Générateur piézoélectrique d'ondes de choc à focalisation électronique : Etude expérimentale et théorique de la propagation des ondes ultrasonores de forte puissance en milieu non linéaire

= Electronically focusing piezoelectric shock wave generator : Experimental and theoretical study of highly intense sound beams in a non linear medium

• Auteur / Autrice : Sylvain Nachef
• Direction : Dominique Cathignol
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Images et Systèmes
• Date : Soutenance en 1992
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des applications Thérapeutiques des Ultrasons

Mots clés

Mots clés contrôlés

Piézoélectricité

Lithotritie

Acoustique non linéaire

Ondes -- Propagation

Résumé

Le présent travail a deux points d'intérêt. Le premier concerne l'étude de la propagation des ondes ultrasonores de forte puissance en milieu non linéaire. Le second a pour objectif la conception d'un générateur piézoélectrique d'ondes de choc à focalisation électronique, premier prototype d1 une nouvelle génération de lithotriteurs extracorporels. Il décrit le dispositif expérimental mis en œuvre pour mesurer les champs de pressions de trois types de sources ultrasonores : (1) plane, (2) à faible gain et petit angle d'ouverture, et (3) à fort gain et grand angle d'ouverture. D'excellents résultats permettant de tirer des conclusions définitives sur la validité de 1'approximation parabolique (équation KZK) dans le cas des champs de pression de forte puissance sont discutés. Un certain nombre de phénomènes nouveaux ont été observés : l'auto-défocalisation du faisceau ultrasonore et le changement de structure du champ proche des harmoniques. Des améliorations de la théorie et de la résolution numérique sont également proposées. Ce travail traite également du générateur piézoélectrique d'ondes de choc, de ses aspects acoustique, électrique et informatique. Nous y présenterons 1'étude et la réalisation du premier prototype de lithotriteur extracorporel à focalisation électronique et nous mettons en évidence l'intérêt de ce type de focalisation. Nous proposons de nouvelles expérimentations permettant de mieux comprendre les mécanismes du phénomène non linéaire ouvrant ainsi la voie à la réalisation de nouveaux systèmes qui seront efficacement conçus.

The purpose of this thesis is two-fold : to contribute to the fundamental theory of high intensity sound waves in a non linear medium, and to design a piezoelectric electronically focused shock wave generator, as the first prototype of a novel generation of extra-corporal lithotripters. A detailed description of the experimental setup used for the measurement of the sound beam of three types of ultrasonic sources is presented : (1) a plane source, (2) a low gain and small aperture source, and (3) a high gain and large aperture source. Very good results are resented and discussed, which allow for definitive conclusion about the validity of the parabolic approximation (KZK equation) in the case of high intensity sound beams. New non linear effects are uncovered : a non linear self-defocusing of the beam, and an alteration of the near field structure of the harmonic components. Some improvements of the theory and numerical solution are also suggested. This work also provides a description of the acoustic, electric and computer aspects of the piezoelectric shock wave generator. The study of the first extra-corporal electronically focusing lithotripter is carried out and the advantages of this type of focusing are outlined. New experiments are suggested, which should allow a better understanding of the non linear phenomenon and lead to the achievement of novel optimized acoustic systems.