Imagerie ultrasonore à flux vectoriel pour la mesure des contraintes de cisaillement dans des fantômes d’artères digitales

Créé en 1947, l’INRS est une association loi 1901. Il est géré par un Conseil d'administration paritaire constitué de représentants des organisations des employeurs et des salariés. Organisme généraliste en santé et sécurité au travail, l’INRS intervient en lien avec les autres acteurs institutionnels de la prévention des risques professionnels. Il propose des outils et des services aux entreprises et aux 18 millions de salariés relevant du régime général de la Sécurité sociale.

Cadre professionnel

L’INRS conduit des études et recherches à finalité applicative dans l’objectif d’acquérir des connaissances scientifiques et techniques validées et publiées pour faire progresser la prévention des risques professionnels. Près de 270 chercheurs et techniciens s’investissent chaque année dans des programmes de recherche pour rendre le métier des salariés plus sûr.

Contexte

Actuellement, en France, près de 11 % des travailleurs salariés sont soumis à des vibrations transmises au membre supérieur lors de l’utilisation de machines portatives. Une exposition du système main-bras à des vibrations régulières et excessives peut provoquer un certain nombre de pathologies désignées par le terme générique de syndrome des vibrations (environ 200 maladies professionnelles reconnues par an). L’INRS mène depuis de nombreuses années des travaux de recherche visant à comprendre les mécanismes du transfert vibratoire entre des machines vibrantes et le système main-bras. Dans ce cadre, un sujet de stage est proposé au sein du laboratoire Électromagnétisme, Vibrations, Optique (EVO) du département Ingénierie des Équipements de Travail (IET).

Sujet

Les contraintes de cisaillement à l’interface sang/endothélium (Wall Shear Sress — WSS) jouent un rôle important dans les processus aigus de vasorégulation de la circulation sanguine périphérique (extrémité du corps humain, en particulier dans les doigts), et sont également liées au développement de maladies vasculaires chroniques, tel le syndrome de Raynaud d’origine vibratoire.

Le WSS est traditionnellement estimé à partir, de la vitesse de l’écoulement fluide mesurée par DOPPLER pulsé, du diamètre artériel, et d’un modèle de mécanique des fluides (Poiseuille, Womersley). Lorsque la géométrie des artères devient trop tortueuse ou que les parois artérielles oscillent, les hypothèses de ces modèles simplifiés ne sont plus applicables. Ainsi, l’objectif de ce stage est d’identifier dans la littérature et d’implémenter numériquement des méthodes alternatives aux méthodes classiques afin de mesurer directement le WSS, dans des artères digitales vibrées. Le stage portera sur une classe particulière de techniques appelées méthodes d’imagerie ultrasonore à flux vectoriel (ultrasound vector flow imaging — VFI). Celles-ci ont montré leur efficacité à mesurer le champ vectoriel des vitesses pour différents lits artériels (carotide, artère fémorale, etc.). Le stage sera organisé en quatre volets. Tout d’abord, une étude bibliographique, la plus exhaustive possible, sera menée sur les méthodes VFI (DOPPLER multi-angles, corrélation de speckle, ondes planes haute vitesse, Echo-PIV, etc.). Les méthodes les plus adaptées à notre situation particulière (calibre 1 mm, vitesse du sang 100 mm/s, déplacements micrométriques des parois de l’artère jusque 500 Hz) seront ensuite implémentées sous MATLAB. Puis, elles seront testées sur un jumeau numérique d’artère, développé à partir des routines Field II ou SIMUS. Enfin, les algorithmes retenus d’estimation du WSS seront testés sur des données échographiques brutes (RF data), issues d’un échographe ultra haute fréquence (70 MHz) lors de mesures de l’écoulement fluide dans un tube élastomère vibré sous flux systolo-diastolique.

Profil recherché :

Dernière année d’école d’ingénieur en physique ou équivalent M2. Ce stage mobilise des compétences en physique des ultrasons, vibration, traitement d’antenne, acoustique, programmation MATLAB.

Le stage pourrait se prolonger par une thèse de doctorat au sein d’une équipe dynamique et motivée dans un environnement de recherche appliquée.