Non-destructive diagnosis of the integrity of green wood using ultrasonic computed tomography

International audienceUltrasonic computed tomography (UCT) was used to assess the integrity of green wood. Woods are heterogeneous air-coupled, orthorhombic materials. Because of the difference in acoustic impedance between the material and the surrounding medium (water or coupling gel), the ultrasonic wave propagation is greatly perturbed by physical processes such as the refraction, attenuation and scattering of the waves. UCT belongs to the inverse scattering class of problems and the aim of this study was therefore to present a strategy for simply, efficiently and accurately developing a reconstruction algorithm. UCT is based on several assumptions, such as the presence of a low contrast medium (the biological medium), a large frequency range (a broadband pulse), and dense and complete sets of projections. If these conditions are ideally fulfilled, we can reconstruct images of the impedance of the medium. This technique involves an algorithm based on first-order Born approximation methods. To date we have tested the qualitative aspects of this imaging technique and part of the quantitative aspects by performing numerical simulations and on our tomographic testing ground. The latter is composed of a base supporting a rotating and translating mechanical structure that can hold several transducers, and a numerical system and computing and recording the projections. When performing non-destructive assessments on wood, we would have liked to obtain quantitative images related to acoustic parameter of wood (impedance, speed of sound, attenuation). However, since the problem is non-linear, a low-frequency method involving signal and image processing was used

Ultrasonic tomography of green wood using a non-parametric imaging algorithm with reflected waves

International audience• Ultrasonic computed tomography in reflection was used to assess the integrity of green wood. Qualitative reflectivity images were obtained from back-scattered measurements by reflection tomography, like ultrasound in medical applications. • The reconstruction algorithm was designed using, in particular, a linear approximation of the forward problem (Born approximation) and based on the assumption that a transversal cross section of wood is isotropic. The experimental device was composed of only one rotating emitter–receiver transducer to record and compute the projections. In this specific case, a tomographic projection was directly associated with a recorded signal. The qualitative aspect of this imaging technique was validated by performing a numerical simulation and tested on a small diameter green wood (Picea abies) log. • The images obtained were geometrically accurate considering the internal inclusions. It was, however, not possible in the simulation to differentiate the object shape from the background (coupling medium) because the reflectivity value associated with the object was too low. The image obtained with the spruce sample mainly showed the position of the bark as indicated by a very high contrast area. The proportion of transmitted energy was, however, sufficient to reconstruct the artificial inclusion within the sample

Prototype ANAIS : Tomographie ultrasonore pour l'imagerie anatomique du sein. Capacité du système et comparaison avec l'échographie sur un fantôme réaliste

Les recherches en tomographie ultrasonore menées par l'équipe PROPAGATION et IMAGERIE du LMA débouchent aujourd'hui sur la réalisation d'un mammographe à ultrasons : le projet ANAIS (ANAtomical Imaging and Interventional System). Ces travaux, à terme, ont pour objectif la caractérisation tissulaire et la détection précoce du cancer du sein. Ce système permet d'effectuer des mesures en réflexion, en transmission, et des mesures en diffraction. Le paramètre physique reconstruit, par méthode inverse, dépend de la finesse du modèle d'interaction onde-milieu utilisé et bien sûr des propriétés acoustiques des capteurs (ouverture, focalisation du champ émis). Pour une inspection cohérente avec l'anatomie du sein, notre équipe a fait le choix d'une antenne semi-circulaire permettant un examen de chacun des lobes mammaires.Plusieurs méthodes de reconstruction pour les diverses configurations d'acquisition ont été mises au point tel qu'un algorithme de rétroprojection elliptique filtrée en champ proche. Un travail préliminaire de calibration de l'antenne du prototype permet d'intégrer dans les procédures de reconstruction la directivité de la sonde. Les premières images obtenues sur des fantômes de sein permettent d'apprécier l'apport de la tomographie ultrasonore en regard de l'échographie

Intérêt de la tomographie ultrasonore pour l'imagerie osseuse chez l'enfant

National audienceL'échographie s'est imposée depuis longtemps comme l'examen de première intention pour le diagnostic des maladies ostéoarticulaires chez l'enfant (par ex. pour la dysplasie de hanche). En effet, les autres modalités (tomodensitométrie, IRM, ...) sont associées à des inconvénients variables, coût, irradiation, sédation, accessibilité,..souvent contraignants pour les applications pédiatriques. L'échographie est non-invasive, non-irradiante, indolore, peu onéreuse et réalisable au lit du patient. Toutefois, son utilisation en pédiatrie repose sur un matériel standard mal adapté aux zones explorées (hanche, fontanelle, vertèbres, os longs) et les échographes cliniques ne présentent pas de performances particulières (gain, amplification, dimension des sondes, résolutions des images,...). Plusieurs facteurs en limitent principalement l'extension : les fréquences d'examen utilisées en pratique médicale courante (les mêmes que pour les adultes), les phénomènes de propagation liés aux variations parfois importantes des paramètres acoustiques entre les tissus. Depuis plusieurs années, nous nous intéressons à la tomographie ultrasonore, qui apparaît comme une alternative possible aux limites de l'échographie clinique. La méthode mise au point, in vitro, pour des fémurs et des vertèbres adultes, a donné des résultats pertinents. Nous orientons nos travaux vers l'imagerie pédiatrique et dans cet article, nous présenterons les premiers tomogrammes obtenus sur des péronés et sur des fémurs d'enfants

ANAIS : Ultrasound mammograph

It is well established that ultrasonography is an cost-effective, patient-friendly imaging modality available for breast imaging. The main aim of this paper is concerned with a tomographic ultrasound mammograph allowing 3D-reconstruction of the uncompressed breast immersed in a water tank. The scanner provides more efficient way to view anatomical ductal structures of the breast. Quantitative volume parameter recovery is the unique means to make objective, reproducible and operator-independent diagnoses (Computer Aided Diagnosis). The recovery of quantitative acoustical parameters requires solving a non-linear inverse scattering problem from large amount of measurements. This will be achieved using advanced computing resources ; front-end acquisition system for 1024 channels - a channel records the signal acquired by one piezo-composite element, and specific reconstruction procedures. Depending on the possibilities, five to fifteen minutes will be required to perform the full 3D acquisition

Ultrasonic backscattering and microstructure in sheared concentrated suspensions

International audienceQuantitative ultrasound techniques based on the parametrization of the backscatter coefficient (BSC) are used to characterize concentrated particle suspensions. Specifically, a scattering model is fit to the measured BSC and the fit parameters can provide local suspension properties. The scattering models generally assume an isotropic microstructure (i.e., spatial organization) of the scatterers, whereas the sheared concentrated suspensions can develop an anisotropic microstructure. This paper studied the influence of the shear-induced anisotropic microstruc-ture of concentrated suspensions on the ultrasonic backscattering. Experiments were conducted on suspensions of polymethylmetacrylate spheres (5.8 um in radius) sheared in a Couette flow device to obtain anisotropic microstruc-ture and then mixed by hand to obtain isotropic microstructure. Experimental structure factors that are related to the spatial distribution of sphere positions were obtained by comparing the BSCs of one concentrated and one diluted suspension. Finally, Stokesian dynamics numerical simulations of sheared concentrated suspensions are used to determine the pair correlation function, which is linked to the Fourier transform of the structure factor. The experimental structure factors are found to be in good agreement with numerical simulations. The numerical simulation demonstrates that the angular-dependent BSCs and structure factors are caused by the shear-induced anisotropic microstructure within the suspension

Rétrodiffusion ultrasonore et microstructure anisotrope des suspensions denses cisaillées

Les techniques quantitatives ultrasonores basées sur la mesure du coefficient de rétrodiffusion (BSC) sont utilisées pour caractériser les suspensions denses de particules. Plus précisément, un modèle de diffusion est ajusté au BSC mesuré et les paramètres d'ajustement peuvent fournir les propriétés locales de la suspension (distribution de tailles de particules ou fractions volumiques). Les modèles de diffusion supposent généralement une microstructure (i.e. une organisation spatiale) isotrope des diffuseurs, alors que les suspensions concentrées cisaillées peuvent développer une microstructure anisotrope. Nous étudions l'influence de la microstructure anisotrope induite par le cisaillement des suspensions concentrées sur la rétrodiffusion ultrasonore. Des expériences ont été menées sur des suspensions de sphères de PMMA (de rayon 5.8 μm) cisaillées dans un dispositif de Couette pour obtenir une microstructure anisotrope, puis mélangées à la main pour obtenir une microstructure isotrope. Les facteurs de structure expérimentaux qui sont liés à la distribution spatiale des positions des sphères ont été obtenus en comparant les BSC d'une suspension concentrée et d'une suspension diluée. Enfin, des simulations numériques de dynamique Stokésienne de suspensions concentrées cisaillées sont utilisées pour déterminer la fonction de corrélation des paires, qui est liée à la transformée de Fourier du facteur de structure. Les facteurs de structure expérimentaux sont en bon accord avec les simulations numériques. La simulation numérique démontre que l'anisotropie des BSC et des facteurs de structure sont causés par la microstructure anisotrope induite par le cisaillement dans la suspension

Ultrasonic stimulation of somatic and auditory sensory neurons : an in vitro experimental study

International audienc

Stimulation Ultrasonore Extracochléaire du Cobaye

De nombreuses études ont montré que le système auditif pouvait répondre à des stimuli ultrasonores. Une étude récente a démontré que cette stimulation auditive est initiée au niveau de la cochlée car elle disparaît lorsque le nerf auditif est sectionné. Les mécanismes de conversion des US en ondes acoustiques audibles restent cependant peu connus. Le travail présent étudie l’effet de stimuli ultrasonores focalisés dirigés directement sur la cochlée de cobayes. Les réponses évoquées par ces stimulations sont enregistrés à l’aide d’une électrode placée dans le colliculus inférieur des animaux. Dans l’expérience 1, nous avons présenté des bouffées sinusoïdales de fréquence variant de 3 à 21 MHz, de durée variant de 1 à 100 μs et de pression pic variant de 90 kPa à 1 MPa à 10 cobayes normo-entendants. Des réponses évoquées par les ultrasons ont été obtenues pour tous les animaux. L’expérience 2 était un paradigme de masquage dans lequel un son pur continu audible était présenté pendant la stimulation ultrasonore. La présence de ce son pur engendrait une diminution de la réponse évoquée par les ultrasons, particulièrement autour de 10 kHz, suggérant que les ultrasons stimulent préférentiellement cette zone de la cochlée. Dans l’expérience 3, nous avons testé si les réponses ultrasonores provenaient de la stimulation des cellules ciliées ou des fibres du nerf auditif. 4 cobayes ont été rendus sourds chroniquement, engendrant la destruction de leurs cellules ciliées. Dans tous les cas, aucune réponse ultrasonore n’a pu été observée, démontrant que les réponses obtenues dans les expériences 1 et 2 impliquaient les cellules ciliées. Des études complémentaires incluant des mesures de vibrométrie laser et de modélisation seront présentées afin de discuter les mécanismes sous-jacents à la stimulation ultrasonore du système auditif