Imagerie par échographie US - (merci à Salah Ouertani) US = ultra-son (f 20 000 Hz) Echographie = utilisation des ultra-sons à des fins ...

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

    B
 v   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      vitesse « moyenne » 1540 m/s
muscle  1600 m.s-1
foie  1550 m.s-1

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 non-
coplanaire
                
• 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   Focalisation en surface
 du foie

Qualité : résolution latérale
2.Le type de sonde

Sectorielle : grand champ   Linéaire : pas de distorsion
de vue mais distorsion de   mais champ de vue limité
l ’image latéralement

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 »             objet cible
                              image

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.