Détection des changements des propriétés mécaniques des tissus au contact d'un biomatériau : développement d'une nouvelle méthode basée sur les ultrasons

par Fayez Abou Younes

Thèse de doctorat en Génie biomédical

Sous la direction de Reinhard Grebe.

Soutenue en 2001

à Compiègne .

mots clés

• Biomatériaux
• Tissus (histologie) -- Propriétés mécaniques
• Ultrasons en médecine
• Biocompatibilité
• Inflammation
• Traitement du signal

Résumé

Dans cette étude, un système a été conçu pour réaliser des mesures, in vivo, des changements de propriétés des tissus mous en contact avec les biomatériaux. Le prototype développé est constitué de deux parties : une matérielle et une logicielle. La partie matérielle est constituée d'un système de génération et d'acquisition d'ondes ultrasonore en mode A. La technique de balayage de la zone à étudier, par déplacement de la tâche focale, permet l'obtention d'une précision adéquate à l'application visée. Le déplacement de la tâche focale est dû à la possibilité de contrôler, par ordinateur, la position du transducteur ultrasonore. Ainsi nous avons développé un circuit et un programme de gestion de ce déplacement. Au niveau de l'acquisition, l'oscilloscope chargé de l'affichage de l'écho est équipé par un circuit qui permet sa liaison avec un ordinateur. Le programme gère aussi cette liaison permettant de contrôler l'oscilloscope et d'importer les signaux acquis vers l'ordinateur où ils sont stockés et exploités. Une procédure de traitement du signal a été adaptée pour différencier les changements des propriétés mécaniques en se basant sur les changements de la phase instantanée de l'écho capté causé par l'atténuation. Pour vérifier l'efficacité et la précision du système développé, deux séries d'expériences in vitro et in vivo ont été réalisées. Une série in vitro a été réalisée et s'est orientée dans deux voies : la première sur des matériaux déjà étudiés dans la littérature, dont les propriétés mécaniques et acoustiques étaient bien connues. La deuxième dans laquelle nous avons étudié les échantillons de tissus mous, avant et après injection de sérum physiologique afin de simuler un œdème qui est l'une des manifestations d'une réponse lors d'une implantation. D'un autre côté, nous avons procédé à des expériences in-vivo sur des lapins. Ils étaient injectés dans les flancs avec d'un côté un mélange de particules d'alumine, de glycérol et d'adjuvant de Freund et de l'autre du sérum physiologique afin de constituer un témoin. Ces animaux ont été suivis pendant 55 jours. Les résultats présentés indiquent l'efficacité du système à distinguer les changements des structures à partir d'une différence de 10,7% au niveau de la densité. Les résultats obtenus in vivo montrent la possibilité d'utiliser le système développé comme un outil pour suivre les réactions des tissus à court terme.

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