Les paramètres viscoélastiques des tissus apportent une information diagnostique précieuse. Leur mesure est toutefois difficile, du fait de la complexité des tissus (hétérogènes, anisotropes, …). Les méthodes d’ondes acoustiques/élastiques sont bien adaptées car non-invasives et directement sensibles aux paramètres mécaniques. Deux méthodes, correspondant à des contextes différents (tissus mous et os), seront présentées. Dans les deux cas on s’intéresse à la mesure de l’élasticité et de la viscosité. Ce second paramètre, pourtant porteur d’information, est souvent ignoré. Des résultats expérimentaux sur des matériaux synthétiques et biologiques seront présentés.
Les tissus mous (muscles, graisses, …) ont des vitesses de propagation très différentes pour les ondes de cisaillement ( 3 m/s) et de compression ( 1500 m/s). L’élastographie exploite cette propriété : la propagation d’une onde de cisaillement est suivie par échographie ultrarapide et une estimation locale de sa vitesse permet de cartographier l’élasticité [1]. Pour la mesure de la viscosité deux approches sont proposées. Dans les tissus homogènes, la méthode du décalage spectral, utilisée en sismologie pour mesurer l’atténuation indépendamment des effets de diffraction [2], est adaptée pour l’élastographie. Pour caractériser des inclusions (tumeurs), une approche inverse basée sur un modèle de diffusion d’ondes élastiques par des obstacles de forme irrégulière est présentée.
L’os cortical est anisotrope, et il est difficile de mesurer précisément tous ses coefficients élastiques, même en laboratoire (ex vivo). La spectroscopie par résonance ultrasonore permet de mesurer l’ensemble du tenseur d’élasticité en une seule expérience. C’est une approche inverse, dans laquelle les fréquences de résonance mesurées pour un échantillon de forme simple sont comparées à des fréquences prédites par un modèle, en fonction des coefficients élastiques. La méthode, développée à l’origine pour la mesure de matériaux peu absorbant (cristaux), a dû être modifiée pour l’application à l’os [3]. La largeur des pics de résonance permet d’étudier la viscosité anisotrope [4].
Références
[1] Bercoff, J., Tanter, M., & Fink, M. (2004). Supersonic shear imaging : a new technique for soft tissue elasticity mapping. IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, 51(4), 396-409.
[2] Quan, Y., & Harris, J. M. (1997). Seismic attenuation tomography using the frequency shift method. Geophysics, 62(3), 895-905.
[3] Bernard, S., Grimal, Q., & Laugier, P. (2013). Accurate measurement of cortical bone elasticity tensor with resonant ultrasound spectroscopy. Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 18, 12-19.
[4] Bernard, S., Schneider, J., Varga, P., Laugier, P., Raum, K., & Grimal, Q. (2016). Elasticity–density and viscoelasticity–density relationships at the tibia mid-diaphysis assessed from resonant ultrasound spectroscopy measurements. Biomechanics and modeling in mechanobiology, 15(1), 97-109.
