Bases physiques de l échographie

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1 Bases physiques de l échographie

2 Principes généraux Propriétés des ultra-sons Interactions des ultra-sons avec les tissus : 1) Réflexion 2) Diffusion 3) Réfraction 4) Atténuation Construction de l image Qualité de l image Déroulement d un examen échographique Les artéfacts : 1) Images en miroir 2) Artéfacts de réfraction 3) Ombres acoustiques 4) Renforcement postérieur 5) Réverbération 6) Faisceaux accessoires

3 Principes généraux Ultra-son = vibration de même nature que le son mais de fréquence trop élevée (MHz) pour qu une oreille humaine puisse la percevoir. Echographie = utilisation des ultra-sons dans le corps ( humain ) à des fins diagnostiques ( image des organes )

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5 Principes généraux «Ancêtre» de l échographie : sonar Emission faisceau US de vitesse connue dans une direction connue obstacle renvoie un écho la position de l obstacle peut être calculée ( V = D/T D = V x T )

6 Principes généraux Imagerie médicale : «insonation» d un champ d exploration (corps) les organes/tissus renvoient des échos ± intenses une image anatomique est reconstituée par calculs

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19 Principes généraux US = onde mécanique à caractère vibratoire de fréquence élevée (2-15 MHZ) Piézo-électricité : déformation mécanique charges électriques matériau PZE dans courant alternatif vibration et production US (ν épaisseur)

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21 Propriétés des US

22 Propriétés des US La vitesse de propagation des US dépend de l élasticité/densité du milieu air 330 m.s -1 os m.s -1 eau 1540 m.s -1 graisse 1450 m.s -1 muscle 1600 m.s -1 foie 1550 m.s -1

23 Propriétés des US Approximations : Tissus humains : vitesse moy. US ~ 1540 m.s -1 propagation en ligne droite Chaque tissu traversé est caractérisé par une impédance acoustique Z = d v ( d = densité ; v = vitesse de propagation des US )

24 Propriétés des US Quand deux tissus d impédance acoustique différente sont juxtaposés, il y a formation d une interface Plus la différence d impédance est grande, plus l interface est marquée et plus elle va influencer le trajet de l onde US

25 Interactions US/Tissus Réflexion Diffusion Réfraction Atténuation

26 Réflexion Onde incidente interface une partie est réfléchie vers la sonde (écho) l autre partie poursuit son trajet % réflexion directement proportionnel à la différence d impédance : Air réflexion totale Tissus ~ 1.5% différence de Z

27 Diffusion λ >>> taille tissus insonés (GR) ou multiples petites interfaces peu énergétiques une partie de l onde diffuse dans toutes les directions, l autre continue tout droit la partie rétrodiffusée vers la sonde est à l origine du signal parenchymateux

28 Réfraction Si US au contact d une interface oblique : une partie est réfléchie avec un angle θγ = θ R une partie est transmise mais est déviée : le rapport θγ / θ I dépend du rapport C1/ C2 Pertes de signal et distorsions des images

29 Réfraction L extrémité du faisceau qui rencontre le milieu «lent» est ralentie alors que le reste du faisceau continue à se propager rapidement déviation angulaire

30 Atténuation L énergie US exponentiellement avec la profondeur d exploration (réfraction,diffusion) Atténuation proportionnelle à la fréquence ou Pénétration US inversement proportionnelle à la fréquence : 10MHz 2-3 cm 3.5 MHz > 15 cm

31 Construction de l image La surface de la sonde est une juxtaposition d éléments PZE Chaque élément correspond à une «ligne de tir» et peut être repéré par une coordonnée x Chaque élément PZE fonctionne comme émetteur et récepteur d US

32 Construction de l image Chaque écho est identifié par x = emplacement de la ligne de tir et y = délai de retour de l écho Chaque carré de la matrice correspond à un écho converti en signal électrique par le cristal PZE

33 Construction de l image Le signal électrique est d autant plus intense que l écho est intense càd que l interface est réflective

34 Construction de l image Attribution d une nuance de gris à chaque signal en fonction de son intensité càd de la réflectivité de l interface responsable

35 Allez, courage!

36 Qualité de l image Résolution spatiale = distance minimale qui doit séparer deux points pour que leurs images soient distinctes Résolution axiale : dans l axe du faisceau US Résolution latérale : le long de l axe axe du faisceau dans le plan de la sonde Résolution en épaisseur : le long de l axe axe du faisceau et plan de la sonde

37 Qualité de l image Résolution axiale Résolution latérale Résolution en épaisseur

38 Qualité : résolution axiale La résolution axiale dépend de la fréquence : plus la fréquence est élevée et donc la longueur d onde petite meilleure est la résolution (0, 3 mm à 5 MHz, 75 µm à 20 MHz). Mais la pénétration des US est inversement proportionnelle à la fréquence. Donc, tout examen US est un compromis entre finesse de l image et profondeur d exploration : peau : 30 MHz thyroïde : 7-15 MHz abdo : 3-5 MHz

39 Qualité : résolution axiale A 4 images B 2 images

40 Qualité : résolution axiale Thyroïde 3-5 MHz Thyroïde 8-15 MHz

41 Qualité : résolution latérale 1.La focalisation Les US ont tendance d abord à converger puis à diverger La résolution latérale est maximale là où le faisceau est le plus étroit La focalisation électronique du faisceau permet d en réduire l épaisseur

42 Qualité : résolution latérale Focalisation au milieu du foie Focalisation en surface

43 Qualité : résolution latérale 1 zone de focalisation 4 zones de focalisation (cadence d images )

44 Qualité : résolution latérale 2.Le type de sonde Sectorielle : grand champ de vue mais distorsion de l image latéralement Linéaire : pas de distorsion mais champ de vue limité

45 Qualité : résolution latérale Sectorielle Linéaire

46 Qualité : résolution latérale Sonde sectorielle Sonde linéaire

47 Qualité : résolution latérale Focalisation moins bonne latéralement avec une sonde sectorielle étudier les détails dans l axe de la sonde.

48 Qualité : résolution en épaisseur Ne peut être réglée par l opérateur Dépend de la nature /qualité de la sonde (épaisseur des éléments PZE, lentilles acoustiques etc )

49 Conduite d un examen Choix de la sonde : fréquence forme (sectorielle, linéaire, endo-cavitaire ) dépend de la région anatomique à explorer (abdomen, cou, cerveau nouveau-né, pelvis ) Gel : propagation des US dans l air médiocre!!! Focalisation : réglage manuel pendant l examen

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51 Cafteur! J en vois deux qui dorment au fond!

52 Choix de la sonde Endo Abdo Superficiel Pédia

53 Conduite d un examen

54 Les artéfacts Réflexion : images en miroir Réfraction Ombres acoustiques Renforcement postérieur Réverbération Faisceaux accessoires et effets de volume partiel

55 Artéfacts : images en miroir

56 Poumon Diaphragme Foie

57 Artéfacts : images en miroir Air = miroir acoustique «Les US se propagent en ligne droite»

58 Artéfacts : réfraction «Les US se propagent en ligne droite»

59 Artéfacts : réfraction Faisceau tendon Faisceau oblique Anisotropie (tendons, muscles)

60 Artéfacts : réfraction Effets de bord

61 Artéfacts : réfraction Si l axe d une partie du faisceau est oblique p/r interface foie/graisse, cette partie est déviée pseudo duplication du pôle sup du rein

62 Artéfacts : réfraction

63 Artéfacts : ombres acoustiques Une structure très absorbante (os, métal, ca ++ ) arrête les US ombre acoustique dans l axe du faisceau.

64 Artéfacts : ombres acoustiques

65 Artéfacts : renforcement postérieur Les US traversent une structure qui ne produit pas d échos pas de perte d énergie du faisceau les structures situées derrière génèrent plus d échos (liquides ou solides très homogènes)

66 Artéfacts : renforcement postérieur Kyste biliaire

67 Artéfacts : réverbération Survient quand 2 interfaces parallèles très réfléchissantes et superficielles sont insonées par le même faisceau des échos sont emprisonnés entre les 2 et génèrent des échos de répétition ex : plaie pénétrante testicule air près de la surface et échos piégés entre la sonde et l air

68 Artéfacts : faisceaux accessoires 99 % de l énergie acoustique dans un faisceau principal dans l axe de la sonde 1 % de l énergie dans des faisceaux accessoires qui divergent de l axe principal

69 Artéfacts : faisceaux accessoires Effet de «volume partiel» Les échos parasites ne se voient pas nettement dans les tissus très «échogènes» (bruit) mais peuvent se voir dans les structures liquidiennes (VB) qui sont «anéchogènes»

70 Artéfacts : faisceaux accessoires Echo parasite (gaz digestif) dans la VB

71 Conclusion : Echographie = technique d approche de la réalité anatomique et fonctionnelle du corps humain. L échographie n est pas la réalité. Les images peuvent être fausses ou imprécises, les mesures erronées. Il faut être conscient des limites et connaître les principes physiques qui sous-tendent la technique. Il faut aussi rester très modeste, et au besoin se faire aider par des spécialistes (physiciens, statisticiens, biologistes etc )

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