Modélisation de l’acquisition

Notre système d’acquisition

Notre premier objectif était de mettre en place un système d’échographie 3D basé sur l’échographe développé au laboratoire. Le système devait également être exploitable en routine clinique pour un coût de revient minimal. Seule l’acquisition avec un balayage manuel permet d’atteindre cet objectif. Le système d’acquisition est composé d’un ordinateur de type PC, d’un système de repérage et d’un échographe. Le système de repérage fournit la position et l’orientation de la sonde à chaque instant. Nous pouvons utiliser deux systèmes de suivi de la position : un capteur électromagnétique ou un bras mécanique. Pour recueillir les données tridimensionnelles, l’utilisateur balaie la région étudiée avec la sonde. Pendant le mouvement, le système enregistre les images échographiques et les positions de la sonde. L’ensemble des données recueillies est ensuite envoyé vers l’ordinateur, ce qui permet de reconstruire les informations tridimensionnelles. L’utilisateur peut alors explorer les données à l’aide de plans de coupe ou de rendus 3D. Modélisation de l’acquisition 42 Modélisation de l’acquisition FIG. 2.1 – Exemple d’acquisition de données échographiques tridimensionnelles sur des ballons en latex. Le système de repérage utilisé est ici le capteur électromagnétique. Avec la sonde échographique, l’utilisateur balaie le volume à reconstruire. A l’aide des images et des positions, l’ordinateur peut alors reconstruire le volume de données et l’afficher.

Notre système d’acquisition 

Echographe L’appareil utilisé est un échographe numérique entièrement développé au laboratoire de biophysique [117]. Il permet de visualiser les informations ultrasonores par des images mode B et des images de flux. Deux types de sondes sont disponibles pour l’acquisition des données : des sondes courbes dont la fréquence d’émission est de 3,5 MHz et des sondes linéaires à 7 MHz. Cet échographe présente l’important avantage de numériser les données très tôt dans la chaîne de traitement. L’utilisateur peut ainsi accéder aux données ultrasonores brutes. Beaucoup d’échographes ne fournissent pas les données numériques. Pour récupérer les informations ultrasonores, il faut alors utiliser une carte qui numérise l’image vidéo présentée à l’opérateur. Le processus de numérisation introduit cependant une source de bruit supplémentaire. Dans ce cas l’image récupérée a en outre subi un certain nombre de traitements : reconstruction des données, correction de gain, filtres pour lisser l’image, etc. Les différents paramètres sont difficiles à maîtriser. Le lien entre les données recueillies et les phénomènes physiques dont elles résultent est alors plus difficile à établir. En fournissant les données échographiques brutes ainsi que tous les réglages de l’échographe lors de l’acquisition de l’image, notre système permet de conserver la « signification » physique des informations afin de mieux maîtriser par la suite les traitements appliqués aux données. FIG. 2.2 – Echographe utilisé Carte de transfert rapide Durant la phase d’acquisition des données, les images sont enregistrées au fur et à mesure dans la mémoire de l’échographe. Elles sont ensuite transférées de l’échographe vers l’ordinateur. La mémoire de l’échographe est de 16 Mo. Il est ainsi possible d’enregistrer 64 ou 128 images suivant le format. Deux formats d’images sont en effet disponibles : 128 lignes de 1024 points ou 256 lignes de 1024 points. Pour pouvoir utiliser notre système en routine clinique, il est important que le temps entre l’acquisition et l’examen des données tridimensionnelles soit faible. Sur les toutes premières versions du système, le transfert vers un PC 486 était réalisé par une liaison série à 115200 bauds. Avec ce débit, le transfert de 3 Mo de données demandait plusieurs minutes et il aurait fallu environ 20 minutes pour transférer les 16 Mo. Nous avons donc développé une carte dédiée au transfert des données. Elle utilise le bus ISA d’un ordinateur PC pour accéder directement à la mémoire de l’ordinateur. Elle comporte deux mémoires de 256 Ko qui sont utilisées en parallèle lors du transfert : pendant que l’échographe transfère une image sur l’une des mémoires, l’ordinateur récupère les données précédemment écrites sur l’autre. Les taux de transferts peuvent atteindre 1,8 Mo/s sur un Pentium 450 MHz. Mais en général, la durée du transfert tourne autour de 18 s soit un taux d’environ 900 Ko/s. Ce délai est acceptable pour une utilisation courante. La carte est utilisable sous environnement Dos ou Windows et un pilote spécifique a été développé pour qu’elle fonctionne sous Windows NT [5]. La carte n’est cependant pas optimisée pour les débits importants. Le bus ISA ne permet pas en effet d’atteindre des taux très élevés et est plus ou moins appelé à disparaître. Dans l’avenir, l’utilisation d’autres bus (PCI, SCSI) semble plus indiquée pour atteindre des performances compatibles avec les volumes de données à gérer.  La synchronisation Le système comporte différents éléments qui doivent être synchronisés durant l’acquisition des données. Il faut en effet repérer la position de la sonde à l’instant précis où une image est acquise par l’échographe. La méthode de synchronisation est différente suivant le système de repérage utilisé : bras mécanique ou capteur électromagnétique. FIG. 2.3 – Schema d’une séquence d’acquisition avec le bras mécanique. Pendant le balayage, les images et les positions sont enregistrées par l’échographe. Elles sont transférées au PC à la fin de la séquence. Le bras mécanique a été entièrement conçu au laboratoire. Nous en maîtrisons donc complètement le fonctionnement et une carte de gestion du bras a été ajoutée à un échographe prototype. Dans cette configuration, la synchronisation est entièrement à la charge de l’échographe qui gère lui-même le bras (fig. 2.3). Durant l’acquisition des données, l’échographe sauvegarde les images et les positions. Le temps de latence du bras mécanique étant très faible, la synchronisation est très précise. L’ensemble des informations (images et positions) est transféré vers l’ordinateur seulement à la fin de la séquence.