Gennisson, Jean-Luc / JL (2003) Le palpeur acoustique: un nouvel outil d'investigation des tissus biologiques. PhD thesis Acoustique Physique, Paris VI, ESPCI.

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Abstract

L'objectif de ce travail est de développer les applications du palpeur acoustique, dédié à la mesure d'élasticité des tissus biologiques. La validation de cet outil dans des matériaux d'études étant établie, deux applications in vivo de cet outil sont présentées. Tout d'abord sur les muscles, où la relation linéaire entre l'activité électrique du biceps et son module élastique est démontré. Puis sur la peau, où la grande différence d'élasticité entre le derme et l'hypoderme est observé. Ensuite, cette méthode, connue sous le nom "d'élastographie impulsionnelle", est adaptée selon une approche théorique et expérimentale, à l'estimation de nouveaux paramètres tels, l'anisotropie ou la non linéarité. Ainsi nous montrons que le coefficient d'anisotropie peut atteindre un facteur 16 sur les muscles in vivo et que la grande différence d'ordre de grandeur observée entre les coefficients élastiques du second ordre (m<<l) est retrouvée entre les coefficients du troisième ordre (A<<B,C).

Table of content

Introduction - 1
Chapitre I - L'élastographie, un vaste domaine de recherche - 5
I. Elastographie statique - 7
II. Elastographie dynamique - 9
II.A. Sonoélastographie - 10
II.B. Elastographie par résonance magnétique - 13
II.C. Elastographie impulsionnelle - 15
II.C.1. Déplacements induits par une impulsion acoustique - 16
II.C.2. La palpeur acoustique - 18
II.C.3. L'imageur ultrasonore ultrarapide - 21
III. Conclusion - 25
Chapitre II - Anisotropie en élastographie impulsionnelle 1D - 29
I. Théorie des ondes élastiques en milieu transverse isotrope - 29
I.A. Cas général - 29
I.B. La polarisation des ondes de cisaillement - 32
II. Résultats expérimentaux - 36
II.A. Expérience in vitro - 36
II.B. Expérience in vivo - 39
III. Conclusion de ce chapitre - 41
Chapitre III - De l'anisotropie à la non linéarité - 43
I. Théorie de l'acoustoélasticité - 43
I.A. Formulation générale - 43
I.B. Validation de l'utilisation du palpeur acoustique - 48
II. Expérience sur un gel d'Agar-gélatine - 51
II.A. Montage expérimental - 51
II.B. Résultats et discussion - 51
III. Conclusion - 53
Chapitre IV - Onde transverse choquée - 57
I. Propagation non linéaire dans les solides: rappel théorique - 58
I.A. Ondes longitudinales d'amplitude finie - 58
I.B. Ondes transverse d'amplitude finie - 62
II. Observation expérimentale d'ondes transverses choquées - 66
II.A. Montage expérimental - 66
II.B. Résultats et discussion - 68
II.B.1. Evolution des harmoniques - 74
II.B.2. Un paramètre important: la viscosité - 77
III. Cas général: l'onde de cisaillement non plane - 79
IV. Conclusion de ce chapitre - 82
Chapitre V - Applications du palpeur acoustique - 85
I. Etude de l'élasticité du biceps durant la contraction musculaire - 85
I.A. Le protocole expérimental - 87
I.A.1. Sujets et matériels - 87
I.A.2. Protocole - 89
I.A.3. Résultats bruts - 90
I.B. La problème inverse - 92
I.C. Résultats expérimentaux - 96
I.D. Discussion - 99
I.E. Conclusion - 100
II. Application à la mesure d'élasticité de la peau - 101
II.A. Transposition du problème - 103
II.A.1. Une nouvelle source de cisaillement l'anneau - 103
II.A.2. Un nouveau palpeur acoustique pour la peau - 105
II.A.3. Les limites de l'élastographie impulsionnelle - 106
II.A.4. Validation de la sonoélastographie par simulation - 107
II.B. Validation expérimentale du procédé - 111
II.B.1. Expérience sur des fantôme de peau - 111
II.B.2. Comparaison avec l'élastographie impulsionnelle - 113
II.B.3. Répétitivité et calcul d'erreur du paramètre d'élasticité - 113
II.B.4. Comparaison entre différents fantômes - 115
II.B.5. Expériences in vivo - 116
II.C. Etude in vivo en collaboration avec l'Oréal - 117
II.D. Conclusion - 119
III. Conclusion de ce chapitre - 120
Conclusion - 123
Annexes - 125
I. Mesure de déplacements par intercorrélation - 125
II. Expression des fonctions de Green en milieu isotrope pour une source ponctuelle en mode impulsionnelle - 129
III. Expressions des fonctions de Green en milieu hexagonal pour une source ponctuelle en mode impulsionnelle - 132
IV. Estimation de l'erreur sur la vitesse moyenne des ondes de cisaillement en sonoélastographie - 134
V. Inversion des équations de la vitesse et de l'atténuation du modèle de Voigt - 136

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