Perspectives en imagerie et thérapie ultrasonores de pathologies osseuses chez l’enfant

Élise Doveri

Le sujet porte sur l’interaction des ultrasons avec le tissu osseux pour l’imagerie et pour la thérapie osseuse.
Imagerie :
Deux méthodes de tomographie acoustique sont utilisées, l’une linéaire basée sur l’inversion de Radon, l’autre non-linéaire basée sur la méthode Full-Waveform Inversion (FWI). La première méthode permet d’obtenir des images morphométriques, c’est-à-dire des images permettant de voir les images et les tailles des organes étudiés (os et tissus mous). L’originalité du travail effectué dans cette thèse est le perfectionnement de cette méthode grâce à un traitement avec des ondelettes, ce qui permet d’améliorer le contraste des images obtenues. La seconde méthode, quant à elle, permet d’obtenir des images paramétriques représentant les masses volumiques et les vitesses de propagations des ondes dans les différentes parties de l’organe.
Thérapie :
L’objectif est de comprendre les mécanismes multiéchelles (du tissu à la cellule) agissant lors de la stimulation ultrasonore du remodelage osseux, et notamment la mécanotransduction (réponse biologique à une stimulation mécanique). Pour cela, un modèle numérique basé sur les éléments finis (Comsol Multiphysics), développé par Meysam Majnooni (thèse, 2018-2022), a été optimisé pour concevoir des lentilles acoustiques composites (PDMS + Epoxy) et étudier leurs effets sur le champ acoustique rayonné au niveau de cellules contenues dans une boîte de Petri. Les difficultés expérimentales rencontrées lors de la fabrication de ces lentilles nous ont incités à trouver une solution alternative à leur utilisation. En collaboration avec la société Imasonic, des transducteurs divergents ont été développés et sont en cours de caractérisation (homogénéité, intensité et dimension). De plus, l’un des mécanismes expliquant la mécanotransduction pourrait être la génération de vent acoustique (ou acoustic streaming) au niveau d’une cellule osseuse. Pour étudier plus en détail cette hypothèse, un autre modèle numérique permettant de visualiser le vent acoustique dans un matériau poreux (tel que la matrice osseuse, dans laquelle se trouvent les ostéocytes) a été réalisé.

Development of a numerical tool to optimise the infill structure of part produced by Fused Deposition Modeling

Sashi Kiran Madugula

The objective of the thesis is to develop a numerical tool to optimise the infill structure of 3D printed parts produced by the Fused Deposition Modelling (FDM) process. In 3D printing, the term infill refers to the internal structure or infill design of the part. Generally, slicing software is used to create the infill design, which generally creates the infill uniformly throughout the part. When such a part is subjected to external loading, not all the infill regions will experience the same stress. Therefore, using uniform infill throughout the part is not the most optimised solution regarding material usage. Hence the aim is to develop a numerical tool to evolve the infill design concerning the mechanical stresses generated by the external loads. To achieve this, two different methodologies are proposed based on an iterative process using refinement technique and remeshing techniques coupled to Finite Element simulation (FE simulation) to control the internal structure of the part without changing the contour. These methodologies aim to reinforce the infill design of the part without changing the contour, in the area where the mechanical strength must be improved and to decrease the amount of material used to reduce the printing time. The proposed approach is then implemented in three different case studies for validation.