IVUS. Intra-Vascular Ultra-Sound. PCVI 92, Hopital Privé d Antony

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1 IVUS Intra-Vascular Ultra-Sound PCVI 92, Hopital Privé d Antony

2 L Ultra-Son Un peu de physique : c est une onde mécanique ( à la différence de la lumière ou des RX qui sont des ondes électromagnétiques) nécessite un support matériel de propagation. Les ultrasons sont des vibrations mécaniques de la matière (comme tous les sons) à des fréquences inaudibles pour l'oreille humaine (> Hz).

3 Domaine de l onde sonore L oreille humaine perçoit les ondes sonores pour les fréquences f comprises entre 20 Hz (son grave) et Hz (son aigu). Cependant, le domaine du son est beaucoup plus étendu: les vibrations sismiques, certaines machines, des hauts-parleurs de basses fréquences, émettent des fréquences en dessous de 20 Hz : ce sont les infrasons. À l autre extrémité, on retrouve les ultrasons. Infrasons Sons audibles Ultrasons f < 20 Hz 20 Hz < f < 20 khz 20 khz < f < 1 GHz

4 Représentation de l onde US en fonction du temps et de la distance T=Période = 1/F λ =Longueur d onde = C/F

5 Le coefficient d atténuation L amplitude d oscillation des ondes sonores décroît avec la distance. Il en résulte une atténuation évidente des ondes à mesure qu elles traversent les substances. L intensité I d une onde varie selon une loi exponentielle: I = I 0 e µ x où x est la distance en mètre traversée par un son ou un ultrason dans une substance, I 0 est l intensité initiale, en watt par m 2, µ est le coefficient d atténuation de la substance traversée, en m 1.

6 PROPAGATION Absorption + Transmission Réflexion = écho

7 Réflexion = écho Z = impédance acoustique Z = r v R = [(Z 1 -Z 2 )/(Z 1 +Z 2 )] 2 où Z: impédance acoustique du milieu, en kg/(m 2 s) ou rayl r: masse volumique (densité) du milieu, en kg/m 3 v: vitesse de l ultrason dans ce milieu (m/s)

8 Tableau d impédance z (en kg/(m 2 s) ou rayl) air 4 x aluminium 1,7 x 10-5 cerveau 1,58 x 10 6 eau 1,48 x 10 6 graisse 1,38 x 10 6 muscle 1,70 x 10 6 os 7,80 x 10 6 peau 1,62 x 10 6 sang 1,61 x 10 6 tissu mou 1,63 x 10 6

9 Production des US L effet piézoélectrique L'effet piézoélectrique a été découvert en 1880 par Pierre et Jacques Curie. C est la propriété de certains matériaux ( cristaux de quartz ) de se charger électriquement quand ils sont comprimés et inversement de se déformer lorsqu ils sont chargés. En appliquant un courant alternatif à un cristal piézo-éléctrique, il se comprime et se décomprime alternativement en émettant un son. Les transducteurs contenus dans les sondes d'échographie sont généralement des céramiques de Plomb Zirconate de Titane (PZT).

10 Principe de fonctionnement de la sonde L effet piézoélectrique (suite) En appliquant un courant alternatif sur un cristal piézoélectrique, le cristal se comprime et se décomprime alternativement et émet un son dont la fréquence dépend des caractéristiques du cristal. Le même élément est utilisé pour transformer en courant électrique les ultrasons qui reviennent vers la sonde après avoir été réfléchis.

11 Principe de fonctionnement de la sonde L effet piézoélectrique (suite) émetteur récepteur La sonde n'émet donc pas des ultrasons en continu, mais en salve. Pendant le reste de temps, la sonde est "à l'écoute" pour capter les ultrasons. La durée des salves est très courte, de l'ordre de quelques microsecondes, et correspond à l'émission de 3 cycles environ en moyenne. La durée de la période d'attente est plus longue, de l'ordre de la milliseconde. La fréquence de répétition du cycle est donc de l'ordre du khz, ce qui donne l'impression d'une imagerie en temps réel.

12 Principe de fonctionnement de la sonde Le transducteur Un transducteur est un élément qui transforme une forme d'énergie en une autre. Pour les sondes d'échographie, l'énergie électrique est convertie en ultrason et vice versa. Un microphone ou une enceinte réalise le même type de transformation pour les sons audibles. Le transfert d'énergie utilise l'effet piézoélectrique.

13 Caractéristiques liées à la fréquence Résolution «Profondeur d études» Quand la fréquence, la résolution Quand la fréquence, l absorption Pour étudier des zones profondes, il faut utiliser des basses fréquences ( 3.5 MHz pour l abdomen ) Par contre, pour les coronaires haute fréquence.

14 La fréquence des ultrasons a une influence déterminante sur les possibilités d'exploration : Fréquence des ultrasons Profondeur d'exploration maximale 2,5-3,5 MHz > 15 cm 5 MHz 10 cm 7,5 MHz 5-6 cm MHz 2-3 cm MHz < 2 cm

15 IVUS Echographie endo-coronaire Angioplastie coronaire: Septembre 1977 (Dr Gruentzig) IVUS coronaire: 1982, puis developpement dans les années 1990 Stent coronaire: 1986 (Pr Puel)

16 2 types de sondes

17 REVOLUTION Sonde mécanique - Fréquence = 45 MHz 23 mm 23 mm

18 EAGLE EYE PLATINUM Sonde électronique - Fréquence = 20 MHz

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20 RésoluLon en IVUS Résolution Axiale: Possibilité de distinguer 2 structures dans l axe de propagation 30MHz = 100 µm 40MHz = 80 µm Résolution Latérale: Possibilité de distinguer 2 structures à la propagation Dépend de la taille du transducteur et de la Fréquence 30MHZ = 250 µm 40MHz = 200 µm Pour info : RésoluLon Angio = 200 µm RésoluLon scanner = 600 µm

21 L angiographie, seule, a ses limites ANGIOGRAPHIE 2 dimensions Luminographie Structure des parois non vue Injections repétées de contraste QCA: mesures non précise

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23 LAO" RAO"

24 InstallaLon

25 Zone stérile Zone non stérile