Thesis by ZEMZEMI Chadi
Time reversal elastography, mechanical characterization of biological tissues by shear-wave phased array
Defended on 30 october 2018
This thesis is in line with shear-wave elastography research led in laboratory of Therapeutic Applications of Ultrasound LabTAU. After, a bibliographic review of shear-wave elastography by ultrasound, magnetic resonance and optic, this manuscript presents an experimental study showing that the resolution limit of all these methods is not the wavelength of shear-wave but rather the resolution of the imaging system measuring the elastic wave field. Today, clinic elastography is based on using a single shear-wave source. The original aspect of the chapters that follow is in the use of a phased array of mechanical sources to generate and control shear waves. A time reversal mirror of six shakers shows a space-time control of shear-wave field in gelatin-graphite phantom. Compared to the use of a single source, this shear-wave phased array improves by 10dB the signal to noise ratio. This method applied 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.
Elastographie par retournement temporel : mesure des propriétés mécaniques des tissus biologiques par réseau de sources d'onde de cisaillement
Soutenue le 30 October 2018
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.
Defended on 30 october 2018
This thesis is in line with shear-wave elastography research led in laboratory of Therapeutic Applications of Ultrasound LabTAU. After, a bibliographic review of shear-wave elastography by ultrasound, magnetic resonance and optic, this manuscript presents an experimental study showing that the resolution limit of all these methods is not the wavelength of shear-wave but rather the resolution of the imaging system measuring the elastic wave field. Today, clinic elastography is based on using a single shear-wave source. The original aspect of the chapters that follow is in the use of a phased array of mechanical sources to generate and control shear waves. A time reversal mirror of six shakers shows a space-time control of shear-wave field in gelatin-graphite phantom. Compared to the use of a single source, this shear-wave phased array improves by 10dB the signal to noise ratio. This method applied 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.
Elastographie par retournement temporel : mesure des propriétés mécaniques des tissus biologiques par réseau de sources d'onde de cisaillement
Soutenue le 30 October 2018
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.
