Thesis by MITRI Farid

The dynamic radiation force of ultrasound: Applications for material characterization and medical imaging.
Defended on 10 september 2004
In this work, new applications of the Vibro-acoustography technique are explored. Vibro-acoustography is a relatively new imaging modality that uses the dynamic radiation force of ultrasound to vibrate objects in the aim of determining their elastic constants. A theoretical study is developed in order to understand the physical phenomena related to the dynamic radiation force. Analytical equations of the dynamic force are derived for the case of elastic and viscoelastic cylinders, cylindrical and spherical shells immersed in an ideal (non-viscous) compressible fluid. In another part of the thesis, the dynamic radiation force is used to detect resonance frequencies of differently-shaped objects immersed in water and gel. It is demonstrated that these resonances are related to compressional and bending vibrational modes. Shear waves related to shear or torsional vibrational modes are not propagated in the fluid, hence not detected. In the final part of the thesis, the dynamic radiation force is used to detect brachytherapy metal seeds used in the treatment of prostate cancer. A feasibility study is achieved and it is proved that by choosing the resonance frequency of either the seed or the gel, the signal-to-noise ratio is greatly improved, hence, providing a better means for the seeds’ detection.


La force de radiation ultrasonore: Applications à la caractérisation de matériaux et à l’imagerie médicale.
Soutenue le 10 September 2004
L’objectif de ce travail est d’explorer les applications d’une nouvelle technique d’imagerie basée sur la force de radiation ultrasonore. Une étude théorique a été développée pour comprendre les phénomènes physiques liés à la force de radiation. Un modèle analytique a été développé qui tient en compte l’effet dynamique de la force de radiation sur des échantillons élastiques et viscoélastiques de cylindres, coques cylindriques et coques sphériques. L’idée ensuite est d’utiliser cette force de radiation pour détecter des résonances d’objets immergés dans un fluide non visqueux. Dans ce manuscrit, nous montrons que les résonances détectées expérimentalement correspondent à des modes de vibrations de compression et non pas de torsion. Pour la suite, nous avons appliqué la force de radiation pour des fins diagnostiques, particulièrement pour la détection des grains de curiethérapie qui sont utilisés dans le traitement du cancer de la prostate. L’ensemble des résultats contenus dans ce mémoire nous encourage à penser que les techniques basées sur la force de radiation dynamique, tel que la Vibro-acoustographie, pourraient devenir un outil utile en rhéologie et en médecine.