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Soutenance présentée publiquement le 17 décembre 2004 Pierre MARECHAL

Soutenance présentée publiquement le 17 décembre 2004 Pierre MARECHAL. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution: Modélisation, Réalisation et Caractérisation. L aboratoire d’ U ltra S ons S ignaux et I nstrumentation, CNRS FRE 2448 Université de Tours.

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Soutenance présentée publiquement le 17 décembre 2004 Pierre MARECHAL

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  1. Soutenance présentée publiquement le 17 décembre 2004 Pierre MARECHAL Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution: Modélisation, Réalisation et Caractérisation Laboratoire d’UltraSons Signaux et Instrumentation, CNRS FRE 2448 Université de Tours Jury : Frédéric COHEN-TENOUDJI Dragan DAMJANOVIC Bertrand DUBUS Marc LETHIECQ Franck LEVASSORT Louis Pascal TRAN-HUU-HUE Rapporteur Examinateur Rapporteur Directeur de thèse Co-directeur Examinateur Université de Paris 7 EPFL, Lausanne CNRS (IEMN, Lille) Université de Tours Université de Tours Université de Tours

  2. Introduction Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 2 sur 55  Amélioration de la qualité desimages échographiques :  Augmentation de la fréquence d’émission.  Focalisation de la source. Echographie d’un fœtus de 22 semaines à 3 MHz Echographie d ’une veine à la surface de la peau à 20 MHz 250 mm 4 mm  Enjeux technologiques :  Elaboration de matériaux piézo-électriques adaptés.  Fabrication de films piézo-électriques de faible épaisseur.

  3. Introduction  Géométrie :  Modélisation axisymétrique.  Caractéristiques :  Rayonnement et réponse électro-acoustique. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 3 sur 55  Imagerie médicale haute résolution :  Amélioration des résolutions latérale et axiale.  Réalisation de transducteurs focalisés pour l’imagerie médicale :  Mise en place d’outils de modélisation et de caractérisation.  Démarche :  Modélisation : Fonctionnement d’un transducteur focalisé.  Réalisation : Matériaux performants et optimisation.  Caractérisation : Matériaux et réponse du transducteur.  Conception :  Matériaux piézo-électriques et méthodes de fabrication.  Performances:  Comparaison du rayonnement et des images réalisées.

  4. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 4 sur 55 Plan r  Modélisation  Evaluation - Structure - Géométrie  Eléments Finis  Propagation  KLM étendu  Comparaison - Synthèse  Réalisation  Technologies et matériaux piézo-électriques  Matériaux passifs  Contraintes de la structure multicouche  Optimisation de la géométrie  Comparaison - Synthèse z  Caractérisation  Champ dans l’axe  Champ dans le plan radial  Réponse électro-acoustique  Images

  5. Précision / Rapidité Méthode / Précision Homogénéité / Reproductibilité Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 5 sur 55 Méthodologie  Conception d’un transducteur pour l’imagerie haute résolution Modélisation Réalisation Conception Caractérisation

  6.  Choix des matériaux constituants  Adaptation électrique au générateur  Adaptation acoustique au milieu de propagation  Définition des caractéristiques de rayonnement Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 6 sur 55 Problématique  Adaptation de la réponse électro-acoustique pour l’imagerie Transducteur Environnement électrique Environnement acoustique Excitation électrique Réponse électro-acoustique

  7. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 7 sur 55 Plan r  Modélisation  Evaluation - Structure - Géométrie  Eléments Finis  Propagation  KLM étendu  Comparaison - Synthèse  Réalisation  Technologies et matériaux piézo-électriques  Matériaux passifs  Contraintes de la structure multicouche  Optimisation de la géométrie  Comparaison - Synthèse z  Caractérisation  Champ dans l’axe  Champ dans le plan radial  Réponse électro-acoustique  Images

  8. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 8 sur 55 Modélisation : Démarche  La détermination de la réponse électro-acoustique est le résultat des produits des différentes fonctions de transfert :  (t) Fonction de transfert de l’excitation électrique He (t)  Influence des caractéristiques géométriques et acoustiques des couches constituant le transducteur Ve (t) Ht (t, rs, P(rs)) Fonction de transfert de transduction ps (t, rs, P(rs)) Hp(t, rs, P(rs), r, z)  Evaluation de la réponse électro-acoustique Fonction de transfert de propagation p(t, r, z)

  9. Réponse impulsionnelle Indice de performance :  amp 4Amplitude de l’enveloppe d6 4Durée à -6 dB d304Durée à -30 dB Temps Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 9 sur 55 Modélisation : Evaluation  Un indice de performance permet d’évaluer la réponse électro-acoustique au cours de la procédure d’optimisation :  Les grandeurs évaluées (d6, d30, amp) sont pondérées (, , ) afin de définir l’indice de performance IP.  Le triplet (, , ) = (8, 8, 3) donne un indice de performance adapté aux contraintes de l’imagerie médicale. (Thijssen, 1985, Ultrasonics; Desmare, 1999, Thèse LUSSI)

  10.  Milieu arrière  Disque piézo-électrique  Lame adaptatrice  Lentille  Milieu avant  Générateur électrique   Choix de matériaux passifs pour une application en imagerie :  Milieu arrière amortisseur  Lame pour une adaptation acoustique  Lentille pour la focalisation Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 10 sur 55 Modélisation : Matériaux  La structure du transducteur répond à des besoins fonctionnels pour générer une réponse électro-acoustique adéquate :

  11. Choix d’un jeu de paramètres Initialisation des valeurs d’impédance acoustique Initialisation du jeu de paramètres Choix d’un paramètre Modification du paramètre non Amélioration de l’IP oui Convergence non où P dépend du nombre et du numéro de lame adaptatrice considérée. oui Jeu de paramètres optimal Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 11 sur 55 Modélisation : Optimisation  La procédure d’optimisation consiste en une modification itérative de la structure multicouche sur un jeu de paramètres acoustiques et géométriques : (Desilets, 1978, IEEE-TUFFC; Kossof, 1966, IEEE-TSU)

  12.  Le rayon de courbure Rc est ajusté de façon à donner une distance focale F adaptée à l’imagerie : soit avec où cl est la vitesse longitudinale dans la lentille et cm est la vitesse dans le milieu de propagation. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 12 sur 55 Modélisation : Configurations  Deux configurations typiques sont définies : l’une avec une lentille seule, et l’autre avec une lame adaptatrice et une lentille :  La distance focale F est fixée afin de faire varier et de déterminer l’influence de l’impédance acoustique de la lentille Zl.

  13. z0 Rc a z F lr,eau/3 lp/16 ll/16 llent/5 lb/5 leau/6 Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 13 sur 55 Modélisation : Eléments Finis  Connaissant les propriétés et dimensions de chaque constituant du transducteur, on détermine le maillage optimal pour les modes radial et épaisseur Remarques:  La propagation à l’aide de la MEF dans l’eau n’est pas adaptée: z0 200l dans une configuration axisymétrique nécessite trop de mailles.  Un code de propagation annexe a été implémenté.

  14.  La pression dépend de :  Conditions de rayonnement de Sommerfeld : la pression source, la fonction de Green, la normale à la surface d ’intégration. (Sr) Ve et (Ss) (p) (p) Vi  Contribution de (Sr) nulle et (S) = (Ss)+(p) Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 14 sur 55 Modélisation : Rayonnement  Équation intégrale de Helmoltz-Kirchhoff: (Sbaï, 1996, Thèse ISEN; Morse&Ingard)

  15.  Ecriture généralisée par interpolation : Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 15 sur 55 Modélisation : Rayonnement  Expressions des coefficients de bafflea et b: Baffle Rapport Intégrale Rigide Rayleigh Adapté Kirchhoff Mou Sommerfeld  Ecriture généralisée : (Sbaï, 1996, Thèse ISEN)

  16. Passage dans le domaine de Fourier par TF en 2D où : opérateur de propagation et Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 16 sur 55 Modélisation : TF en 2D  Intégrale de Rayleigh: formulation en ondes planes (Williams, 1983; Orofino, 1993; Christopher, 1993; Wu, 1996, JASA)

  17.  Ecriture de la propagation en régime harmonique: Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 17 sur 55 Modélisation : TF axisymétrique  Ecriture de la TF en coordonnées polaires :  En coordonnées cartésiennes : TF 2D  En coordonnées polaires : TF 2D axisymétrique Cette intégrale est aussi appelée transformée de Hankel (TH).

  18.  Propagation dans le cas d’un disque plan: kr kr w w Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 18 sur 55 Modélisation : TH (TF en 2Daxi)  Décomposition en ondes planes en 2D axisymétrique : une méthode basée sur la transformée de Hankel (TH) z0 z0+ Dz r r t t TH & TF THI & TFI e-j kzDz (Christopher, 1991, JASA)

  19. r t 900 µm Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 19 sur 55 Modélisation : Propagation DHT+FFT  Propagation de la source ATILA avec la DHT et la FFT en 2Daxi : a Champ de pression dans l'axe

  20. 1 0.9 0.8 DHT+FFT en 2Daxi 0.7 0.6 FFT 3D en 3D 0.5 Pression (ua) 0.4 0.3 0.2 0.1 Position (mm) 0 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 z0 1 0.8 0.9 0.6 0.8 0.4 0.7 0.2 0.6 Pression (ua) Pression (ua) 0 0.5 -0.2 0.4 -0.4 0.3 -0.6 0.2 -0.8 0.1 -1 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Temps (µs) Fréquence (MHz) Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 20 sur 55 Modélisation : Comparaison Comparaison des codes de propagation par FFT3D et DHT+FFT: (Williams, 1946; O’Neil, 1949; Lucas, 1982; Cobb, 1984, JASA)

  21. R Image Source Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 21 sur 55 Modélisation : Rayonnement  Intégrale de Rayleigh : repère cylindrique  Distance R entre un point source (rs, zs, ys) et le point image (r, z, y): z-zs >> r2 z-zs >> rs2 DL   Formulation intégrale pour une source axisymétrique focalisée: (Kino, 1987, IEEE-TUFFC)

  22. Déplacement à la surface de la lentille Spectre du déplacement à la surface de la lentille Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 22 sur 55 Modélisation : Source Atila  Le déplacement relevé à la surface de la lentille permet d’observer la fonction de transfert du transducteur, en particulier celle de la lentille :  La modélisation d’une source par éléments finis nécessite un temps de calcul important, incompatible avec une procédure d’optimisation.  Une modélisation alternative s’impose.

  23. (p) (l) (m) Maxima du coefficient de transmission global Coefficient de transmission global de la lentille Position radiale (µm) Fréquence (MHz) Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 23 sur 55 Modélisation : Transmission globale  La fonction de transfert de la lentille est calculée afin d’expliquer le spectre du déplacement à la surface de la lentille :

  24. Impédances effectives : et Angle d’incidence : Angle de transmission : r z Élément piézo-électrique Lentille Si alors sinon l m l Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 24 sur 55 Milieu de propagation Lame adaptatrice Milieu arrière Modélisation : KLM étendu 2D  La fonction de transfert du transducteur, y compris celle de la lentille, est calculée avec le modèle KLM 1D pour chacune des contributions annulaires :

  25. Pression à la surface de la lentille avec ATILA Pression à la surface de la lentille avec KLM étendu Spectre de la pression à la surface de la lentille avec ATILA Spectre de la pression à la surface de la lentille avec KLM étendu Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 25 sur 55 Modélisation : Source KLM étendu  La pression relevée à la surface de la lentille est comparée pour les deux sources KLM étendu et ATILA:  Le calcul d’une source avec le modèle KLM étendu permet d’obtenir un résultat très semblable en un temps de calcul 100 fois moindre.  L’onde radiale n’est pas calculée par ce modèle.

  26. Configuration de transducteur avec lentille seule Configuration de transducteur avec lame adaptatrice et lentille Pression (kPa) Pression (kPa) Position radiale (µm) Position radiale (µm) Position axiale (mm) Position axiale (mm) Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 26 sur 55 Modélisation : Comparaison  Les champs de pression propagés sont comparés pour des sources calculées ATILA en déplacement radial libre :  Avec une même échelle de sensibilité, la tache focale est de taille plus importante pour la configuration avec une lame adaptatrice entre l ’élément piézo-électrique et la lentille.

  27. Configuration de transducteur avec lentille seule Configuration de transducteur avec lame adaptatrice et lentille Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 27 sur 55 Modélisation : Comparaison  Avec une même échelle de sensibilité, la tache focale est de taille plus importante pour la configuration avec une lame adaptatrice intermédiaire :  Le champ de pression doit alors être caractérisé afin de comparer les résultats propagés pour les différents modèles.

  28. Configuration de transducteur avec lentille seule : dans l ’axe Configuration de transducteur avec lame adaptatrice et lentille : dans l ’axe Pression (kPa) Pression (kPa) Position axiale (mm) Position axiale (mm) Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 28 sur 55 Modélisation : Comparaison  Les champs de pression propagés sont comparés pour les configurations avec et sans lame adaptatrice pour les différentes sources : Configuration de transducteur avec lentille seule Configuration de transducteur avec lame adaptatrice et lentille --- KLM étendu --- ATILA ur = 0 --- ATILA ur libre  Les champs de pression dans l’axe sont d’allure très semblables.

  29. Configuration de transducteur avec lentille seule : dans le plan focal Configuration de transducteur avec lame adaptatrice et lentille : dans le plan focal Pression (kPa) Pression (kPa) Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 29 sur 55 Modélisation : Comparaison  Les champs de pression propagés sont comparés pour les configurations avec et sans lame adaptatrice pour les différentes sources : --- KLM étendu --- ATILA ur = 0 --- ATILA ur libre  Les champs de pression dans le plan focal sont d’allure très semblables.

  30. Configuration de transducteur avec lentille seule : au point focal Configuration de transducteur avec lame adaptatrice et lentille : au point focal Pression (kPa) Pression (kPa) Temps (µs) Temps (µs)  On observe une écho résiduel pour la source ATILA avec ur libre. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 30 sur 55 Modélisation : Comparaison  Les champs de pression propagés sont comparés pour les configurations avec et sans lame adaptatrice pour les différentes sources : --- KLM étendu --- ATILA ur = 0 --- ATILA ur libre

  31. 2a F Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 31 sur 55 Modélisation : Comparaison  Le champs de pression propagé est caractérisé en terme d’amplitude et de résolution radiale et axiale au point focal : La tache focale est bidimensionnelle  Le triplet (, , ) = (8, 8, 3) utilisé précédemment pour l’indice de performance donne un indice de focalisation adapté aux contraintes de l’imagerie médicale.

  32.  Les minima locaux indiquent une focalisation optimale en fonction de Zl. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 32 sur 55 Modélisation : Comparaison  Les indices de focalisation sont comparés en fonction des valeurs d’impédance acoustique de la lentille : Configuration de transducteur avec lentille seule : au point focal Configuration de transducteur avec lame adaptatrice et lentille : au point focal --- KLM étendu --- ATILA ur = 0 --- ATILA ur libre

  33. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 33 sur 55 Plan r  Modélisation  Evaluation - Structure - Géométrie  Eléments Finis  Propagation  KLM étendu  Comparaison - Synthèse  Réalisation  Technologies et matériaux piézo-électriques  Matériaux passifs  Contraintes de la structure multicouche  Optimisation de la géométrie  Comparaison - Synthèse z  Caractérisation  Champ dans l’axe  Champ dans le plan radial  Réponse électro-acoustique  Images

  34. e S k (%) t 33 , r 100 2500 90 2250 80 2000 70 1750 PZT/ternaire Composites PZT 1- 3 PSC 60 1500 50 1250 PZT/ternaire LN 40 PN 1000 PT 30 750 PSC BIT PZT 1- 3 20 500 Composites P(VDF- TrFE ) PVDF 10 250 PT PN BIT P(VDF- TrFE ) LN 0 0 PVDF 35 5 10 15 20 25 30 10 15 20 25 30 35 5 Z ( MRa ) Z ( MRa ) Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 34 sur 55 Réalisation : Matériaux  Choix du matériau piézo-électrique : compromis à déterminer. BIT: Titanate de Bismuth; LN: Niobate de Lithium; PSC: Mono-cristaux à base de Plomb; PN: Niobate de Plomb ; PT: Titanate de Plomb; PVDF: Polymére; P(VDF-TrFe): Copolymére; Composites PZT 1-3: Composites PZT et polymère; PZT: Zirconate Titanate de Plomb

  35.  Les caractéristiques du Pz34 correspondent à celles escomptées.  Élaboration de la structure multicouche pour l’imagerie. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 35 sur 55 Réalisation : Caractéristiques  Réalisation de transducteurs ayant une fréquence de résonance autour de 10 MHz.  Vérification de la cohérence entre modèle et expérience.  Caractérisation de céramiques de titanate de plomb Pz34 : (En coopération avec Ferroperm Piezoceramics)

  36. Transducteur n°2 Transducteur n°3 Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 36 sur 55 Réalisation : Focalisation  Des lentilles acoustiques dimensionnées pour l’imagerie ont été moulées de façon à donner une fnumber compris entre 2 et 3 : (En coopération avec Vermon SA, Nicolas Félix)

  37. Réponse électro-acoustique en émission-réception sur cible plane Spectre de la réponse électro-acoustique en émission-réception sur cible plane Tension normalisée (u.a.) Tension normalisée (u.a.) Fréquence (MHz) Temps (µs) KLM étendu à l’axisymétrie - - - Expérience Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 37 sur 55 Réalisation : Comparaison expérimentale  La réponse électro-acoustique et son spectre en émission-réception sur cible plane ont été déterminés par modélisation avec KLM étenduet comparées avec les résultats expérimentaux:

  38. Electrode avant (<0,5 µm) Film épais en PZT/PGO (~35µm) Electrode arrière (~10µm) et reprise de contact Couche de protection (~10µm) en PZT Milieu arrière (~10 mm) en PZT poreux non polarisé Electrode avant et reprise de contact Film épais en PZT/PGO et reprise de contact Electrode arrière et reprise de contact 1,8 mm 3 mm 5 mm Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 38 sur 55 Réalisation : Sérigraphie  Les différentes couches constituant le transducteur sont sérigraphiées : (En coopération avec l’Institut Jozef Stefan)

  39. KLM - - - Mesure Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 39 sur 55 Réalisation : Impédancemétrie  Connaissant les propriétés du substrat, celles de la céramique sérigraphiée ont été identifiées pour la résonance fondamentale :  Evaluation et ajustement des caractéristiques électro-mécaniques du film sérigraphié en PZT/PGO.

  40. Réservoir Hauteur réglable Sens du déplacement (vitesse réglable) Mélange Film polyester Bande coulée de céramique Racle Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 40 sur 55 Réalisation : Coulage en bande  Un mélange fluidifié de poudre de céramique est coulé en bande :  Séchage, déliantage, frittage, métallisation, polarisation.  Elaboration d’une composition de (1-x)PMN-(x)PT optimale. (Stage effectué au Laboratoire de Céramique, EPFL)

  41. KLM - - - Mesure Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 41 sur 55 Réalisation : Impédancemétrie  Caractérisation des propriétés de la céramique de PMN-PT par impédancemétrie :  Evaluation et ajustement des caractéristiques électro-mécaniques du film coulé en bande en PMN-PT 65/35.

  42. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 42 sur 55 Réalisation : Propriétés  Caractérisation par impédancemétrie :  Synthèse des principaux résultats.  min. = 75 µm  fstructRésolution axiale  33,rS Adaptation d’impédance électrique  kt Rendement électro-acoustique  Z Adaptation d’impédance acoustique

  43. /2 /4 /4 /2 /2 /2  La qualité de la résonance (/2 ou /4) dépend essentiellement du rapport entre ces deux impédances. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 43 sur 55 Réalisation : Propriétés  Assemblage des transducteurs :  Milieu arrière, élément piézo-électrique et lame adaptatrice optionnelle.  Propriétés acoustiques des couches très variables : de 3,9 à 37,5 MRa pour l’élément piézo-électrique et de 3,1 à 18,2 MRa pour le milieu arrière.

  44. Lentille Lame adaptatrice Elément piézo-électrique Housse isolante Milieu arrière Bague conductrice Re ( Zc ) = 60 – 4,7.10–8.f () Im ( Zc ) = –3,5 + 2,4.10–8.f () v = 1,6.108 + 4,7.10–2.f (m/s)  = 3,6 + 8,2.10–10.f (Np/m)  Les propriétés du câble coaxial ont été évaluées en fonction de la bande passante de 20 à 100 MHz. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 44 sur 55 Réalisation : Assemblage  Finalisation du transducteur multi-couches :  Ajout d’une lentille, d’une housse isolante et d’une bague conductrice. Transducteur Générateur d’impulsions Câble coaxial

  45.  Le moulage de la lentille est réalisé en face avant, puis le transducteur est finalisé avec la mise en place de la housse de protection : Moulage de la lentille Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 45 sur 55 Réalisation : Ajout d’une lentille  Caractéristiques de la résine polyuréthanne :

  46. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 46 sur 55 Plan r  Modélisation  Evaluation - Structure - Géométrie  Eléments Finis  Propagation  KLM étendu  Comparaison - Synthèse  Réalisation  Technologies et matériaux piézo-électriques  Matériaux passifs  Contraintes de la structure multicouche  Optimisation de la géométrie  Comparaison - Synthèse z  Caractérisation  Champ dans l’axe  Champ dans le plan radial  Réponse électro-acoustique  Images

  47. x z y Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 47 sur 55 Caractérisation : Réponse en E/R  Dispositif expérimental pour caractériser les transducteurs.  Champ en E/R sur une cible quasi-ponctuelle : Positionnement Owis Carte Acquiris DP 310 et Pilotage IEEE-488  Générateur GIP Ultrasons

  48. Tension reçue (V) Tension reçue (V) Position radiale (mm) Position dans l’axe (mm) Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 48 sur 55 Caractérisation : Champ en E/R  Champ en E/R des transducteurs réalisés sur une bille.  Bille D = 400 µm < 10  : Ciblequasi-ponctuelle (min. = 75 µm). Champ dans l’axe sur une cible quasi-ponctuelle Champ dans le plan focal sur une cible quasi-ponctuelle  La lame adaptatrice ne joue pas son rôle : n°1 avec / n°2 sans lame.

  49. Réponse électro-acoustique au point focal en E/R sur une bille Tension reçue (V) Temps (µs)  Le transducteur à base de PZT/PGO n°2 offre un excellent compromis entre sensibilité et résolution axiale et latérale. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 49 sur 55 Caractérisation : Champ en E/R  Réponses en E/R des transducteurs au point focal.  Comparaison des caractéristiques : Caractéristiques de focalisation sur une cible quasi-ponctuelle

  50.  Champ dans l’axe et profondeurs de champ très semblables.  Ajustement satisfaisant de la réponse électro-acoustique. Transducteurs Mono-Éléments pour l’Imagerie Ultrasonore Haute Résolution Page 50 sur 55 Caractérisation : Comparaison  Ajustement de la vitesse dans la lentille.  Comparaison des résultats de propagation modélisés et mesurés Champ dans l’axe en E/R sur une cible quasi-ponctuelle Réponse en E/R sur une cible quasi-ponctuelle Tension reçue (V) Tension reçue (V) Position axiale (mm) Temps (µs)

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