Approche matricielle de l'opérateur de propagation des ondes ultrasonores en milieu diffusant aléatoire - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2008

Approche matricielle de l'opérateur de propagation des ondes ultrasonores en milieu diffusant aléatoire

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Alexandre Aubry

Abstract

This manuscript is devoted to the study of the ultrasonic wave propagation operator in random media. The experimental set up consists in a multi-element array placed in front of a random medium. The inter-element reponses between each couple of transducers form the array response matrix. Its statistical behaviour has been studied in the single and multiple scattering regimes, using random matrix theory. Whereas the propagation operator exhibits a random behaviour in the mutiple scattering regime, single scattered echoes keep a deterministic coherence despite disorder. This difference of behaviour has led to the design of a smart radar which separates single and multiple scattered echoes.We are able to extract the direct echo of an echogene target embedded in a strongly diffusive medium, despite multiple scattering and aberration. Another approach is proposed to extract the multiple scattering contribution in a weakly scattering random medium (e.g. human soft tissues). The investigation of multiple scattering allows to characterize the random medium by transport parameters which govern the propagation of multiple scattered waves (e.g. the diffusion constant D). Plane-wave beamforming allows to study the coherent backscattering effect in the far-field and then obtain a measurement of D, independently from absorption. Gaussian beamforming allows to study the growth of the diffusive halo in the near-field and local measurements of D are obtained. This technique has been applied to the ultrasonic imaging of human trabecular bone around 3 MHz. Finally, we also study the theoretical link between the microarchitecture of a random medium and the transport parameters.
Cette thèse étudie les propriétés de l'opérateur de propagation des ondes ultrasonores en milieu aléatoire. Le dispositif expérimental consiste en un réseau multi-éléments placé en vis-à-vis d'un milieu désordonné. L'opérateur de propagation est donné par la matrice des réponses inter-éléments mesurées entre chaque couple de transducteurs. En s'appuyant sur la théorie des matrices aléatoires, le comportement statistique de cet opérateur a été étudié en régime de diffusion simple et multiple. Une cohérence déterministe des signaux est ainsi mise en évidence en régime de diffusion simple, cohérence qui disparaît dès que la diffusion multiple prédomine. Cette différence de comportement a permis la mise au point d'un radar intelligent séparant les échos simplement et multiplement diffusés. On peut ainsi extraire l'écho direct d'une cible échogène enfouie dans un milieu hautement diffusant, bien que ce dernier soit source de diffusion multiple et d'aberration. Une deuxième approche consiste, au contraire, à extraire une contribution de diffusion multiple noyée dans une contribution de diffusion simple largement prédominante. L'étude de l'intensité multiplement diffusée permet de mesurer des paramètres de transport (p.ex. la constante de diffusion D) caractérisant la propagation de l'onde multiplement diffusée. Un passage en champ lointain (ondes planes) permet d'obtenir une mesure fiable de D en étudiant le cône de rétrodiffusion cohérente. Un passage en champ proche, via l'utilisation de faisceaux gaussiens, permet d'effectuer des mesures locales de D en étudiant la croissance du halo diffusif. Cette approche a été appliquée au cas de l'os trabéculaire humain autour de 3 MHz.
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Dates and versions

pastel-00004213 , version 1 (08-10-2008)

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  • HAL Id : pastel-00004213 , version 1

Cite

Alexandre Aubry. Approche matricielle de l'opérateur de propagation des ondes ultrasonores en milieu diffusant aléatoire. Physique [physics]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00004213⟩
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