BASES PHYSIQUES DES ULTRASONS Objectif du cours • Définir la gamme de fréquence des ultrasons • Connaître le rapport entre la fréquence et la profondeur d’exploration. • Définir la réflexion des ultrasons et ses conséquences • Définir l’effet doppler et ses conséquences • Citer 3 modes de présentation de l’image échographique • Citer 3 avantages et 3 inconvénients de l’examen d’échographie GÉNÉRALITÉS • Les sons sont des ondes mécaniques qui induisent une vibration du milieu dans lequel ils se propagent et interagissent avec ce milieu • Histoire - 1822: J D Colladon et C F Sturm mesure la vitesse du son sur le lac de Genève V=1435 m/s - 1877: publication de « The Theory of the sound » par Rayleigh - 1880: découverte de l’effet piezzo-électrique par les frères Curie GÉNÉRALITÉS • Sons Les sons sont des ondes mécaniques nécessitant un milieu matériel et élastique. Ils n’appartiennent pas aux ondes électromagnétiques Ils se propagent de proche en proche et induisent des variations de pression locales du milieu. Caractéristique physique : fréquence et longueur d’onde GÉNÉRALITÉS • Vitesse du son (c=célérité) c = λ*f λ longueur d’onde, f fréquence en Hz GÉNÉRALITÉS • Gamme des sons - infrasons < 20 Hz - sons audibles 20 Hz < f < 20 kHz - ultrasons 20kHz < f < 200 MHz - hypersons > 200 MHz • Ultrasons Ce sont des ondes sonores dont la fréquence varie entre 20 kHz et 200 MHz GÉNÉRALITÉS • Vitesse du son - longueur d’onde - dépend du milieu c = f (B, ρ) B: incompressibilité du milieu Valeur moyenne en US 1540 m/s Milieu air poumons graisse foie muscle os Densité ρ 1.3 300 924 1061 1068 1913 c en m/s 343 600 1410-1470 1535-1580 1545-1631 2100-4080 GÉNÉRALITÉS • Corrélation entre λ et F - à 2 MHz, λ = 0,77 mm - à 5 MHz, λ = 0,31 mm - à 10 MHz, λ = 0,15 mm • Conséquences - V (cte): si F ↑ λ↓ meilleure sera la résolution du système. - V (cte): si F ↑ atténuation du faisceau us ↑ et la pénétration sera moins bonne. II. INTERACTION US ET MATIERE 1. Impédance acoustique • Impédance acoustique (Z) - caractérise la réponse du milieu aux US - son aptitude à reprendre sa forme originelle après déformation - grandeur physique Z en kg/m2.s 2. Notion d’interface • La séparation entre 2 milieux d’impédance acoustique différente s’appelle interface • Caractéristiques de l’interface - Importance liée aux IA des milieux - Forme : plane ou incurvée - Orientation par rapport au faisceau - Rugosité - Taille par rapport à la longueur d’onde • Des différences d’IA sont à l’origine des modifications dans la transmission du faisceau US 3. Propriétés des ultrasons • Caractérisent le comportement des ultrasons dans les milieux traversés • Les propriétés suivantes seront étudiées - réflexion - réfraction - atténuation - diffusion - absorption PROPRIÉTÉS DES US • Réflexion et réfraction • Équations – Coefficient de réflexion (R) Ir= intensité onde réfléchie I0= intensité onde incidente • Équations – Coefficient de transmission (T) It= intensité onde transmise I0= intensité onde incidente T=It/I0 • Conséquences - 2 milieux d’IA proche Z1=Z2 - 2 milieux d’IA différentes Z1 diff Z2 • Le système de détection nécessite que au moins 1% de l’énergie soit réfléchie. 99% de l’énergie est transmise pour l’exploration en profondeur. PROPRIÉTÉS DES US • Diffusion Ré émission dans toutes les directions de l’espaces d’une petite fraction de l’énergie ultrasonore • Absorption Elle est due à la transformation de l’énergie mécanique en chaleur par des phénomènes de friction interne PROPRIÉTÉS DES US • Atténuation Elle résulte des différentes interaction de l’onde sonore avec le milieu. L’intensité initiale diminue selon la formule I = I0.e-μα - I = intensité résiduelle - I0 = intensité incidente - α = épaisseur traversée - μ = coefficient d’atténuation du milieu traversée • Pour les tissus mous l’absorption est de 0,5 dB/cm/MHz • Dans les conditions habituelles de diagnostic médical, l’atténuation dans les tissus mous est de 0,3 à 1,5 dB/MHz/cm. • TGC (contrôle du gain d’échogénicité) zone par zone • L’atténuation est très forte dans l’os et dans le poumon; 10 dB/cm/MHz et 20dB/cm/MHz respectivement. • Os et l’air ne peuvent être explorés en profondeur dans les conditions normales Chaine échographique • Sonde - matériau piezzo électrique - énergie mécanique ……. énergie électrique et vice versa - émettrice des US mais aussi réceptrice • Moniteur d’écran : outil informatique de rendre l’image sous différentes modes - mode A (amplitude) - Mode TM (temps mouvement) - Mode B (brillance) - Mode doppler (différentes formes) Mode A • Déviation de la ligne de base pour chaque écho réceptionné, l’amplitude est proportionnelle à l’échogénicité de l’interface Mode B • L’amplitude des échos réceptionnée est codée en échelle de gris • Du blanc au noir avec toutes les nuances possibles • Plus l’amplitude est importante plus la brillance est élevé Mode TM (temps mouvement) • Permet de suivre une ligne d’exploration dans le temps. Très utile en cardiologie III. EFFET DOPPLER 1. 2. 3. Définir l’effet doppler et en donner la formule décrire à partir du tracé spectral les 3 types d’artère Décrire 2 caractéristiques du tracé spectral d’une veine Effet Doppler • Définition Variation de la fréquence observée lorsqu’il y a un mouvement relatif entre la source et l’observateur. Christian Doppler Effet Doppler • Il matérialise la différence de fréquence entre 2 objets en mouvement • Sa formule fd = 2.(v/c).f.cosα - fd = fréquence doppler - v = vitesse de déplacement des GR - f = fréquence d’émission de la sonde - α = angle d’incidence des ultrasons - c = célérité des ultrasons Effet Doppler • Conséquence - codage du sens du flux - flux positif (fd > 0) se rapproche du transducteur - flux positif (fd<0) s’éloigne de la sonde - la fréquence doppler appartient au spectre des sons audibles • Codage – Doppler couleur • Négatif = Bleu – flux qui s’éloigne de la sonde • Positif = Rouge – flux qui se rapproche de la sonde • Codage – Doppler pulsé • Fenêtre doppler en profondeur • Correction d’angle autour de 55° (pour la vitesse) • Tracé spectral • Paramètres du tracé specral • Tracé spectral – Ligne de base » Positif = au dessus de la ligne de base » Négatif = au dessous de la ligne de base – Vitesse systolique maximale VSM – Vitesse télédiastolique VDM – Vitesse moyenne VM – Index de résistante = VSM-VDM/VSM • Différents types d’artère (3) – Tracé de basse résistance • Diastolique positive IR 0,5 à 0,7 • Exemple - artères rénales - artères cérébrales Carotide interne • Différents types d’artère – Tracé de haute résistance • Triphasique (IR proche de 1) • Exemple des artères à destinée musculaire – Artères des membres inférieurs par exemple – Artère carotide externe Carotide externe Artère iliaque externe • Différents types d’artère – Artères mixtes • • Artère carotide commune Aorte Carotide commune Tracé veineux • Vaisseaux de basse pression – Flux plus lent – Influence respiratoire du tracé – Influence de l’oreillette – Influence des manœuvre de Valsalva • Veine normale = pas de flux Influence auriculaire Influence respiratoire Influence en Valsalva Mode Doppler énergie • Ici c’est l’énergie des GR qui est codé - plus sensible aux petites vitesses - s’affranchit de la direction du flux - s’affranchit des phénomènes de turbulences des vaisseaux Indication en échodoppler • Large • Complément d’examen mode B • Exploration artérielle ou veineuse • Recherche de thrombose veineuse • Recherche d’insuffisance veineuse • Recherche d’une HTA réno-vasculaire IV. Sémiologie de base en échographie 1. Décrire une image échographique de lithiase 2. Décrire une image échographique d’une structure liquidienne 3. Décrire une image échographique d’une structure tissulaire • Échogénicité = niveau de gris – Anéchogène avec renforcement postérieur des échos • couleur noire • eau et apparenté • Vésicule biliaire • Vessie, kyste… – Anéchogène avec de fins échos • Sang , pus, au autre « liquide impur » – Hypoéchogène : se rapproche du noir • les tissus – Échogène : nuance de gris • Foie, rate , rein – Hyperéchogène : couleur blanc Anéchogène avec de fins échos Lésion anéchogène finement échogène = hémorragie, abcès (pus) Image échogène = nuance de gris Image anéchogène = liquide Image anéchogène avec renforcement postérieur des échos • Image fortement échogène avec cône d’ombre postérieur – Lithiase – os Image échogène avec cône d’ombre postérieur = lithiase Image hyperéchogène avec cône d’ombre postérieur (vide acoustique) Lithiase vésicule biliaire V. REALISATION DE L’EXAMEN Réalisation de l’examen • Salle spacieuse • Demi-éclairée • Lit de patient confortable – Classiquement à droite de l’opérateur – L’opérateur en face de l’écran • Respecter la pudeur des patients et leur intimité • Faire découvrir la région à examiner Respecter la pudeur du patient Indication de l’echographie ou l’échodoppler • Large gamme de pathologie (abdominale, pelvienne, cervicale, mammaire, thoracique.. • Guidage de geste de biopsie • Thérapeutique – Infiltration – Ablation tumorale… Avantages et inconvénients de l’échographie Avantages Disponible Accessible Reproductible à volonté Aucune conre-indication Aucun effet secondaire connu Inconvénients Barrage gazeux Operateur dépendant (formation approfondie + éthique) Incomplétude de l’examen Artefacts • Image en miroir = interface courbe • Réverbération= structures réfléchissantes • Scintillement = doppler couleur lithiase • Queue de comète = air • Cône d’ombre postérieur = lithiase Conclusion • Examen d’utilisation large • Bon appareillage • Bonne formation • Aucune contre indication MERCI DE VOTRE ATTENTION