dans l'étude de suivi d'aiguille (Zhao_2016).

Les Ula-Op permettent, en plus de fonctionnalités proches des Ultrasonix, la transmission de signaux de forme arbitraire. Ils peuvent ainsi servir pour le développement de méthodes d'imagerie harmonique (Toulemonde_2015Lin_2013). Des stratégies spécifiques d'émission/réception sont implémentables pour tester par exemple des algorithmes de compressed sensing (Lorintiu_2016).

Les deux Vantages, comme le Ula-Op, sont complètement pilotables et permettent de tester de nouvelles séquences d'imagerie telles que les ondes divergentes (Zhang_2016). L'accès aux données pré-beamforming donne la possibilité de tester des nouvelles méthodes de reconstruction d'images comme les réseaux de neurones (Gasse_2017). Ils offrent l'avantage de bénéficier de 512 voies en parallèle. De plus, un module de puissance permet d'émettre de long pulses pour, notamment, l'élastographie par ondes de cisaillement.

Les sept échographes du laboratoire sont de réelles plateformes technologiques de recherche en imagerie ultrasonore. Leur fonctionalité en mode recherche, installée par le constructeur,  permet d'accéder aux signaux à toutes les étapes du traitement. Les signaux RF, Post scan, Pre-scan, peuvent être enregistrés. Les bibliothèques proposées par le constructeur permettent :

  • l'intégration de méthodes de traitement de l'image en temps réel.
  • la connection et le pilotage de prototype de sonde.
  • l'accés aux signaux bruts pour tester de nouvelles méthodes de formation de voies.
  • la synchronisation avec des manipulations extérieures depuis un poste distant. Contrôle de l'acquisition de l'imagerie.
  • le choix du signal émis advec un générateur programmable
Echographe ultrasonix touch

Echographes Ultrasonix : Touch (sur la photo), MDP et RP

Caractéristiques Techniques

études réalisées :

Elastographie (Elavisu)

Propello RANSAC

sondes disponibles : linéaire, 3D, cardiaque, CMUT, multi-plans


Ula-Op (Ultrasound Advanced Open PLatform)

sont des systèmes développés par le MSD-Lab de l'Université de le plus récent comporte 256 canaux programmables en émission/réception. Ce système permet de transmettre des signaux de forme arbitraire grâce à son générateur programmable.

sondes disponibles : linéaire, cardiaque, matricielle, CMUT

docUS_2016_photoVantage

2 systèmes Vantage

commercialisés par la société américaine Verasonics. Chacun possède 256 canaux programmables en émission/réception. Etant synchronisable, il est possible d'avoir 512 voies en parallèle. Un module de puissance permet notamment de réaliser de l'élastographie par ondes de cisaillement. 

"Ce Générateur Ultrasonore de Recherche Haute Puissance est cofinancé par l'Union Européenne. L'Europe s'engage en Rhône-Alpes avec le Fonds européen de développement régional (FEDER)."

Sondes disponibles : linéaires, cardiaque, convexe. La sonde matricielle 32x32, soit 1024 voies, visible sur la photo a été co-financée avec le labtau, unité INSERM U1032.

Des exemples concrets de réalisation :

  • Etudes élastographiques

L’élastographie ultrasonore est une technique d’imagerie qui, à partir du traitement numérique des données ultrasonores radiofréquences, fournit des informations sur les propriétés mécaniques locales d’un milieu.

Illustration avec un objet test (fantôme de sein présenté ci-après)

Acquisition échographique du fantôme de seinRésultat élastographique issue de l'acquisition échographique

 

  • Imagerie non-linéaire

Amélioration du Contrast Tissue ratio (image du centre) en utilisant une technique de pulse inversion (sur fantôme de flux, présenté ci-après)

-Les fantômes

-"Faits maison"

Parallèlement aux outils d'acquisition, d'analyse des ondes ultrasonores et de traitement de signal, l'équipe a développé un savoir faire dans la réalisation de fantômes (objets tests simulants les tissus biologiques en ce qui concerne leurs caractéristiques ultrasonores). 

Ces fantômes peuvent être caractérisés par leurs propriétés mécaniques et ultrasonores grâce aux outils existants au laboratoire (cuve, hydrophone, éléments piézo-électriques...).

Réalisation de fantômes en Agar-Agar, Gélatine et Polyvinyl Alcool en fonction de la nécessité de l'étude.

Exemples de fantômes en Polyvinyl-Alcool de géométrie différentes. A droite est présentée l'image échographique du fantôme en demi-cercle.

- les fantômes commerciaux

Le plateau dispose également de plusieurs fantômes achetés à des sociétés spécialisées :

De gauche à droite :

- fantôme de calibration générale de marque CIRS modèle 054GS

- fantôme de calibration générale de marque Gammex modèle 410 SCG0.5

Fantômes pour l'élastographie de marque CIRS (de gauche à droite) :

- modèle 049

- modèle 059

Fantôme doppler de marque Dansk Fantom modèle 453

 Le banc de déplacement

Il permet le déplacement automatisé axial, latéral et transversal des sondes échographiques utilisées au moment des acquisitions. Les algorithmes, conçus et adaptés pour et par les chercheurs de l'équipe, permettent une souplesse d'utilisation. Des séquences d'acquisition en quasi-statique, sous déplacement controlé et connu, permettent de valider des méthodes d'estimation de mouvement. Une application Labview permet de caractériser des sondes ultrasonores. Ce banc a récemment été complété par deux axes en rotation qui peuvent se fixer avec les autres axes linéaires.

banc de mesure

Caractéristiques techniques du banc de mesure ultrasonore :

  • Dim L:74, l:40, h:48 cm
  • Achitecture : base du banc : breadboard Opta, montant : profilé OWIS
  • Controleur de déplacement : 3 axes (modèle PS 35) et 1 axe (modèle PS 10) de marque OWIS
  • Déplacement automatique sur les trois axes linéaire par des moteurs à courant continue (modèle LTM 80) et 1 axe en rotation de 360 ° (modèle DMT 65) marque OWIS pour des déplacements précis et un axe en rotation de 360° (modèle DRTM40) marque OWIS pour la génération de vitesse élevée (3600°/s)

Un exemple de résultat :

Valeur du fondamental et du second harmonique du champ de pression d'une sonde linéaire en focalisation et en onde plane

champ pression sonde

-Les nombreux instruments électroniques

Synthèse  et  lecture de signaux électroniques sont nécessaires aux études réalisées. Ceci est permis notamment par un oscilloscope LECROY (Oscilloscope WaveRunner Xi-A/MXi-A), des générateurs de fonction, des amplificateurs de gain. Un émetteur / récepteur monovoie US wave (de la société Lecoeur électronique) est pilotable sous Matlab, ainsi qu'un choix important d'éléments mono-transducteur (dernière acquisition en date : 2 mono-transducteurs de 5 MHz de marque Sofranel).

US wave

BI-MODALITE

Ultrasons / Optique

Salle photoacoustique

Au sein de la plateforme nous possédons une salle permettant de réaliser de la photo-acoustique (le laser et l'OPO sont la propriété du CEA-LETI de Grenoble) :

Caractéristiques du laser de pompe Nd:YAGCaractéristiques de l'OPO (Oscillateur Paramétrique Optique)Echographes:

- λ = 355 nm

- Fréquence de répétition = 10 Hz
- tp = 5 – 8 ns
- d ~ 8 mm
- E < 200 mJ / impulsion

- 410 nm < λ < 2550 nm

- Fréquence de répétition = 10 Hz
- tp = 3 – 7 ns
- d < 5,5 mm
- E < 8 mJ / impulsion
Les acquisitions photoacoustiques peuvent être réalisées avec nos échographes Ula-Op

Pour en savoir plus sur cette modalité et les résultats obtenus : cliquer ici

Fantôme bi-modaux

Exemple de fantôme en Polyvinyl-Alcool modélisant les trois couches d'un tissu prostatique (collaboration avec le CEA-Leti.)

Exemple de fnatôme réalisés pour la photoacoustique : une inclusion sphérique teintée de noir dans un milieu environnant en PVA et sa visualisation en photoacoustique

 

Ultrasons / IRM

Cette bi-modalité est exploitée par le biais de l'élastographie. Nous fabriquons sur le plateau des fantômes en plastisol. Ils sont ensuite passé dans l'IRM de la plateforme pour acquérir des données ERM :

Fantôme bi-modaux

Réalisation de fantômes en plastisol et visualisation ERM de la propogation d'onde de cisaillement

Pour en savoir plus sur cette modalité et les résultats obtenus : cliquer ici

QUI CONTACTER

Tél : +33472431887, mail : Adeline.Bernard@creatis.insa-lyon.fr

Tél : +33472431887, mail : Denis.Grenier@creatis.insa-lyon.fr