Imagerie par échographie US (merci à Salah Ouertani) US = ultra-son (f > 20 000 Hz) Echographie = utilisation des ultra-sons à des fins diagnostiques: - méthode non-invasive - imagerie des organes
Principe: Une sonde émet un faisceau US qui se propage à une vitesse v connue dans une direction connue. Réflexion du faisceau sur un obstacle: cet écho est détecté par la sonde à un temps t après l émission. Connaissant v et ayant mesuré t, la distance sonde obstacle est calculée: d = v. t/2
Imagerie médicale : «Insonation» d un champ d exploration (corps) dont les organes/tissus renvoient des échos plus ou moins intenses. Une image anatomique est reconstituée par calculs à partir de la mesure de la position des obstacles réfléchissants et de l intensité des échos.
US en échographie = onde mécanique d une fréquence de 2 à 15 MHz Production et détection d une onde US par la sonde grâce à la propriété piézoélectrique de certains cristaux: production: une tension électrique variable appliquée au cristal entraîne sa vibration mécanique qui se transmet au milieu extérieur sous forme d une onde US. détection: l onde US engendre la vibration mécanique du cristal qui induit une différence de potentiel mesurable.
Rappel: vitesse d une onde sonore dans un milieu v B où B est le coefficient de compressibilité Impédance acoustique (définition): Z B En combinant, on trouve: Z = v Donc, l onde se propage à des vitesses différentes dans des milieux d impédance acoustique différente. (analogie: indice de réfraction fonction de la vitesse pour les ondes lumineuses)
Propriétés des US La vitesse de propagation des US dépend de la nature du milieu (densité, élasticité) air 330 m.s -1 os 3000-4000 m.s -1 eau 1540 m.s -1 graisse 1450 m.s -1 muscle 1600 m.s -1 foie 1550 m.s -1 vitesse «moyenne» 1540 m/s
Approximations (hypothèses simplificatrices): Pour effectuer les calculs de position de l obstacle, on considère que l US se propage: - en ligne droite - à une vitesse moyenne de 1540 m/s
Le milieu traversé par l US est caractérisé par son impédance acoustique Z (qui dépend de l élasticité et de la densité du milieu, et donc de la vitesse de propagation): Z = v L interface entre deux milieux d impédances acoustiques différentes va avoir un effet sur l onde incidente: apparition de réflexion diffusion réfraction et en plus, il y a une atténuation le long de la trajectoire.
Réflexion Onde incidente interface (sinon pas de détection de l onde réfléchie) une partie est réfléchie vers la sonde (écho) l autre partie poursuit son trajet Intensité de l onde réfléchie dépend de la différence d impédance interface air/tissu tout est réfléchi!
Diffusion multiples petites interfaces noncoplanaire 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
Réfraction Si US incident frappe une interface oblique : une partie est réfléchie avec un angle = R une partie est transmise mais est déviée : le rapport / I dépend du rapport Z1/Z2 Pertes de signal et distorsions des images
Réfraction Rappel: à la différence d impédance est associée une différence de vitesse, responsable de la modification de direction du faisceau réfracté déviation angulaire
Atténuation L énergie US diminue exponentiellement avec la profondeur d exploration L atténuation est proportionnelle à la fréquence, ou la pénétration est inversement proportionnelle à la fréquence : 10 MHz 2-3 cm 3.5 MHz > 15 cm
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
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
Construction de l image Le signal électrique est d autant plus intense que l écho est intense càd que l interface est réflective
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
Qualité de l image Résolution axiale Résolution latérale Résolution en épaisseur
Qualité : résolution axiale A 4 images B 2 images
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 m 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
Qualité : résolution axiale Thyroïde 3-5 MHz Thyroïde 8-15 MHz
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
Qualité : résolution latérale Focalisation au milieu du foie Focalisation en surface
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
Qualité : résolution latérale Sectorielle Linéaire
Qualité : résolution latérale Sonde sectorielle Sonde linéaire
Qualité : résolution latérale Focalisation moins bonne latéralement avec une sonde sectorielle étudier les détails dans l axe de la sonde.
Qualité : résolution en épaisseur Ne peut être réglée par l opérateur Dépend de la nature et de la qualité de la sonde (épaisseur des éléments PZE, lentilles acoustiques etc )
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 : pour éviter la couche d air entre la sonde et la peau Focalisation : réglage manuel pendant l examen
Choix de la sonde Endo Abdo Superficiel Pédia
Conduite d un examen
Les artéfacts Réflexion : images en miroir Réfraction Ombres acoustiques Renforcement postérieur Réverbération
Artéfacts : images en miroir objet cible image
Artéfacts : images en miroir Air = miroir acoustique calcul de la position sur base de «l US se propage en ligne droite» image objet cible
Artéfacts : réfraction calcul de la position sur base de «l US se propage en ligne droite»
Artéfacts : réfraction
Artéfacts : ombres acoustiques Une structure très absorbante (os, métal, ca ++ ) arrête les US ombre acoustique dans l axe du faisceau.
Artéfacts : ombres acoustiques
Artéfacts : renforcement postérieur Les US traversent une structure qui ne produit pas d échos pas de perte d énergie or corrections informatiques pour compenser la diminution de signal, donc amplification inappropriée des échos au-delà de la structure.
Artéfacts : renforcement postérieur Kyste biliaire
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
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 Nécessite de comprendre les principes physiques qui sous-tendent la technique.