Élastographie par retournement temporel : mesure des propriétés mécaniques des tissus biologiques par réseau de sources d’onde de cisaillement

Time reversal elastography : mechanical characterization of biological tissues by shear-wave phased array

• Auteur / Autrice : Chadi Zemzemi
• Direction : Stefan Catheline
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie biologique et médicale
• Date : Soutenance le 30/10/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des applications Thérapeutiques des Ultrasons
• Jury : Président / Présidente : Sharon Lori Bridal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stefan Catheline, Aline Brunon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Gallot, Jean-Luc Gennisson, Jean-Pierre Remenieras

Mots clés

Mots clés contrôlés

Retournement temporel (acoustique)

Ondes de cisaillement

Imagerie médicale

Élastographie ultrasonore

Mots clés libres

Elastographie

Imagerie médicale

Onde de cisaillement

Retournement temporel

Ultrasons

Elastography

Medical imaging

Shear-wave

Time reversal

Ultrasound

Résumé

Le travail mené dans cette thèse s’inscrit dans la continuité des recherches sur l’élastographie par onde de cisaillement. Après un rappel bibliographique, la présentation d’une étude expérimentale montre que la résolution en élastographie par ultrasons est du même ordre de grandeur que la résolution en échographie et que sa limite dépasse la longueur d’onde de cisaillement. L’originalité de ce travail repose sur l’utilisation d’un réseau de sources mécaniques pour la génération et le contrôle des ondes de cisaillement. Un miroir à retournement temporel de six vibreurs est d’abord mis en place. Ce dispositif montre un contrôle spatio-temporel du champ élastique dans un gel gélatine-graphite. Comparé à l’utilisation d’un seul vibreur, le réseau de sources, proposé dans ce travail, améliore de 10dB le rapport signal sur bruit. L’application de cette méthode sur un modèle du crâne humain montre la possibilité de délivrer et contrôler les ondes de cisaillement dans le cerveau par conduction osseuse. Enfin, l’application de cette méthode à l’élastographie des couches abdominales est présentée par une étude sur un modèle synthétique et in vivo sur un volontaire sain

This thesis is in line with shear-wave elastography research. After, a bibliographic review, an experimental study shows that the resolution on ultrasound elastography is of the same order of magnitude of the echography resolution and its limit exceeds the shear-wavelength. The original aspect of this work is the use of a phased array of mechanical sources to generate and control shear waves. A time reversal mirror of six shakers is set up. This device shows a space-time control of shear-wave field in gelatin-graphite phantom. Compared to the use of a single source, this phased array of shear-wave improves by 10dB the signal to noise ratio. Using this method on human skull model shows the possibility to deliver and control shear waves in brain using bone conduction. Finally, the application of this method on shear-wave elastography of abdominal layers is shown by a study on synthetic model and in vivo on a healthy volunteer