BLANC - Blanc

– BONUS

Résumé de soumission

1-Etat de l'art et objectifs : Le Laboratoire d'Imagerie Paramétrique (LIP), le Laboratoire UltraSons Signaux et Instrumentation (LUSSI) et le Laboratoire de BioMécanique (LBM) proposent de s'associer pour caractériser le tissu osseux à l'aide de techniques ultrasonores (US) non-linéaires (NL) couplées à des expérimentations biomécaniques. Depuis quinze ans, ces laboratoires ont apporté des résultats majeurs dans le domaine de la caractérisation des os trabéculaires et corticaux. Ils ont notamment développé de nombreuses techniques US linéaires qui ont été validées in vivo pour le diagnostic de l'ostéoporose et le suivi des modifications osseuses en situation simulant une microgravité. Ces dispositifs réalisent des images paramétriques de l'atténuation (BUA) et de la vitesse (UBV) ultrasonore. Ces paramètres sont partiellement corrélés à la Densité Minérale Osseuse (DMO), sans pouvoir toutefois fournir une information liée à la rigidité mécanique du milieu. Il est maintenant bien établi que le risque fracturaire n'est pas uniquement lié à une masse osseuse faible, mais aussi très probablement à des caractéristiques relatives aux micro et macro-endommagements de l'os. L'acoustique NL, largement développée en caractérisation non destructive de matériaux, a mis en évidence de forts niveaux de nonlinéarité et plus particulièrement des comportements NL non classiques ou hystérétiques dans les matériaux endommagés. Peu de travaux font état d'une caractérisation du tissu osseux par une approche NL. Cependant , des résultats préliminaires nous ont permis de démontrer la faisabilité de cette technique dans des milieux viscoélastiques et atténuants tels que les tissus osseux. Les paramètres NL alpha (paramètre NL non classique lié au comportement non linéaire hystérétique) et beta (paramètre NL classique lié au terme du deuxième ordre de la relation contrainte/déformation) ont été mesurés de façon particulièrement sensible dans l'os. Une comparaison directe entre des mesures ultrasonores non linéaires et biomécaniques durant des tests de fatigue nous permettra d'établir une corrélation entre les paramètres NL et un endommagement progressif. Un premier objectif consiste à développer la technique la mieux adaptée à l'estimation des paramètres US NL. Puis, grâce à un ensemble bien défini d'expérimentations biomécaniques, nous souhaitons corréler les coefficients non linéaires avec les caractéristiques biomécaniques du tissu osseux. 2-Description du projet et méthodologie : Des résultats préliminaires dans le tissu osseux ont été obtenus en utilisant différentes techniques d'acoutique NL (génération d'harmoniques, décalage de fréquence de résonance, interactions d'ondes). A partir de ces premiers résultats, nous proposons de développer des techniques d'interaction d'ondes HF/BF (haute fréquence/basse fréquence) pour l'estimation des paramètres NL dans l'os. Une excitation BF transmise dans le milieu crée des variations de pression et interagit avec l'onde HF. La modulation de phase de l'onde HF résultant de cette interaction est mesurée soit par des techniques de modulation de phase, soit par des mesures d'amplitude des lobes latéraux autour de la HF (Nonlinear Wave Modulation Spectroscopy NWMS). Les méthodes NWMS et la modulation de phase conduisent toutes deux à l'estimation des paramètres NL alpha et beta. Par ailleurs, le LBM propose la mise en œuvre de 3 types de tests biomécaniques pour évaluer : 1/ en quasi-statique (module d'Young, hystérésis, endommagement plastique), 2/ endommagement progressif (cycles de fatigue) et 3/ résilience (résistance à la propagation d'une fissure). Ces expériences permettront de mettre en relation les paramètres US NL et biomécaniques. Une documentation complète des échantillons (histomorphométrie, imagerie rayons X haute résolution) sera réalisée pour quantifier la densité de microfissures. Afin de compléter cette approche expérimentale couplée biomécanique/acoustique, nous proposons de développer des codes numériques de propagation d'ondes en milieux complexes (biphasiques hétérogènes comme l'os) incluant des nonlinéarités classiques et hystérétiques, ce qui permettra d'étudier l'influence des caractéristiques du micro-endommagement. 3-Résultats attendus : Nous souhaitons démontrer que les techniques US NL sont des outils appropriés et sensibles pour l'estimation du niveau d'endommagement de l'os. Des mesures complémentaires des paramètres ultrasonores linéaires, de microscopie et d'imagerie rayonsX nous permettront de montrer que les mesures de non-linéarité apportent une nouvelle information indispensable à la caractérisation osseuse in vivo. En perspective, nous souhaitons montrer qu'une évaluation multiparamétrique ultrasonore (densité, élasticité et densité de micro-fissures) est nécessaire pour évaluer correctement la fragilité osseuse.

Coordination du projet

Pascal LAUGIER (Organisme de recherche)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 390 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

Liens utiles

Explorez notre base de projets financés

 

 

L’ANR met à disposition ses jeux de données sur les projets, cliquez ici pour en savoir plus.

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter