Les transducteurs

Les transducteurs utilisés en élastographie-IRM et que nous allons introduire peuvent être classés en trois catégories [Tse 09, Mariappan 10] :

— les transducteurs actifs placés dans le tunnel du scanner IRM contre le tissu observé, — les bobines électromagnétiques qui utilisent le champ magnétique de l’IRM pour

induire le mouvement,

— les générateurs d’onde passifs, activés par un transducteur placé loin de l’aimant.

3.1.1.1 Générateurs d’onde actifs

Ces transducteurs sont placés directement dans l’aimant contre la région d’intérêt. Ils doivent donc être compatibles avec le scanner IRM. Ce sont principalement des maté-riaux piézoélectriques, non magnétiques, qui sont utilisés dans ce cas (Figure 3.1.1). Ces matériaux ont la propriété de se déformer lorsqu’ils sont polarisés électriquement et in-versement. Leurs intérêts sont leurs mouvements précis et leur réponse rapide aux stimuli électriques (jusqu’à une fréquence de 1000 Hz). De plus ces transducteurs permettent de maintenir une excitation mécanique stable et contrôlable pour la synchronisation avec l’IRM. Néanmoins leurs principales contraintes sont la faible amplitude des déplacements qui ne va pas au-delà du millimètre et la nécessaire haute tension de contrôle (une centaine de volt). Pour éviter les interférences électromagnétiques avec l’imageur, tout le matériel (le générateur et le câblage) doit être blindé et filtré par des filtres passe-bas. Ces généra-teurs sont adaptés aux tissus facilement accessibles et peu profonds tels que la peau et les muscles. En effet chez l’homme, ils génèrent un déplacement trop faible pour induire des ondes d’amplitude suffisante de l’autre côté des barrières crânienne et thoracique pour atteindre le cerveau ou les poumons. Ils sont donc adaptés à l’ingénierie tissulaire et au petit animal [Uffmann 02, Othman 05, Chan 06, Chen 06, Larrat 10, Tse 11].

3.1 État de l’art des générateurs d’onde

(a) (b)

(c) (d)

Figure 3.1.1 – Modèle 3D d’un transducteur piézoélectrique (a) avec en (b) sa coupe schématique vue de profil montrant un empilement de piézoélectrique actionnant un faisceau qui sera au contact du tissu à imager et en (c) une photo de l’empilement de piézoélectrique [Tse 11]. En (d), position du transducteur piézoélectrique pour l’élastographie-IRM de l’abdomen [Uffmann 02].

3.1.1.2 Bobines électromagnétiques

Ces transducteurs électromécaniques mettent à profit le champ magnétique statique de l’imageur pour induire la vibration. Ils sont donc placés dans le tunnel du scanner IRM, en contact avec le sujet, au plus près de la zone à imager. Lorsque la bobine est parcourue par un courant électrique alternatif, un champ magnétique ~M est induit et par couplage avec le champ magnétique statique ~B0 créent une force ~N, générant ainsi le mouvement alternatif du transducteur (Figure 3.1.2). L’amplitude de déplacement peut être modulée par la taille de la bobine et de l’intensité du courant la parcourant, cela permet ainsi d’obtenir des mouvements du transducteur de grandes amplitudes (plusieurs millimètres) pour des fréquences allant jusqu’à quelques centaines de Hertz. Les autres avantages que possèdent ce type de transducteur sont leur faible coût, leur conception simple et leur réponse rapide à la synchronisation de l’IRM. Cependant, comme le déplacement de la bobine induit dépend de l’orientation de celle-ci par rapport au champ ~B₀, leur positionnement autour du sujet est critique et limité. De plus, comme pour les transducteurs piézoélectriques, ils sont susceptibles d’interférer électromagnétiquement avec l’imageur pouvant entraîner des artéfacts [Muthupillai 95, Rossman 99, Sinkus 00, Braun 03].

(a) (b)

(c)

Figure 3.1.2 – En (a) un transducteur électromagnétique pour l’élastographie du sein avec en (b) sa coupe vue du dessus où l’on peut apercevoir la bobine dont l’axe est perpendiculaire au champ statique ~B0 et dont le courant alternatif la traversant produit un champ magnétique ~M. Ce couplage induit le mouvement de la bobine ~N, entraînant le déplacement du tissu [Sinkus 00]. En (c) les contraintes de positionnement ont été contournées par Braun et al. [Braun 03] en ajoutant un plateau pivotant permettant d’induire le mouvement du plateau jusqu’à un angle de 90° par rapport au déplacement de la bobine.

3.1.1.3 Générateurs d’onde passifs

Les générateurs d’onde passifs sont appelés ainsi car l’excitateur mécanique est composé de deux parties : un transducteur actif placé en dehors du tunnel de l’IRM qui crée l’excitation mécanique guidée jusqu’à un dispositif passif qui génère l’onde mécanique dans le tissu et est donc appelé générateur d’onde passif. Le générateur passif, placé dans le tunnel du scanner IRM, est alors un simple relais passif. Dans cette catégorie, les transducteurs actifs distants principalement utilisés sont les haut-parleurs qui, à cause de leur propre aimant permanent, ne peuvent pas être placés près de l’aimant. Dans ce cas, ce sont les ondes de pression acoustique qui sont soit guidées et directement utilisées [Maître 11] soit transmises à un générateur passif de type tambour via un tube pneumatique [Yin 05, Rouvière 06] (Figure 3.1.3.a). Un autre moyen est d’utiliser les mouvements de la membrane en transmettant la vibration à une barre reliée au tissu à explorer [Klatt 06] (Figure 3.1.3.b). L’avantage de ce type de générateur est que la partie passive est compatible avec le scanner IRM et donc permet de supprimer les risques

3.1 État de l’art des générateurs d’onde d’interférence électromagnétique. Le couplage de la membrane à une barre permet une transmission sans perte de l’amplitude de la vibration de la membrane au générateur passif, mais cela limite la flexibilité de l’orientation de l’entrée des ondes dans le tissu, qu’ont les générateur de type tambour.

(a) (b)

Figure 3.1.3 – En (a), un générateur passif type tambour activé par la pression émise par un haut parleur via un tube pneumatique [Mariappan 09], en (b) l’excitation mécanique est introduite dans le tissu par la vibration d’une barre connectée à un haut parleur [Asbach 08]

Nous avons présenté les différents types de transducteurs utilisés en élastographie-IRM. Nous allons voir les contraintes rencontrées pour générer une onde mécanique dans les organes plus difficilement accessibles que sont le cerveau et le poumon pour lesquels ces transducteurs ne sont pas forcément adaptés.