Commande optimale appliquée aux systèmes d'imagerie ultrasonore
Résumé
Les systèmes d'imagerie médicale ultrasonore ont considérablement amélioré le diagnostic clinique par une meilleure qualité des images grâce à des systèmes plus sensibles et des post-traitements. La communauté scientifique de l'imagerie ultrasonore a consenti à un très grand effort de recherche sur les post-traitements et sur le codage de l'excitation sans s'intéresser, outre mesure, aux méthodes de commande optimale. Ce travail s'est donc légitimement tourné vers les méthodes optimales basées sur l'utilisation d'une rétroaction de la sortie sur l'entrée. Pour rendre applicable ces méthodes, ce problème complexe de commande optimale a été transformé en un problème d'optimisation paramétrique sous-optimal et plus simple. Nous avons appliqué ce principe au domaine de l'imagerie ultrasonore : l'échographie, l'imagerie harmonique native et l'imagerie harmonique de contraste avec ou sans codage de la commande.
La simplicité de l'approche nous a permis, par une modification de la fonction de coût, de l'adapter à l'imagerie harmonique. Cette adaptation montre que la méthode peut être appliquée à l'imagerie ultrasonore en générale.
Aujourd'hui, les enjeux de l'imagerie ultrasonore portent non seulement sur les traitements des excitations ou des images mais aussi sur les capteurs. Ce point nous a conduit naturellement à rechercher la commande optimale des transducteurs capacitifs (cMUT) afin de les adapter à une utilisation plus large en imagerie ultrasonore codée. Nos méthodes de compensation et de codage par commande optimale procurent des résultats très prometteurs qui vont au delà de nos espérances.
Le champ d'applications de nos méthodes de codage optimal est large et nous n'en voyons pas forcément encore toutes les limites. L'atout majeur de nos approches est leur simplicité d'utilisation et d'implémentation. En effet, elles ne nécessitent pas d'informations a priori difficilement accessibles sur les outils utilisés ou milieux explorés. Notre système s'adapte automatiquement aux variations qui peuvent être liées au vieillissement du capteur ou à la modification du milieu exploré.
Mots-clés
Boucle fermée, commande optimale, optimisation, imagerie ultrasonore, système adaptatif.Optimal Command Applied to Ultrasound Imaging System
Abstract
Medical ultrasound imaging systems have greatly improved the clinical diagnosis by improving the image quality thanks to more sensitive systems and post-processings. The scientific community has made a great effort of research on post-processing and on encoding the excitation. The methods of the optimal control have been neglected. Our work has focused on the optimal methods based on the feedback from output to input. We have transformed the complex problem of optimal control into an easier suboptimal parametric problem. We apply the principle of optimal control to the ultrasound imaging, the ultrasound harmonic imaging and to the constrast harmonic imaging with or without encoding.
The simplicity of the method has allowed us to adapt it to harmonic imaging by a change in the cost function. This adaptation shows that our method can usually be applied to the ultrasound imaging.
Nowadays, the stakes of the ultrasound imaging focus not only on the excitation processings or image processings but also on the sensors. This point naturally leads us to seek the optimal control of the capacitive transducers (cMUT) in order to adapt them to the encoded ultrasound imaging. Our compensation and encoding methods by optimal control provide very promising results that go beyond our expectations.
The application scope of our methods of optimal control is large and we do not see all the limits yet. The main advantage of our approaches is the easiness of their use and of their implementation. Indeed, our approaches do not require any a priori knowledge on system and medium explored. Our system automatically adapts itself to the changes which may be related to sensor ageing or to the medium change.
