Signal pre and post-processing for ultrasound systems

Pré et post-traitements du signal pour les systèmes ultrasonores

Sébastien Ménigot (1, 2)

1 GSII - ESEO-GSII
2 LAUM - Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans

Nowadays, ultrasound systems are found in many areas, from biomedical to industrial applications. They enable early detection of diseases and defects in materials. To improve the quality of these systems (e.g. through spatial resolution, contrast, signal-to-noise ratio, event detection), it is possible to act on one or more functions of the chain. This manuscript offers several approaches going up the system chain: from post-processing to pre-processing. First of all, post-processing can naturally act on the signal output of the system. On the one hand, my contributions focused on the identification and modeling when the ultrasound system presents nonlinear features. These developments have made it possible to optimally extract harmonic components. On the other hand, after this post-processing, it is possible to analyze the signal to make a pre-diagnosis. An example of such an analysis is here applied to the detection of cerebral micro-emboli. Adaptive algorithms helped detect the smallest of them. Finally, it is also possible to add pre-processing. On the one hand, my contributions enabled the development of parametric and stochastic optimal command, through iterative optimization processes. They have been applied both in medical imaging and in non-destructive testing of solids. On the other hand, time reversal has been extended for harmonic components.

De nos jours, les systèmes ultrasonores se retrouvent dans de nombreux domaines, des applications biomédicales aux applications industrielles. Ils permettent des détections précoces de maladies et de défauts dans les matériaux. Pour améliorer la qualité de ces systèmes (par exemple, au travers de la résolution spatiale, du contraste, du rapport signal-sur-bruit, de la détection d'évènements), il est possible d'agir sur une ou plusieurs fonctions de la chaîne. Cette HDR propose plusieurs approches en remontant la chaîne du système : des post-traitements aux pré-traitements. Tout d'abord, les post-traitements peuvent naturellement agir sur les signaux en sortie du système. D'une part, mes contributions se sont focalisées sur l'identification et la modélisation lorsque le système ultrasonore présente des caractéristiques nonlinéaires. Ces développements ont permis d'extraire des composantes harmoniques de manière optimale. D'autre part, après ces post-traitements, il est possible d'analyser le signal pour faire un pré-diagnostic. Un exemple d'une telle analyse est ici appliqué à la détection des micro-emboles cérébraux. Les algorithmes adaptatifs ont contribué à détecter les plus petits d'entre eux. Enfin, il est aussi possible d'ajouter des pré-traitements. D'une part, mes contributions ont permis le développement de la commande optimale paramétrique et stochastique, à travers des processus d'optimisation itératifs. Elles ont été appliquées tant en imagerie médicale qu'en contrôle non-destructif pour les solides. D'autre part, le retournement temporel a été étendu pour les composantes harmoniques.

Mots clés: signal processing; ultrasound; nonlinearity; optimal command; biomedical engineering

Mots clés: traitement du signal; ultrason; nonlinéaire; commande optimale; ingénierie biomédicale

Domaines: Traitement du signal et de l'image [eess.SP]; Ingénierie biomédicale; Acoustique [physics.class-ph]

Sébastien Ménigot. Pré et post-traitements du signal pour les systèmes ultrasonores : de l'identification nonlinéaire à la commande optimale pour des applications médicales et de contrôles non-destructifs. Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. Le Mans Université, 2024. ⟨tel-04561315⟩