Développement d’un système de tomographie ultrasonore pour la mesure des propriétés osseuses du radius

Résumé

Plusieurs méthodes peuvent être utilisées afin d’évaluer la qualité osseuse pour le diagnostic de l’ostéoporose. En application clinique, la technique de mesure la plus couramment utilisée est l’absorptiométrie biphotonique par rayons X. Toutefois, Li et al. (2013) ont montré que le taux de détection de l’ostéoporose associé à cette technique n’était que de 17.1%. Suite à ce problème, l’objectif principal de ce projet de recherche était d’évaluer la possibilité d’utiliser une technique d’imagerie non-ionisante alternative pour diagnostiquer l’ostéoporose rapidement et avec un taux de détection élevé. Une des techniques d’imagerie n’émettant aucune radiation ionisante est l’imagerie par ultrasons. Cependant, son utilisation médicale est actuellement limitée à la caractérisation de matériaux ayant une vitesse du son très près de celle du milieu environnant. Dans ce mémoire, une nouvelle technique d’inspection par ultrasons adaptée de l’algorithme «hybrid algorithm for robust breast ultrasound tomography» est présentée. Les travaux effectués dans ce projet ont porté sur l’adaptation de l’algorithme «hybrid algorithm for robust breast ultrasound tomography» pour l’évaluation quantitative de la vitesse du son dans l’os du radius. L’avantage de cet algorithme par rapport aux techniques de tomographie traditionnelles est qu’il permet d’imager des objets avec un contraste plus élevé entre la vitesse du son dans l’objet et la vitesse du son dans le milieu environnant. L’hypothèse de depart était que le «hybrid algorithm for robust breast ultrasound tomography» pourrait être adapté afin d’imager des coupes transversales d’os humains et de mesurer la vitesse du son, dans le but d’évaluer la qualité osseuse. Un modèle éléments finis 2D a été développé sous ABAQUS pour simuler la propagation d’ondes dans un fantôme d’os immergé dans de l’eau. Par la suite, un banc d’essai a été conçu, fabriqué et mis à l’essai afin de valider les résultats obtenus par éléments finis. Finalement, des os cadavériques de radius humains ont été évalués à l’aide du banc d’essai. La plus grande différence entre l’algorithme «hybrid algorithm for robust breast ultrasound tomography» standard et celui développé dans ce projet se situe dans le traitement de données post-acquisition. En effet, un algorithme combinant un seuil variable, le critère d’information d’Akaike et un analyseur de courbe de la transformée d’Hilbert a été développé pour estimer le temps de vol entre deux transducteurs plus précisément. Les images générées à l’aide des données expérimentales sur des fantômes d’os et par éléments finis ont permis de différencier un fantôme d’os sain d’un fantôme d’os ostéoporotique. Toutefois, des artéfacts liés à l’omission du gradient de densité entre l’os et l’arrière-plan dans la fonction de l’objet ainsi qu’à l’estimation erronée du temps de vol à certains endroits ont été observés. Pour augmenter la qualité des images, il serait intéressant d’incorporer un algorithme de cartographie de la densité ou de développer un algorithme d’apprentissage machine.

Date	8 févr. 2018
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Pierre Bélanger (Directeur(-trice))