Contribution à l'étude de la propagation des ondes acoustiques dans les milieux poreux inhomogènes : en vue d'une application à l'os trabéculaire

Contribution to the study of acoustic waves propagation in inhomogeneous media : application to trabecular bone

• Auteur / Autrice : Mouna Naas
• Direction : Claude Depollier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Le Mans
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Son -- Propagation

Ostéoporose

Matériaux poreux

Mots clés libres

Modèle de Biot

Os trabéculaire

Résumé

L'ostéoporose est une maladie osseuse causée par un changement biochimique et hormonal qui affecte l'équilibre entre la résorption et la déposition des nouveaux tissus osseux, elle touche les personnes âgées et plus particulièrement les femmes ménopausées. Elle provoque une détérioration micro-architecturale, qui conduit à une fragilisation de l'os augmentant ainsi les risques de fractures. Dans ce travail on s'intéresse à la détection des effets de l'ostéoporose dans l'os trabéculaire à l'aide d'ultrasons. Pour cela, on utilise la théorie de Biot qui est le modèle le plus général pour étudier la propagation linéaire des ultrasons dans un milieu poreux. Quelques auteurs ont proposé cette théorie dans le cadre de la caractérisation de l'os et plus particulièrement de l'os trabéculaire. Malgré cela, on note un certain manque d'intérêt pour ce modèle à cause du nombre important de paramètres qu'il fait intervenir et de la difficulté de la mesure de leurs valeurs. A cela s'ajoute le caractère inhomogène de l'os ostéoporotique qui complique encore la modélisation et les conclusions des expériences sur des échantillons réels. Si on souhaite améliorer la modélisation de la propagation des ondes acoustiques dans de tels milieux, il est nécessaire de modifier la théorie de Biot en prenant en compte l'aspect aléatoire des grandeurs, et de redéfinir les effets visqueux induits par le passage d'une onde dans un milieu poreux inhomogène. Sur la base d'un modèle développé par Muller et Gurevich, nous présentons des simulations numériques qui montrent les effets des inhomogénéités sur l'amplitude, la vitesse et l'atténuation des ondes acoustiques qui se propagent dans ces milieux. Des résultats expérimentaux obtenus montrent que le modèle de Biot offre la possibilité de quantifier les inhomogénéités de l'os trabéculaire ostéoporotique.

The osteoporosis is a bone disease caused by a biochemical and hormonal changes affecting the balance between resorption and deposition of new bone tissue, it affects old people especially menopause women. It causes the deterioration of the micro-architectural, leading to the weakening of the bones which increase the risk of fractures in this work we focus on detecting the effects of osteoporosis in trabecular bone by the help of ultrasound. We use the Biot theory which is the most general model to study the propagation of ultrasound in a porous medium. Several authors have proposed this theory in the context of characterization of the bone, especially trabecular bone. But we noted a certain lack of interest in this model because of important number of involved parameters and the difficulty to measure their values. There is also the inhomogeneous nature of osteoporotic bone, which complicates the modeling and makes the experimental studies on real samples difficult to achieve. If we wish to improve the modeling of acoustic wave propagation in such environments, it is then necessary to modify the Biot theory taking into account the randomes of grandeur, and we must redefine the viscous effects induced by the passage of a wave in an inhomogeneous porous medium. Based on a model developed by Muller and Gurevich, we present numerical simulations show the effects of inhomogeneities on the amplitude, speed and attenuation of acoustic waves that propagate in these media. The experimental results show that the model of Biot offers opportunity to quantify the inhomogeneities of osteoporotic trabecular bone.