Mesure de non-linéarités élastiques et dissipatives par interaction d'ondes acoustiques : application à la quatification du micro-endommagement de l'os trabéculaire., Measurement of elastic and dissipative nonlinearities using acoustic waves interaction : application to the assessment of the level of microdamage in trabecular bone tissue

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Sous la direction de Jean-Pierre Remeniéras
Thèse soutenue le 01 octobre 2008: Tours
Des micro-?ssures sont générées normalement dans le tissu osseux et résorbées par le remodelage osseux permanent. Une densité de ?ssures trop importante pourrait détériorer la résistance mécanique osseuse (RMO). Cependant les causes et les conséquences sur la RMO d’une accumulation du micro-endommagement osseux sont mal connues. De plus, aucune méthode non invasive de quanti?cation du niveau d’endommagement osseux existe aujourd’hui. Dans ce contexte, une méthode de mesure acoustique, localisée et sans contact, basée sur l’interaction non linéaire (NL) entre une onde acoustique basse-fréquence (BF) et des impulsions ultrasonores (US) a été développée. Les impulsions US sont émises à une cadence de tir environ 10 fois supérieure à la fréquence de l’onde BF. Le milieu est alors sondé à di?érents états de contrainte tri-axiale, en compression et traction. Les variations du temps de vol et de l’amplitude (ou de l’énergie) US rendent compte des e?ets NL acoustiques respectivement élastiques et dissipatifs. Les e?ets NL acoustiques élastiques et dissipatifs augmente généralement avec le niveau d’endommagement. Après une validation dans l’eau et des solides non endommagés, des mesures dans des matériaux ?ssurés et granulaires ont montré la sensibilité de la technique à la présence de ?ssures et de contact entre grains. En?n son application à l’os trabéculaire du calcanéum a montré que la zone de faible porosité pouvait produire de fortes non-linéarités acoustiques. Pour des échantillons endommagés in vitro par fatigue en compression et par compression quasi-statique, l’amplitude des non-linéarités acoustiques a montré une bonne corrélation avec l’observation histologique du niveau d’endommagement.
-Résistance mécanique osseuse
-Microendommagement osseux
Micro-cracks are normally generated in bone tissue and resorpted by permanent bone remodeling. A high crack density could a?ect bone strength. But the causes and consequences on bone strength of a microdamage accumulation are badly understood. Moreover no technique is available for noninvasive assessment of the level of bone damage in vivo. In that context, an acoustical method was developed for localized and non-contact measurement of elastic and dissipative nonlinearities, based on the interaction between a low-frequency acoustic pump wave and ultrasound probing pulses. The ultrasound pulses are emitted with a repetition frequency 10 times higher than the low frequency of the pump wave. The medium is thus probed in di?erent states of triaxial stress, successively in tension and in compression. The ultrasound time of ?ight and amplitude (or energy) modulations give access to nonlinear elasticity and dissipation, respectively. The amplitude of acoustic nonlinearities generally increases with the level of damage in materials. After validation in water and undamaged solids, measurements were conducted in cracked and granular media and showed a good sensitivity of the method to the presence of cracks and contacts between grains. Finally its application to calcaneus trabecular bone showed that the low-porosity region can exhibit high acoustic nonlinearities. Furthermore, for mechanically damaged samples, either in compressive fatigue or in quasi-static compression, the amplitude of acoustic nonlinearities were well correlated with the level of damage observed by histology.
Source: http://www.theses.fr/2008TOUR4012/document
Publié le : vendredi 28 octobre 2011
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