Ultrasound wave propagation in bone and other complex media

Abstract

Bone is a complex multiscale anisotropic medium. At the scale of several hundred nanometres, mineralized bone is composed of elementary components such as hydroxyapatite, collagen molecules and water. At the scale of 1 to 10 μm, bone is constituted by the ultrastructure composed of fibrils and extrafibrillar spaces. At the scale of several hundred micrometers, the microstructure of cortical bone is made of cylindrical units called osteons whereas that of trabecular bone is made of an interconnected network of more or less disordered trabeculae. Approaches using bulk ultrasound and low frequency ultrasonic guided waves for the characterization of the bone mechanical properties and implants osseointegration will be presented.

Biographies

Guillaume Haïat est ingénieur de l'Ecole Polytechnique à Palaiseau (X95). Il a ensuite suivi les cours du DEA d'acoustique physique de l'université Paris 7 en 1999. Il a soutenu sa thèse en 2004 qu'il a réalisé au CEA-Saclay dans le domaine du contrôle non destructif par ultrasons pour l'industrie nucléaire. Depuis 2004, il travaille dans le domaine de l'évaluation quantitative ultrasonore du tissu osseux et de la biomécanique. Il dirige un groupe au CNRS et a obtenu différents financements nationaux (Agence Nationale de la Recherche) et européens (ERC Consolidator Grant 2015). Il est éditeur associé des journaux: J Acoust Soc Am, Med Eng Phys, Ultrasound Med Biol, J Mech Med Biol and Med. Eng. Phys. Il effectue actuellement un sabbatique au sein de l'ETS en collaboration avec Pierre Belanger et Yvan Petit, financé par le fond d'internationalisation de la recherche de l'ETS.

Pierre Belanger a complété un baccalauréat en génie mécanique à l’Université Laval en 2004, une maîtrise en génie mécanique à l’Université de Sherbrooke en 2006 et un doctorat en génie mécanique à l’Imperial College London en 2009. Sa thèse portait sur la tomographie diffractive utilisant les propriétés dispersives des ondes ultrasonores de Lamb afin de cartographier l’épaisseur résiduelle des structures de l’industrie pétrochimique. De 2009 à 2013 il a travaillé pour l’écurie de F1 Vodafone McLaren Mercedes en tant qu’ingénieur de simulateur. En mars 2013, il a rejoint le département de génie mécanique de l’ETS. Ses activités de recherche portent sur l’utilisation des ondes ultrasons et des ondes guidées ultrasonores et l’instrumentation associée pour des applications biomédicales et industrielles.

Abstract

Bone is a complex multiscale anisotropic medium. At the scale of several hundred nanometres, mineralized bone is composed of elementary components such as hydroxyapatite, collagen molecules and water. At the scale of 1 to 10 μm, bone is constituted by the ultrastructure composed of fibrils and extrafibrillar spaces. At the scale of several hundred micrometers, the microstructure of cortical bone is made of cylindrical units called osteons whereas that of trabecular bone is made of an interconnected network of more or less disordered trabeculae. Approaches using bulk ultrasound and low frequency ultrasonic guided waves for the characterization of the bone mechanical properties and implants osseointegration will be presented.

Biographies

Guillaume Haïat est ingénieur de l'Ecole Polytechnique à Palaiseau (X95). Il a ensuite suivi les cours du DEA d'acoustique physique de l'université Paris 7 en 1999. Il a soutenu sa thèse en 2004 qu'il a réalisé au CEA-Saclay dans le domaine du contrôle non destructif par ultrasons pour l'industrie nucléaire. Depuis 2004, il travaille dans le domaine de l'évaluation quantitative ultrasonore du tissu osseux et de la biomécanique. Il dirige un groupe au CNRS et a obtenu différents financements nationaux (Agence Nationale de la Recherche) et européens (ERC Consolidator Grant 2015). Il est éditeur associé des journaux: J Acoust Soc Am, Med Eng Phys, Ultrasound Med Biol, J Mech Med Biol and Med. Eng. Phys. Il effectue actuellement un sabbatique au sein de l'ETS en collaboration avec Pierre Belanger et Yvan Petit, financé par le fond d'internationalisation de la recherche de l'ETS.

Pierre Belanger a complété un baccalauréat en génie mécanique à l’Université Laval en 2004, une maîtrise en génie mécanique à l’Université de Sherbrooke en 2006 et un doctorat en génie mécanique à l’Imperial College London en 2009. Sa thèse portait sur la tomographie diffractive utilisant les propriétés dispersives des ondes ultrasonores de Lamb afin de cartographier l’épaisseur résiduelle des structures de l’industrie pétrochimique. De 2009 à 2013 il a travaillé pour l’écurie de F1 Vodafone McLaren Mercedes en tant qu’ingénieur de simulateur. En mars 2013, il a rejoint le département de génie mécanique de l’ETS. Ses activités de recherche portent sur l’utilisation des ondes ultrasons et des ondes guidées ultrasonores et l’instrumentation associée pour des applications biomédicales et industrielles.