Focalisation d'ultrasons par retournement temporel et filtre inverse, application à l'échographie transcrânienne

Mathias Fink Jean-François Aubry Claude Boccara Pascal Laugier Frédéric PatatTranscranial ultrasound images exhibit a low quality, because of the aberrating effects of the skull bone. It has been shown that using time reversal or inverse filtering it is possible to obtain a good focusing through the skull. The strategy is to emit a distorted wave front that, after further distortion by the skull, restores a good focusing. The calculation of the corrections to apply to the emitted wavefront is based on the measurement of the Green's functions between the transducers of the echographic array and the desired focal points. It is thus necessary to embed a set of transducers in the medium under investigation in order to measure the Green's functions. This is prohibitive for direct applications of these techniques to medical imaging. We show here how to modify the existing adaptive focusing techniques in a non invasive way: non invasive time reversal and inverse filter allow us to obtain transcranial images of better quality. Moreover, the problem we had to solve here: « how to adaptively focus ultrasounds through an aberrating medium without using transducers embedded in the medium » induced us to wonder « how can we guess the effect of the propagating medium on transmitted waves, from information carried by the reflected waves (that can be measured non invasively) ? » This allowed us to highlight the link that exists between time reversal and inverse filter, via the Stokes equations. We also drew the basis of a new technique to obtain a minimally invasive inverse filter, opening interesting perspectives in telecommunications.Les échographies de cerveau chez l'adulte sont aujourd'hui de pauvre qualité à cause de l'os du crâne qui absorbe et défocalise fortement les ultrasons. Il est possible de focaliser des ultrasons à travers le crâne en émettant un front d'onde déformé qui, après passage de l'os du crâne, reforme un front d'ondes focalisant. Le calcul des déformations à appliquer au front d'ondes émis se fait par retournement temporel ou par filtre inverse, deux techniques basées sur la mesure et le traitement de fonctions de Green entre les transducteurs de la barrette d'imagerie et les points focaux désirés. Il est nécessaire de disposer des transducteurs ultrasonores au cœur du milieu à imager pour mesurer ces fonctions de Green, ce qui interdit l'application directe de ces techniques pour l'imagerie médicale. Nous montrons ici comment modifier ces techniques de focalisation pour les rendre non intrusives : filtre inverse et retournement temporel non intrusifs améliorent la qualité d'échographies transcrâniennes. La problématique de la thèse : « comment focaliser de manière adaptative à travers un milieu aberrateur sans placer de transducteurs ultrasonores dans le milieu à imager ? », nous a conduit à nous demander « comment avoir accès aux déformations de l'onde transmise à partir de l'analyse de signaux réfléchis par l'aberrateur (mesurables de manière non intrusive)? » Nous avons mis en évidence le lien qui existe entre filtre inverse et cavité à retournement temporel, via les équations de Stokes. D'autre part, nous avons posé les bases d'une manière de rendre le filtre inverse minimalement intrusif, ouvrant des perspectives intéressantes dans le domaine des télécommunications