Développement d’un système de transmission axiale d’ondes guidées ultrasonores a basse fréquence pour la caractérisation des propriétés de l’os cortical dans le cadre du diagnostic de l’ostéoporose

Résumé

L’ostéoporose est une maladie osseuse dégénérative caractérisée pas une diminution de leur densité et une altération de leur architecture, ce qui augmente considérablement le risque de fracture. Pouvant survenir dans n’importe quelle région du corps, elle peut être détectée de manière précoce dans la région du radius dix ans avant le pic ostéoporotique dans d’autres régions plus sensibles, telles que la hanche ou la colonne vertébrale. Les ondes ultrasonores ont été étudiées depuis plusieurs décennies afin de caractériser les propriétés osseuses du squelette. La sensibilité des ultrasons aux propriétés mécaniques de leur milieu de propagation en fait une méthode particulièrement efficace pour évaluer les propriétés osseuses. La méthode de transmission axiale permet notamment de caractériser les os longs, tels que le radius. Les ultrasons permettent d’aller au-delà de la simple estimation de la densité, qui est actuellement utilisée par les méthodes conventionnelles à rayons X, telles que l’absorptiomètre biphotonique à rayons X, et qui est insuffisante pour une évaluation correcte du risque de fracture. L’utilisation de basses fréquences permet aux ondes ultrasonores de pénétrer en profondeur dans l’os et ainsi d’en déterminer des caractéristiques géométriques. De plus, l’ostéoporose affecte en premier lieu la région endoste ale, qui correspond à la partie interne de l’os. Par conséquent, les ondes ultrasonores à basse fréquence, lorsqu’elles sont employées dans un contexte de transmission axiale, offrent un potentiel prometteur pour un dépistage précoce et efficace de l’ostéoporose. En conséquence, l’objectif de ce projet est de concevoir un dispositif de détection ultrasonore portatif et transportable pour diagnostiquer l’ostéoporose. Pour y parvenir, une méthode semi-analytique, appelée ≪ semi-analtical iso-geometric analysis ≫(SAIGA), a été utilisée pour créer un modèle 2D représentant une plaque d’os cortical recouverte de tissus mous. Ce modèle paramétrique a servi à la création d’une base de données utilisée par un algorithme d’inversion afin de retrouver les propriétés correspondantes a des courbes de dispersion expérimentales. Cette méthode, appliquée dans un contexte de transmission axiale d’ondes guidées ultrasonores, a permis la détermination avec une grande précision des propriétés mécaniques et géométriques de deux plaques fantômes d’os cortical recouvertes de tissus mous. Elle a ensuite été appliquée à un modèle 2.5D quasi cylindrique. La détermination des propriétés de la couche corticale de deux cylindres fantômes remplis d’un matériau imitant les tissus mous a été effectuée selon deux scenarios : (1) les cylindres sont places dans un milieu libre, (2) les cylindres sont immergés dans de l’huile d’olive afin de simuler la présence de tissus mous autour de l’os. Les résultats ont démontré une fois de plus une bonne estimation des propriétés mécaniques et géométriques de la couche corticale dans les deux scenarios, malgré quelques erreurs relatives à la précision du modèle SAIGA. En parallèle de ces deux études, une sonde ultrasonore multiéléments a été développée pour la transmission d’ondes guidées dans les os corticaux longs du squelette appendiculaire (radius, tibia). Cette sonde s’intègre dans un système complet qui mènera au développement d’un outil de détection abordable, portable et facilement utilisable pour diagnostiquer l’ostéoporose en milieu clinique. Les composants ont été spécifiquement choisis pour permettre la transmission et la réception de basses fréquences d’ondes guidées dans un contexte de transmission axiale. Les résultats obtenus avec ce dispositif sur les plaques fantômes sont prometteurs et laissent croire que la sonde pourra être utilisée à terme après quelques modifications.

Date	5 févr. 2025
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Pierre Bélanger (Directeur(-trice))