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Estimation de la trajectoire d'une sonde ultrasonore pour l'échographie 3D main-libre sans capteur de position

Tetrel, Loïc (2016). Estimation de la trajectoire d'une sonde ultrasonore pour l'échographie 3D main-libre sans capteur de position. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’échographie 3D main-libre consiste à acquérir une séquence d’images ultrasonores avec une sonde ultrasonore usuelle 2D, et combiner ces images pour reconstruire un volume 3D. Cette étape de reconstruction volumique nécessite de recaler ou d’obtenir les positions et orientations de toutes les images par rapport à la première image de la séquence. Le recalage en échographie 3D main-libre sans capteur de position utilise la décorrélation du speckle pour estimer de petits mouvements rigides entre des paires d’images 2D. L’estimation de la trajectoire de la sonde combine ces mesures de mouvements pour obtenir la position de chaque image relativement à la première. Ceci implique une accumulation des biais de mesures. Tandis que les travaux précédents se sont concentrés sur la correction des biais à la source des mesures de recalage, ce mémoire propose de réduire l’accumulation des erreurs en choisissant précautionneusement l’ensemble de mesures utilisées pour l’estimation de la trajectoire. Pour ce faire, un graphe est créé avec des noeuds définissant les images et les arcs définissant les mesures de mouvements. Les poids des arcs représentent les erreurs de ces mesures, qui sont estimées avec une régression par processus gaussien. En recherchant des plus courts chemins contraints dans le graphe, des trajectoires aléatoires sont générées et moyennées pour obtenir une estimation finale de la trajectoire de la sonde plus précise. Les résultats expérimentaux sur fantôme de speckle montrent une amélioration significative de l’estimation de la trajectoire comparée à l’état de l’art, promettant une reconstruction volumique plus précise.

Titre traduit

Graph-based estimation of probe trajectory for sensorless freehand 3D ultrasound

Résumé anglais

Freehand 3D ultrasound consists in acquiring a sequence of ultrasound images using a traditional 2D ultrasound probe, and combining them to reconstruct a 3D volume. This volumetric reconstruction step requires to register or obtain the orientations and positions of all the images relative to the first image in the sequence. Registration in sensorless freehand 3D ultrasound uses speckle decorrelation to estimate small rigid motions between pairs of 2D images. Trajectory estimation combines these motion measurements to obtain the position of each image relative to the first. This is prone to the accumulation of measurement bias. Whereas previous work concentrated on correcting biases at the source, this paper proposes to reduce error accumulation by carefully choosing the set of measurements used to estimate the trajectory. To do so, a graph is created with frames as vertices and motion measurements as edge. Weights represent measurement quality, which are estimated with Gaussian Process regression. By searching for constrained shortest paths in the graph, many trajectories are generated and averaged to obtain a more accurate final trajectory estimate. Results on speckle phantom imagery show significantly improved trajectory estimates in comparison with the state-of-the-art, promising accurate volumetric reconstruction.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie électrique". Bibliographie : pages 95-101.
Mots-clés libres: Sondage par ultrasons. Trajectoires Évaluation. Échographie. Imagerie tridimensionnelle. Interférométrie par granularité. Théorie des graphes. Fonctions gaussiennes. recalage, échographie 3D main-libre, décorrélation du speckle, estimation de trajectoire sans capteur, sélection de mesures, moyennage de mouvements, reconstruction 3D
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Laporte, Catherine
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Lina, Jean-Marc
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 11 nov. 2016 20:03
Dernière modification: 11 nov. 2016 20:03
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1753

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