Echographie par ultrason

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
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 »
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.