Design of fast inversion algorithms and propositions related to the configuration of the measurement setup in a context of microwave tomography applied to breast cancer detection - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2008

Design of fast inversion algorithms and propositions related to the configuration of the measurement setup in a context of microwave tomography applied to breast cancer detection

DÉVELOPPEMENT D'ALGORITHMES D'INVERSION RAPIDES ET PROPOSITIONS RELATIVES À LA CONFIGURATION DU MONTAGE DE MESURES DANS UN CONTEXTE DE TOMOGRAPHIE MICRO-ONDES APPLIQUÉE À LA DÉTECTION DU CANCER DU SEIN

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Abstract

This thesis is about microwave tomography applied to breast cancer detection. Both algorithmic aspects and questions related to the configuration of the measurements setup are treated.

The time needed for the reconstruction process is critical if clinical applications of microwave tomography are envisioned. In the first part of the thesis, we suggest new algorithms designed to decrease the calculation time in comparison with the concurrent methods. The “current source inversion” (CSI) method is used as starting point of the reflection. We first identify some of its pitfalls and propose two generalized versions, which are faster and more robust. Then, two new families of methods, which focus on different bottlenecks of the generalized CSIs, are introduced. They are based on two new formulations of the forward problem. The first of these is mathematically equivalent to the one used by CSI while the second one is based on approximations.

Regarding the configuration of the measurements setup, we first show that the resolution of the reconstructed images can be significantly improved by compressing the breast. We also propose a new setup based on the properties of the dielectric waveguides. Measurements can then be performed in the air rather than in a match liquid. This opens the door to the development of more compact setups.
Cette thèse porte sur la tomographie micro-ondes appliquée à la détection du cancer du sein. Les aspects algorithmiques ainsi que ceux reliés à la configuration du montage de mesure y sont traités.

Le temps nécessaire à la reconstruction d'une image étant critique pour d'éventuelles applications cliniques de la tomographie micro-ondes, nous proposons, en première partie, une série d'algorithmes qui offrent un coût de calcul diminué par rapport aux méthodes concurrentes. La méthode « current source inversion » (CSI) est utilisée comme point de départ de la réflexion. On identifie certaines faiblesses de cet algorithme et on en propose deux généralisations, plus rapides et plus robustes. Deux nouvelles familles de méthodes, s'attaquant à différents goulots d'étranglement des méthodes CSI généralisées, sont aussi proposées. Elles sont basées sur deux nouvelles formulations du problème direct. La première est mathématiquement équivalente à celle d'origine alors que la seconde est basée sur des approximations.

En ce qui a trait à la configuration du montage de mesures, on montre que la résolution des images reconstruites peut être significativement améliorée en ayant recours à la compression du sein. On propose aussi un montage qui exploite les propriétés des guides d'ondes diélectriques. Celui-ci permet de mesurer le champ dans l'air plutôt que dans un liquide d'adaptation, ce qui ouvre la porte au développement de montages plus compacts.
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Dates and versions

tel-00390344 , version 1 (01-06-2009)

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  • HAL Id : tel-00390344 , version 1

Cite

Paul-André Barrière. DÉVELOPPEMENT D'ALGORITHMES D'INVERSION RAPIDES ET PROPOSITIONS RELATIVES À LA CONFIGURATION DU MONTAGE DE MESURES DANS UN CONTEXTE DE TOMOGRAPHIE MICRO-ONDES APPLIQUÉE À LA DÉTECTION DU CANCER DU SEIN. Sciences de l'ingénieur [physics]. Ecole Centrale de Nantes (ECN); École Polytechnique de Montréal, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00390344⟩
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