ECHOGRAPHIE I PROPRIETES PHYSIQUES DES ULTRASONS. 1) Définition des ultrasons

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1 1 ECHOGRAPHIE Définition : technique d imagerie médicale basée sur la réflexion d ondes ultrasonores au niveau de l interface de milieux ayant des impédances acoustiques différentes. I PROPRIETES PHYSIQUES DES ULTRASONS 1) Définition des ultrasons Ondes acoustiques dont la fréquence est comprise entre 20 KHz et 200 MHz ondes acoustiques : vibrations périodiques d un milieu matériel se transmettant de proche en proche < 20 Hz infrasons 20 Hz 20 KHz sons 20 KHz 200 MHz ultrasons > 200 MHz hypersons

2 2 Pour l échographie, seules les fréquences de 1 à 10 MHz sont utilisées. 2) Propagation des ultrasons * Célérité des US : C = 1 χ. ρ masse volumique compressibilité du milieu C ne dépend que de la nature du milieu Par ordre croissant : Os > tissus mous eau > air * Longueur d onde : λ (m) = C (m.s -1 ) F (s -1 ) * La résolution spatiale est d autant meilleure que : - la longueur d onde (λ) est faible - la fréquence (F) est élevée. 3) Atténuation du faisceau d ultrasons = diminution de l énergie transportée en fonction de la distance parcourue dépend : - de l absorption - réflexion, réfraction

3 3 a. Atténuation par absorption = énergie dissipée sous la forme de chaleur décroissance exponentielle E = E 0 x e -α.x α : coefficient d atténuation par absorption (m -1 ) : dépend (1) de la nature des tissus (très important pour l air et les os) (2) de la fréquence de l onde US (F) α = K. F 2 coefficient de proportionnalité

4 4 b. Atténuation par réflexion-réfraction Survient au niveau d interfaces acoustiques = surfaces séparant deux milieux ayant des impédances acoustiques différentes Impédance acoustique : Z = ρ. C * Faisceau d US perpendiculaire à l interface Fi : faisceau incident d énergie Ei Fr : faisceau réfléchi d énergie Er Ft : faisceau transmis d énergie Et Les 3 faisceaux ont une même direction Fr est capté par la sonde Un «écho» est enregistré L amplitude de l écho est d autant plus importante que les impédances des 2 milieux sont différentes. E r = (Z 1-Z 2 ) 2 = R (coefficient de réflexion) E i (Z 1 +Z 2 ) 2

5 5 * Faisceau d US non perpendiculaire à l interface αr = - αi le signal réfléchi (écho) ne peut être directement capté par la sonde αt αi (C 2.sin αt = C 1.sinαi) le faisceau transmis est dévié (faisceau réfracté)

6 6 II PRODUCTION ET RECEPTION DES ONDES US Sondes d échographie = transducteurs ultrasonores = transforment l énergie mécanique (US) en énergie électrique et réciproquement 1) Principe de la piezo-électricité Certains cristaux (céramiques) se déforment si on leur applique une DDP * Une DDP alternative de fréquence F génère une onde acoustique de fréquence F émission de l onde US * Réciproquement : les déformations mécaniques générées par le faisceau réfléchi (écho) induisent une DDP alternative de même fréquence enregistrement des échos 2) Les US sont émis par trains d ondes successifs Pas d interférence entre ondes émises et réfléchies

7 7 3) Les faisceaux d US sont focalisés diminue la largeur du faisceau améliore la résolution spatiale III LES DIFFERENTS MODES D ECHOGRAPHIE 1) Mode A = échographie d amplitude Représentation graphique de l amplitude des signaux recueillis (échos), en fonction du délai émission-réception La célérité des US est presque constante dans les différents tissus mous

8 8 Les délais émission-réception permettent de calculer des distances (taille d un organe, ) 2) Mode B = échographie de brillance Les échos sont représentés : - directement en fonction de la distance - sous la forme de points lumineux, d autant plus lumineux que le coefficient de réflexion est important Distance 2 applications du mode B imagerie bidimensionnelle mode TM * Imagerie bidimensionnelle

9 9 - Principe : le déplacement du faisceau dans un plan permet d obtenir une «image» du plan en temps réel (30 à 100 images/s) - Le déplacement du faisceau peut être mécanique ou électronique Mécanique : rotation du cristal émetteur ou d une surface réfléchissant les US Electronique : des cristaux placés côte à côte, émettent des US à tour de rôle

10 10 * Mode TM (temps, mouvement) La direction du faisceau est invariable On enregistre les échos en fonction du temps Très utilisé en cardiologie

11 11 L EFFET DOPPLER A) PRINCIPE Un faisceau d US réfléchi par une interface acoustique mobile change de fréquence. Cette variation de fréquence caractérise l effet Döppler. F = F 0 - F 1 = 2. F 0. V. Cos θ C F 0 : fréquence du faisceau incident F 1 : fréquence du faisceau réfléchi V : vitesse de déplacement de l interface (m/s) θ: angle entre les directions du faisceau d US et du déplacement de l interface. C : vitesse du son dans les tissus biologiques (m/s)

12 12 * Utilisation médicale : mesure de la vitesse du flux sanguin Effet Döppler sur l interface GR/plasma V = C. F 2. F 0. Cos θ L angle θ doit être le plus proche possible de 0 (<20 ) Faisceau d US aligné dans la direction du flux sanguin. Principales utilisations cliniques : Représentation cartographique des flux sanguins (Döppler couleur) Mesure du gradient de pression trans-sténotique ( 4. V 2 )