Artéfacts : réverbération

Bases physiques de
l’échographie
•
•
Principes généraux
Propriétés des ultra-sons
•
Interactions des ultra-sons avec les tissus :
1)
2)
3)
4)
•
•
•
•
Réflexion
Diffusion
Réfraction
Atténuation
Construction de l’image
Qualité de l’image
Déroulement d’un examen échographique
Les artéfacts :
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Images en miroir
Artéfacts de réfraction
Ombres acoustiques
Renforcement postérieur
Réverbération
Faisceaux accessoires
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 )
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 )
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
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)
Propriétés des US
Propriétés des US
• La vitesse de propagation des US dépend de
l ’élasticité/densité du milieu
• 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
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 )
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
Interactions US/Tissus
• Réflexion
• Diffusion
• Réfraction
• Atténuation
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
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
Réfraction
• Si US au contact d ’une interface
oblique :
→ une partie est réfléchie avec
un angle θγ = θR
→ une partie est transmise mais
est déviée : le rapport θγ / θI
dépend du rapport C1/ C2
⇓
• Pertes de signal et distorsions des
images
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
Atténuation
• L ’énergie US Ô 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
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
Allez,
courage !
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
Qualité de l ’image
Résolution axiale
Résolution
latérale
Résolution en
épaisseur
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
Qualité : résolution axiale
A
⇒ 4 images
B
⇒ 2 images
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
1 zone de focalisation
4 zones de focalisation
(cadence d ’images Ô)
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 /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 : propagation des US dans l ’air médiocre !!!
• Focalisation : réglage manuel pendant l ’examen
Cafteur !
J’en vois deux
qui dorment au
fond !
Choix de la sonde
Endo
Abdo
Superficiel
Pédia
Conduite d ’un examen
Les artéfacts
•
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•
•
Réflexion : images en miroir
Réfraction
Ombres acoustiques
Renforcement postérieur
Réverbération
Faisceaux accessoires et effets de volume
partiel
Artéfacts : images en miroir
Poumon →
Diaphragme →
Foie →
Artéfacts : images en miroir
• Air = miroir acoustique
• « Les US se propagent
en ligne droite »
Artéfacts : réfraction
« Les US se propagent
en ligne droite »
Artéfacts : réfraction
Faisceau ⊥ tendon
Anisotropie
(tendons,
muscles)
Faisceau oblique
Artéfacts : réfraction
Effets de bord
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
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 du
faisceau ⇒ les structures
situées derrière génèrent
plus d ’échos (liquides
ou solides très homogènes)
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
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
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 »
Artéfacts : faisceaux accessoires
Echo parasite (gaz digestif) dans la VB
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…)