Biological Growth Medium Integrity Diagnoses using bi -modality tomographies – BioGMID

Cinq tâches sont prévues: - La première tâche s'intéresse à la modélisation de l'interaction entre les ondes et le milieu. L'objectif est d'exposer le problème direct utilisé en tomographie et de comprendre les phénomènes complexes d'interaction entre les ondes et ces milieux. L'idée est de produire également des signaux synthétiques pour simuler des expériences numériques. - La deuxième tâche vise à définir des stratégies pertinentes pour le problème inverse en tomographie et à identifier les limites théoriques et technologiques pour l'imagerie quantitative des milieux anisotropes en croissance. - La troisième tâche consiste à développer un protocole de caractérisation expérimentale des propriétés élastiques. Évidemment cette tâche est liée avec la seconde en ce sens que les paramètres mis en évidence seront à la base de la quantification des images, mais également à la quatrième puisque le dispositif expérimental développé servira tant à la caractérisation qu'à l'imagerie. - La quatrième tâche correspond à la réalisation d'un dispositif de laboratoire pour la caractérisation des propriétés matérielles et pour l'imagerie tomographique ultrasonore. Le résultat acoustique sera comparé à une tomographie par rayons ionisants, elle-même adaptée à ces milieux particuliers. - La cinquième tâche concerne le traitement de l'image et du signal. C'est une étape primordiale dans l'objectif d'une association voire d'une combinaison de deux tomographies.

Résultats attendus

Le principal objectif est de définir le plus précisément possible des protocoles de diagnostiques des milieux anisotropes en croissance, et de définir le cahier des charges techniques de dispositifs appropriés, pour l'examen des os d'enfant ou en régénérescence, et pour les arbres sur pied. La modélisation des problèmes direct et inverse permettra de mieux comprendre les phénomènes complexes d'interaction ondes/milieux, et permettra de proposer des stratégies adaptées à l'évaluation des contraintes élastiques et aux tomographies bi-modalités. L'application de ces résultats aboutira à la construction d'un dispositif expérimental de contrôle non destructif. La définition de ce prototype apportera des éléments utiles pour commencer un développement technologique in situ, probablement après le projet. La plus significative production du projet est l'étude de l'intégrité des milieux en croissance, ce qui constitue un défi international scientifique de grande ampleur. Les résultats du projet seront présentés pendant des séminaires organisés par les partenaires du projet et feront l'objet de publications diffusées largement auprès de la communauté scientifique et industrielle. Références P. Grangeat (2002) « La tomographie : fondements mathématiques, imagerie microscopique et imagerie industrielle «, Lavoisier. E. Seeman, P.D. Delmas (2006) Bone Quality – The Material and Structural Basis of Bone Strength and Fragility – The New England Journal of Medicine, 354 21, 2250-2261. V. Bucur (2003) « Nondestructive characterization and imaging of wood «, Springer-Verlag.

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Les os longs et le bois sont deux milieux biologiques en croissance, et aux caractéristiques structurales proches. Ce sont des milieux anisotropes, soit isotropes transverses pour les premiers soit orthotropes pour les seconds. Ils se modifient suivant les contraintes environnementales ou suivant leur age. Ces changements aboutissent à des variations plus complexes que la seule anisotropie. Leurs propriétés varient par étapes successives de l’état juvénile à l’état mature. L'étude de la qualité de ces milieux et de l'origine des dysfonctionnements fait l'objet de recherches avancées. Parmi les modalités de contrôle, la tomographie par rayons X ou l'échographie occupent des places privilégiées. Par exemple, l'ultrasonographie est reconnue pour être appropriée dans l'évaluation du risque de fractures du col du fémur chez la femme. Mais cette modalité reste controversée pour les diagnostiques en pédiatrie et pour les tissus osseux en croissance. Pour les arbres, il existe plusieurs outils d'auscultation, basés essentiellement sur la propagation de rayons X ou d'ondes acoustiques. Toutefois, ces outils apparaissent souvent insuffisamment précis et limités à l'exploitation d'un seul paramètre (densité ou vitesse du son) pour suivre l'état d'un arbre au cours de sa croissance. Comparer une mesure par rayons X à une mesure ultrasonore, elle-même résultat d'une combinaison de la diffraction et de la transmission des ondes, doit permettre un diagnostique qualitatif (en terme de résolution) et quantitatif (en terme de paramètres) de ces matériaux en croissance. L'objectif du projet est de proposer une procédure efficace et optimisée de caractérisation et d'imagerie de ces milieux, et d'exposer les bases technologiques pour la réalisation de dispositifs de contrôle in situ ou in vivo.

Cinq tâches sont prévues: - La première tâche s'intéresse à la modélisation de l'interaction entre les ondes et le milieu. L'objectif est d'exposer le problème direct utilisé en tomographie et de comprendre les phénomènes complexes d'interaction entre les ondes et ces milieux. L'idée est de produire également des signaux synthétiques pour simuler des expériences numériques. - La deuxième tâche vise à définir des stratégies pertinentes pour le problème inverse en tomographie et à identifier les limites théoriques et technologiques pour l'imagerie quantitative des milieux anisotropes en croissance. - La troisième tâche consiste à développer un protocole de caractérisation expérimentale des propriétés élastiques. Évidemment cette tâche est liée avec la seconde en ce sens que les paramètres mis en évidence seront à la base de la quantification des images, mais également à la quatrième puisque le dispositif expérimental développé servira tant à la caractérisation qu'à l'imagerie. - La quatrième tâche correspond à la réalisation d'un dispositif de laboratoire pour la caractérisation des propriétés matérielles et pour l'imagerie tomographique ultrasonore. Le résultat acoustique sera comparé à une tomographie par rayons ionisants, elle-même adaptée à ces milieux particuliers. - La cinquième tâche concerne le traitement de l'image et du signal. C'est une étape primordiale dans l'objectif d'une association voire d'une combinaison de deux tomographies.