Imagerie par échographie US
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Imagerie par échographie US (merci à Salah Ouertani) • US (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 ) • 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: • distance = v.t/2 où t est l’intervalle de temps entre l’émission du signal et la réception de l’écho Imagerie médicale : « insonation » d’un champ d’exploration (corps) les organes/tissus renvoient des échos plus ou moins intenses une image anatomique est reconstituée par calculs • US en échographie = onde mécanique d’une fréquence de 2 à 15 MHZ • Phénomène piézoélectrique: – la déformation mécanique d’un cristal de quartz (suite à une variation de pression par exemple) induit une différence de potentiel que l’on peut mesurer = récepteur de l’US – à l’inverse, une tension variable appliquée au cristal le fait vibrer mécaniquement et engendre une onde US = source émettrice d’US 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 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 Rappel La vitesse d’une onde lumineuse dépend du milieu que l’on caractérise par un indice de réfraction. Pour l’US, le milieu traversé est caractérisé par son impédance acoustique Z qui dépend de la masse volumique du milieu et de la vitesse de propagation v de l’US: Z = v L’interface entre deux milieux d’impédances acoustiques différentes va induire une modification dans la direction de la trajectoire de l’US. D’où apparition de réflexion diffusion réfraction atténuation Réflexion •Onde incidente interface 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 réflexion totale 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 Faisceaux accessoires et effets de volume partiel Artéfacts : images en miroir objet cible image Artéfacts : images en miroir • Air = miroir acoustique • « Les US se propagent en ligne droite » objet cible image Artéfacts : réfraction « Les US se propagent 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 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 », mais peuvent se voir dans les structures liquidiennes 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.
