Estimation et suivi de structures en échocardiographie à partir d’images spécifiques, le Tagging Ultrasonore. – US-Tagging

L’approche proposée consiste à remettre en question la formation même des images échographiques. Alors que la majorité des développements se basent sur des images conventionnelles, ce projet va jusqu’à repenser la manière même dont sont formées les images. Puis à partir d’un contourage et à un suivi automatique du mouvement des structures cardiaque de nouveaux outils de diagnostique sont offerts au médecin.

Les résultats principaux achevés pour le moment sont :
1) L’implantation d’une nouvelle méthode de formation des images d’échocardiographie adaptées à l’estimation de mouvement et au suivi des structures cardiaques. La possibilité d’afficher en temps réel ce type d’images est une première.
2) Le deuxième résultat marquant concerne le développement d’outils de simulation pour la validation des méthodes développées. Toute technique doit être validée grâce à des images pour lesquelles la nature exacte des paramètres à estimer est connue. Obtenir de telles images de manière expérimentale est complexe, et les images simulées sont souvent peu réalistes. Nous avons effectué des simulations extrêmement réalistes de séquences cardiaques pour valider notre approche. Ces images, dont le champ de mouvement réel est connu, sont très difficilement dissociables d’images réelles acquises par un échographe commercial.

Les perspectives concernent naturellement l’extension en 3 dimensions de la méthode. La fabrication de sondes échographiques dites matricielles permettant l’imagerie 3D est possible. Le contrôle de la formation des images pourrait permettre du Tagging Ultrasonore 3D.

De même il est possible d’envisager l’extension de l’approche à d’autres types de tissus ou organes comme par exemple les vaisseaux sanguins. L’étude du mouvement de la paroi des vaisseaux pourrait en effet permettre la caractérisation de la formation de la plaque d’athérome.

Ce projet a donné lieu à 1 article de revue scientifique et 7 communications à des congrès. D’autres articles de revue sont en cours de rédaction ou de soumission.

Contexte
Ce projet se situe dans le contexte de la détection de pathologies cardiovasculaires grâce une nouvelle méthode d’imagerie ultrasonore : le Tagging Ultrasonore. Il est connu des médecins que l’analyse du mouvement et de la déformation du muscle cardiaque peut apporter une information pertinente sur l’état pathologique du cœur et a grande utilité pour le diagnostique.
Même si les techniques d’échocardiographie ont fait d’importants progrès et donnent accès à une imagerie de qualité, il n’existe pas à ce jour de technique complètement automatique permettant l’analyse des images conduisant à une information de mouvement ou de déformation exacte.
On trouve dans la littérature un grand nombre d’études. L’une des plus aboutie menée par Ledesma Carbayo et.al en 2005 et basée sur du flux optique, a même montré qu’elle pouvait donner de bons résultats sur des cas cliniques. Toutefois, d’après les auteurs, une grande limitation se situe au niveau de la qualité des images elles-mêmes.
On propose donc d’étudier l’ensemble de la chaîne de traitement en incluant la formation des images ultrasonores.
Contributions
L’apport principal de notre travail consiste en un travail sur la formation de l’image ultrasonore. On souhaite fournir une image facilitant l’estimation de mouvement et de déformation 2D du muscle cardiaque. Comme en imagerie par RMN où le Tagging permet de superposer des motifs à l’image, facilitant l’estimation de mouvement, nous proposons de développer un formateur de voies spécifique à l’imagerie ultrasonore cardiaque acquise en géométrie sectorielle et un estimateur de mouvement dédié à ce type d’images. Forts de notre expérience dans ce domaine nous nous intéresserons aux images à oscillations latérales utilisées en flux et en élastographie et aux estimateurs de mouvement basés sur la phase des images. Ces méthodes développées pour l’imagerie en géométrie linéaire demandent un travail méthodologique important pour être adaptées à la géométrie sectorielle.
A partir de là on proposera une méthode de segmentation et de suivi des structures cardiaques qui inclut comme a priori l’information de mouvement. Le problème de segmentation est abordé dans le cadre des méthodes des ensembles de niveaux.
Enfin on proposera un ensemble d’outils de visualisation et d’interaction au médecin afin qu’il puisse extraire de ces traitements les informations les plus pertinentes pour son diagnostique.
Organisation
Ce projet s’organise autour de 4 jeunes chercheurs. Ce consortium permet de réunir une expertise à la fois au niveau méthodologique avec une forte expérience sur tous les niveaux de la chaine de traitement : en formation d’images ultrasonores, en estimation de mouvement, en segmentation et suivi de structures, mais également au niveau médical avec un membre de l’équipe praticien hospitalier.
Le projet découpé en deux axes (méthodologique et expérimental) est divisé en 5 tâches. Les tâches 1 et 2 permettent le développement des méthodes de formation d’image, d’estimation de mouvement, de suivi de structure et de visualisation des résultats. La tâche 3 est une validation en simulation. La tâche 4 et une implémentation sur échographe dédié à la recherche. La tâche 5 est la validation expérimentale, dans un premier temps sur fantôme cardiaque puis par une étude de faisabilité in vivo sur l’homme.
Retombées
Ce projet pluridisciplinaire a le potentiel de proposer une réelle alternative aux méthodes conventionnelles en échocardiographie.
Les retombées en termes de santé publique sont évidentes puisque les maladies cardiovasculaires sont l’une des principales causes de mortalité dans les pays industrialisés.
Le potentiel économique est également important. En effet cette méthode représentera un argument de vente pour le constructeur la proposant sur son système. En prolongement à ce projet il y au donc une étape de transfert vers le monde industriel qui permettra des retombées économiques pour le laboratoire.