1.3_ACOUSTIQUE_Echographie & applications.pdf

ACOUSTIQUE
Pr AMOUSSOU-GUENOU K.M.
Dr HOUNDETOUNGAN G.D.
Année académique: 2023-2024
UFR: Médecine/Pharmacie
Deuxièmes années
Université d’Abomey-Calavi
Faculté des Sciences de la Sante
CODE:UE PBP 1703 & PBP 1803

PLAN
 Généralités
 Caractéristiques des sons
 Propriétés des sons
 Biophysique de l’audition
 Bases physiques de l’échographie
 Autres applications des ultrasons
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BASES PHYSIQUES DE L’ÉCHOGRAPHIE
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 Principe général de fonctionnement
 Sonde échographique
 Signal détecté
 Différentes modalités
 Aspects techniques
 Sémiologie de base
 Effets biologiques et sûreté

 Un émetteur (E) à ultrasons émet de
courtes impulsions ultrasonores à
intervalles réguliers T0 ( > temps de
réception de l’écho pour éviter les
interférences entre l’onde émise et
l’onde réfléchie)
 Ces impulsions se propagent dans les
milieux biologiques avec une célérité c
spécifique au milieu
4
 Lorsqu’elles rencontrent une
interface (I), elles se
réfléchissent et reviennent sous
forme d’écho au récepteur (R)
 Celui-ci calcule la distance (d) le
séparant de la cible sur la base
du temps (Dt) écoulé entre
l’émission du signal et la
réception de l’écho

 c =
2.d
Dt
⇔ d =
c.Dt
2
 Principe fondé sur la réception des
échos ultrasonores renvoyés par
les surfaces de discontinuité
d’impédances situées dans les
tissus
 Construction de l’Image
Échographique: identifier, localiser et
caractériser l'interface
5
E: émetteur R: récepteur I: Interface

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SONDE ULTRASONORE
Production et détection des ultrasons
CONVERSION ET AMPLIFICATION DU SIGNAL
Conversion signal analogique – digital, amplification du signal digital
TRAITEMENT DU SIGNAL
Compensation de gain, compression logarithmique, seuillage
FORMATION DE L’IMAGE

7
Sondes

 Emetteur et un récepteur
d’ultrasons utilisant le principe
de piézo-électricité (indirecte
pour l’émission et directe pour la
réception)
 Transducteur: très fragile
 Lamelles de quartz (élément
naturel) ou de céramique PZT
(Titano-Zirconate de Plomb)
8 Sonde échographique
 Eléments piézo-électriques

 Effet direct : polarisation électrique sous l'action d'une contrainte mécanique
 Effet inverse : possibilité de se déformer sous l’action d’un champ électrique
9
Sonde échographique : effet piézo-électrique

10 Sonde échographique: caractéristiques
Fréquence MHz
Pouvoir de
pénétration (a)
Résolution
spatiale (b)
Forme Exploration
Basse 2 – 3,5
Elevée
15 – 20 cm
Mauvaise Convexe (c)
Organes profonds: reins, vaisseaux
profonds
Moyenne 3,5-7,5
Intermédiaire
4 – 8 cm
Intermédiaire Variable Organes abdominaux intrapéritonéaux
Elevée 7,5-20
Faible
< 2 cm
Bonne Linéaire (d)
Organes superficiels: thyroïde, vaisseaux du
cou
(a) Inversement proportionnelle à la fréquence: loi de décroissance exponentielle
(b) Pouvoir de dissocier 2 structures voisines, distance minimale entre 2 structures pour avoir deux
images distinctes
(c) Faisceaux d’US en éventail dont la surface augmente avec la profondeur
(d) Faisceaux linéaire, de surface constante explorant une zone de petite taille

11 Sonde échographique: caractéristiques
Sonde linéaire Sonde convexe

 Les ultrasons réfléchis sont reçus par la sonde et générèrent un signal
électrique par effet piézo-électrique direct
 Le signal électrique est amplifié et traité par un par un système
informatique pour donner l’image définitive
12
 Signal détecté

 Principe
o Déviation de la ligne de base d’un oscilloscope pour chaque écho réceptionné
o Amplitude proportionnelle à l’échogénicité de l’interface
 Informations obtenues
o Distance entre les interfaces (objets ou structures) et la sonde
o Amplitude relative des échos ultrasonores
o Type de structures : échogène ou anachogène
 Caractéristiques
o Mesures de la dimension des objets ou structures
o Information unidimensionnelle
o Pas d’enregistrement du mouvement
13  Différentes modalités
 Mode A (Amplitude)
Intéressant en ophtalmologie (décollement rétinien)

14  Différentes modalités
 Mode A (Amplitude)
Intéressant en ophtalmologie (décollement rétinien)

 Principe de fonctionnement
Représentation des différents échos sous forme de points brillants (Brillance = fonction du
coefficient de réflexion R)
 Types d’échographie Mode B
o Mode B statique
Déplacement de la sonde suivant une ligne directrice pour caractériser l’image écho
o Mode B en temps réel : échographie dynamique
Techniques de focalisation pour permettre des cadences d’images suffisantes
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 Mode B (Brillance ou intensité)

 Caractéristiques du Mode B statique
o Visualisation de coupes anatomiques
o Visualisation du mouvement en 2D
o Résolution temporelle limitée par le débit d’images
 Caractéristiques du Mode B dynamique
o Informations précises sur la dimension des structures
o Excellente résolution temporelle
o Informations précises sur le mouvement des
réflecteurs
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 Mode B (Brillance)
 Exemples
o Échographie rénale
o Échographie hépatique

o Principe dérivé de l’échographie mode B
o Représentation du mouvement des structures échogènes
 Caractéristiques du Mode TM
o Détermination du mouvement des points caractérisant une structure échogène
o Incapacité de délivrer l’image de la structure échogène
 Exemple: cinétique ventriculaire
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 ModeTM (temps mouvement)

o Réflexion d’une onde ultrasonore par les globules rouges
o Modification de la fréquence de l’onde ultrasonore (liée à la vitesse de
déplacement du sang par rapport à l’émetteur ou au récepteur)
o La fréquence de l’onde réfléchie est modifiée par rapport à l’onde incidente
d’une quantité proportionnelle à la vitesse des hématies
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 Mode Doppler

 Types de vélocimétrie Doppler
o Vélocimétrie à émission continue: estimation de la vitesse d’écoulement
sanguin
o Vélocimétrie à émission pulsée (notion de portes électroniques):
reconstitution du profil des vitesses
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 Mode Doppler:vélocimétrie Doppler

 Caractéristiques de vélocimétrie Doppler
o Vélocimétrie à émission continue:
- Une sonde (deux transducteurs A et B) :A = émission – B = réception
- Mesure des flux moyens de vitesse
o Vélocimétrie à émission pulsée:
- Une sonde : émission et réception (principe de l’échographie)
- Détermination des profils de vitesse
20

 Expression de la vitesse
 Soit VS la vitesse de la source sonore
et soitVR la vitesse du récepteur
 La fréquence apparente FR d'une
source sonore de fréquence
constante FR
 FR = F
c − VR
c − VS
 DF = FR – F =
c − VR
c − VS
− 1 F
21
 En admettant VS = Vi et vitesse de la
source sonore et soitVR = − Vi
 DF =
2Vi
c −Vi
F
 Or Vi = V.cosq et V << c
 DF =
2VF
c
cosq V =
cDF
2Fcosq
q
q: angle entre l’axe de la sonde et
l’axe du vaisseau

 Permet d’éviter une réflexion totale des US à l’interface air-peau
22
 Application du gel sur la peau
Interface air-peau gel-peau
aR 0,99 0,001
aT 0,01 0,999

 Le gain est la compensation de la
perte d’énergie des ultrasons lors de
leur traversée des tissus. Plus la
distance traversée est grande plus la
perte sera importante
I(x) = I0e– a.x avec x = ct
G = e+a.x = e+act
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 Gain en profondeur G

 La focalisation permet de maintenir la
géométrie du faisceau d’US et d’ éviter
ainsi la dispersion des US
 La focalisation réduit le champ de vue
et améliore la résolution spatiale
 Deux méthodes: focalisation
acoustique, focalisation électronique
24
 Focalisation

 Anéchogène : tissu qui ne renvoie pas d'écho, apparaissant noir (vessie)
 Isoéchogène : tissu/organe générateur d’écho (foie)
 Hypoéchogène : qui ne génère que peu d’échos, donnant des plages d’un gris très
sombre, proches du noir sur l’écran de l’échographe
 Hyperéchogène : tissu qui renvoie beaucoup d’échos, apparaissant blanc
25
 Sémiologie de base
 Echogénécité

Isochogène
26  Sémiologie de base
 Echogénicité
Anéchogène & Hypoéchogène
Hyperéchogène
Anéchogène

 Structures anéchogènes
o Liquides
o Renforcement postérieur
 Echogénicité
 Structures hyperéchogènes
o Calcifications
o Cône d’ombre postérieur

 La diffusion a pour effet de disperser l’énergie incidente dans toutes les
directions de l’espace, de façon quasi homogène
 Elle se produit lorsque les cibles réfléchissantes sont de très petites
dimensions, donc proches de ou inférieures à la longueur d’onde
ultrasonore
 Tel est le cas des globules rouges dont le diamètre moyen est de 7 μm alors
que la longueur d’onde des ultrasons se chiffre en millimètres. C’est par
diffusion qu’il est possible d’obtenir un signal à partir du flux sanguin en
mode Doppler
 Diffusion par les hématies

 En échographie, la diffraction se produit en particulier lorsque le faisceau
d’ultrasons atteint tangentiellement un obstacle (par exemple la paroi
latérale d’un vaisseau ou d’un kyste)
 La dispersion des ultrasons en arrière de cet obstacle a pour conséquence
de réduire l’énergie acoustique disponible, ce qui se traduit par une zone
d’ombre, ou «cône de diffraction »
 Diffraction et cône d’ombre

 Effets Biologiques
o Mécanique : Phénomène de cavitation: apparition, lors des baisses relatives de
pression au passage de l’onde ultrasonore, de cavités ou « bulles » de vide, de gaz
(antérieurement dissous) ou de vapeur
o Thermique : Phénomène d’absorption sous forme calorifique
 Sûreté
o Innocuité des ondes ultrasonores dans le cadre de l’échographie
o Pas de corrélation certaine entre l’utilisation des ultrasons et des effets néfastes sur
la structure biologique (dans le cadre du diagnostic)
30
 Effets biologiques et sûreté

AUTRES APPLICATIONS DES ULTRASONS
 Effet mécanique par US de haute fréquence focalisé
o Lithotritie
o Traitement des calcifications tendineuses
 Sonoporation : augmentation de la perméabilité aux médicaments topique (US basse
fréquence)
 Ablathermie : les techniques « HIFU » (High Intensity Focused Ultrasound) font
appel à une onde ultrasonore focalisée de haute intensité
31
 Thérapie

 L'Ablatherm® utilise la technique des ultrasons focalisés de haute intensité:
une sonde, placée dans le rectum sous anesthésie locorégionale, permet
d'envoyer des ultrasons qui, par leur concentration, provoquent une
augmentation brutale de la température (85-100 degrés) détruisant ainsi le
tissu situé dans la zone ciblée
 L'ExAblate 2000: ondes ultrasonores de haute fréquence dirigée vers le
fibrome utérin (guidé par l’IRM) sous vont provoquer une élévation de la
température des tissus ciblés, entraînant leur destruction
32
 Thérapie: ablathermie

 Première utilisation des ultrasons
 Repérage de bâtiments sous-marins ennemis
 Principe basé sur la réflexion des US pour déterminer la position de
l’obstacle
 Initialement utilisé dans le domaine militaire
 Actuellement adaptés à tous types de repérages d’obstacle
33
 Repérage d’obstacles

Les ultrasons sont utilisée en industrie à de nombreuses fins:
 Nettoyage et dégraissage
 Stérilisation
 Soudage
 Extraction
 Séchage
34
 Applications industrielles

CONCLUSION
35
 L’acoustique est une branche de la physique fondamentale pour les sciences
médicales et pharmaceutiques
 Elle permet la physiologie de l’audition depuis la transmission du son jusqu’à la
transduction sensorielle
 Elle fournit les bases physiques au diagnostic et au principe de traitement des
troubles auditifs
 L’échographie est une technique d’imagerie très importante basée sur la
réflexion des ultrasons
 L’acoustique a de nombreuses applications cliniques en médecine et en
pharmacie

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