Une focalisation matricielle des ondes pour imager quantitativement les milieux diffusants

Cet article propose une nouvelle manière de focaliser les ondes pour l’élaboration de nouveaux modes d’imagerie en échographie. Basé sur une approche matricielle de la propagation des ondes, ce travail a des applications directes aussi bien pour le diagnostic biomédical en imagerie ultrasonore et microscopie optique, que pour le contrôle non destructif dans l’industrie ou la surveillance sismique ou volcanique en géophysique.

En échographie, les réseaux de transducteurs (sondes ultrasonores constitués d’un ensemble de sources et de récepteurs piézoélectriques indépendants) sont placés en contact de la peau, dans le but de recueillir des informations sur la structure en profondeur depuis l’extérieur du milieu. L’idéal serait de placer ces sources et récepteurs plus près ou à l’intérieur de l’organe concerné ; cependant, cela n’est guère possible dans le cadre d’un examen non invasif. Ici, nous montrons que les données collectées par un appareil d’imagerie médicale commercial peuvent être manipulées pour créer de minuscules sources et récepteurs acoustiques "virtuels" n’importe où dans le corps humain (cf figure ci-dessous). Cela nous permet d’observer comment les ondes acoustiques se déplacent entre les différentes zones d’un organe (ici démontré pour des mesures in vivo sur un foie humain). Comme le trajet et la vitesse des ondes acoustiques sont directement liés à la structure à travers laquelle elles se déplacent, ces observations permettent de créer de nouvelles images de diverses propriétés des organes liées à leur densité et à leur composition. Ces images, à leur tour, peuvent donner des indications précieuses sur l’état de santé des tissus. Au-delà de cette preuve de concept en imagerie ultrasonore, notre approche peut être étendue à tout type d’ondes pouvant être contrôlées par un réseau multi-éléments. La cartographie des paramètres physiques tels que la vitesse des ondes et leur libre parcours moyen de diffusion sera très utile, que ce soit pour le diagnostic biomédical en microscopie optique, les tests non destructifs dans l’industrie ou la surveillance des volcans et des zones de faille en géophysique.

Cette approche a fait l’objet d’un brevet co-déposé par la société SuperSonic Imagine et le CNRS en août 2019. Ce projet bénéficie d’un financement de l’European Research Council (ERC) dans le cadre du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne (convention de subvention n° 819261, projet REMINISCENCE).

Référence
W. Lambert, L. A. Cobus, M. Couade, M. Fink, A. Aubry, « Reflection Matrix Approach for Quantitative Imaging of Scattering Media », Phys. Rev. X 10, 021048 2020

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