Contribution à l'étude et à la correction de la diaphonie dans les réseaux de transducteurs piézoélectriques pour l'imagerie médicale

par Abdelmajid Bybi

Thèse de doctorat en Electronique. Acoustique et télécommunications

Soutenue le 06-12-2012

à Valenciennes , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) , en partenariat avec Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (laboratoire) , Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (Pôle de recherche et d'enseignement supérieur (PRES)) et de Institut d'électronique- de microélectronique et de nanotechnologie / IEMN (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Pierre Landesman.

Le jury était composé de Jamal Assaad, Sébastien Grondel, Anne-Christine Hladky, Franck Levassort, Claude Richard.

Les rapporteurs étaient Franck Levassort, Claude Richard.


  • Résumé

    Que ce soit dans le domaine médical ou en contrôle non destructif, les systèmes d’imagerie ultrasonore sont devenus de plus en plus utilisés de nos jours. Leurs applications ne cessent de s’élargir et des performances toujours plus accrues sont vivement recherchées, afin d’améliorer la qualité des diagnostics réalisés. Nous sommes donc passés de l’utilisation de systèmes à base de transducteurs ultrasonores mono-élément à des systèmes utilisant des réseaux de transducteurs à une dimension (1D) et à deux dimensions (2D) composés d’éléments de plus en plus nombreux et petits. Néanmoins, un phénomène indésirable est fortement présent dans ces réseaux de transducteurs ultrasonores : il s’agit du couplage inter-éléments tendant à limiter leurs performances acoustiques et à modifier leur diagramme de rayonnement. Tout au long de ce travail de recherche, nous avons donc cherché à comprendre ce phénomène parasite et à apporter des solutions pour le réduire voire le supprimer. En se basant sur des modélisations éléments finis 2D et 3D et grâce à la fabrication de prototypes, nous avons d’une part, mis en évidence les différents types de couplages présents dans un réseau de transducteurs (acoustique, mécanique) et d’autre part, deux méthodes de correction basées l’une comme l’autre sur l’application de tensions convenables aux différents éléments du réseau ont été testées. La première méthode utilise les déplacements normaux moyens à la surface de chaque élément du réseau pour évaluer ces tensions, tandis que la deuxième fait appel aux courants motionnels parcourant chaque élément pour les déterminer. Les résultats numériques et expérimentaux concernant les déplacements et les diagrammes de rayonnement sont en bon accord. En outre, les deux méthodes s’avèrent particulièrement efficaces pour réduire le couplage inter-éléments.


  • Résumé

    Whether in medicine or in non-destructive testing, ultrasonic imaging systems have become increasingly used nowadays. Their applications continue to expand and good performances are needed to improve the quality of the diagnosis. Moreover, significant progress has been made since these systems were originally based on single element ultrasonic transducers and are now made of mono-dimensional (1D) and bi-dimensional (2D) elements arrays ever more numerous and smaller. However, an undesirable phenomenon is strongly present in the ultrasonic transducer arrays: it is the cross-talk, which limits their acoustic performances and modifies their radiation pattern. Throughout this research, we have attempted on one hand to understand this parasitic phenomenon and on the other hand to provide solutions in order to reduce it or even remove it. To highlight the cross-talk types (acoustic and mechanical) and to test the proposed correction methods, we developed two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) finite element modeling and fabricated some prototypes. Both correction methods rely on the application of suitable voltages to the array elements. The first method uses the average of the normal displacements at the surface of each element to evaluate the voltages, while the second one utilizes the motional currents through each element to determine them. The numerical and experimental results concerning the displacements and the radiation patterns are in good agreement. In addition to this, both methods have been efficiently performed to reduce the cross-talk.


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