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BTIME – Les explorations ultrasonores

15/01/2018STREIFF Anne-Sophie L2 CR : BATEMAN JeanneBTIME P. Petit 22 pages

Les explorations ultrasonores

PlanA. Production des ultrasons : la sonde

I. La piézoélectricitéII. Sonde émettrice-réceptrice

B. L’onde ultrasonore et sa propagation dans les tissusC. Construction de l’imageD. La lecture conventionnelle des imagesE. les paramètres techniques modifiant l’image

I. Résolution axiale, focalisation, résolution latéraleII. Notion de dynamique et résolution temporelleIII. Les artefacts en échographieIV. Effet DopplerV. Principaux effets biologiques

Le prof est un radio pédiatre. Les ultrasons sont l’outil quotidien des radiologues. C’est un examen particulièrement performant et leur utilisation est très complexe. Analogie : ultrasons = bataille navale, envoyer un message et récupérer une information. Ils sont utilisés également dans le milieu animal par les chauves-souris. Elle est aveugle et se guide dans la nuit grâce aux ultrasons. Donc en envoyant une onde qui va heurter un obstacle, qui va de nouveau renvoyer l’onde « instantanément » (à notre échelle), on pourra alors évaluer la distance et ainsi repositionner les objets dans l’espace. .

Le scanner ou radio standard donne une image a un temps T mais l’échographie c’est l’exploration de toutes les structures en temps réel.

[Rassurez-vous il y a beaucoup d’images, et non personne ne sait comment le prof reconnaît des trucs sur les échographies.]

Les ultrasons (US) ont des applications pratiques en médecine :

- Diagnostique : l’échographie et le Doppler ; ce dernier permettant l’analyse des mouvements des liquides et la quantification du déplacement de ces mouvements (dans le langage courant on utilise le mot “échographie” pour désigner les deux).

- Thérapeutique : High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) qui utilise des fréquences particulières d’US dont le but est de délivrer des impacts et de la chaleur en un endroit particulier (utilisés pour détruire une partie de la prostate par chaleur lors d’un cancer).

L'échographie est un examen opérateur-dépendant. Mais tous les examens sont opérateurs-dépendants : pour la réalisation d’une fibroscopie digestive, un gastro-entérologue est certainement plus performant qu’un autre médecin par exemple.

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Intérêts majeurs :

- Performant +++ (tri rapide, efficace et fiable).- Non irradiant (avantage majeur notamment en imagerie pédiatrique).- Facilement accessible (il y a différents modèles : les gros appareils hyper performants qui vont coûter dans

100/200 milles euros ; il existe des appareils échographiques qui font la taille de nos portables qui sont moins performants que les gros appareils mais performants quand même. On est dans une démarche de miniaturisation et on peut ainsi déplacer l’appareil et faire des échographies en urgence. Il existe même maintenant des technologies qui permettent de faire des échographies en branchant la sonde au smartphone ! Ces petits appareils permettent de travailler dans l’urgence –> mallette échographique du SAMU)

- Peu coûteux (50 euros en moyenne, attention ce n’est pas parce qu’il est peu coûteux qu’il n’est pas efficace pour poser un diagnostic, il faut savoir adapter les examens à ce qu’on cherche).

A. Production des ultrasons : la sonde

I. La piézo-électricité

Découverte en 1880 par Pierre et Jacques Curie.

Piézoélectricité = propriété qu'a un matériau de transformer une énergie mécanique en énergie électrique et réciproquement. (Comme la vibration du cristal)

Il a donc la propriété de transformer une onde électrique en une onde acoustique. Paramètres définissant les propriétés d'un élément PE :

- Coefficient de couplage électro-acoustique - Impédance acoustique la plus proche des tissus biologiques.

ü Impédance (Z) = résistance d'un milieu à la propagation de l'onde ultrasonore (US). Ça va conditionner le type de matériel qu’on va utiliser.

ü Interface = surface de séparation entre 2 milieux de Z différents. Quand le faisceau US arrive, il traverse le tissu et va émettre un écho en retour en fonction de ce qu’il va rencontrer. Plus il y aura d’interfaces, plus il y aura de réponses différentes à cet envoi d’US. On a une onde ultra-sonore qui arrive elle rencontre un milieu si ce milieu a une très grande résistance à la pénétration des ultra-sons l’onde va faire demi-tour tout de suite et intégralement. On va avoir une image qui correspond à l’arrêt de cette onde parce qu’elle est repartie. Mais si ce milieu est en fait plus perméable à l’onde une partie de cette onde va passer par le milieu et une autre partie sera réfléchie, donc on aura l’information de cette réflexion mais on aura aussi l’information de ce qui est passé derrière.

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Vue « éclatée » d'une sonde ultrasonore L e fonctionnement : On a la lentille qui va vibrer et qui sous l’influence de l’électricité va émettre une onde. Autour des matériaux divers qui vont permettre soit de faire converger ses vibrations vers un point donné, soit de protéger la personne tenant la sonde des effets électriques ou mécanique. On va se débrouiller pour que son onde US soit émise dans un axe déterminé.

Matériaux constituant ce cristal :

En fonction du type de matériau on va avoir une qualité d'image différente. Rectangle de gauche = coefficient de couplage électro-acoustique (Kt) ; rectangle de droite = impédance acoustique (Z). Il n’y a pas un matériau idéal il y en a plusieurs types (guerre commerciale) Donc le matériel idéal (dont on ne dispose pas encore) aurait une impédance acoustique la plus basse et un coefficient de couplage le plus haut (colonne toute à droite). Par exemple, les polymères ont un très bon Z mais un coefficient de couplage moyen. Il faut trouver un équilibre dans les différents matériaux pour obtenir la meilleure sonde possible.

II. Sonde émettrice-réceptrice / !\ La sonde ne reçoit que les échos qui proviennent d'interfaces perpendiculaires au trajet des US incidents.

Plus le faisceau est perpendiculaire à la surface, meilleur sera l’écho de retour. (Si surface oblique il va y avoir un retour d’informations mais dégradé). Pour autant, les échos avec un angle différent de 90° seront quand même attrapés par la sonde, mais la qualité du signal sera moindre. En pratique, on ne sera jamais vraiment pile à 90°.

Les échos provenant de ces interfaces atteignent la sonde avec un retard par rapport à l'émission qui est d'autant plus grand que la surface réfléchissante est plus éloignée de la sonde (cf. principe du radar). En pratique, l’onde va à une telle vitesse qu’on n’a pas l’impression d’attendre le retour de l’onde.

Chaque écho reçu par la sonde est retransformé en un signal électrique, lui-même transformé en un point avec une couleur allant du noir au blanc et dont la somme va former une image (champ de points).

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Les échos se propagent facilement dans les structures de densité hydrique (traduction : se propage mieux dans l’eau) (par exemple si on fait une échographie pelvienne, il faut avoir la vessie pleine). Les ultrasons sont renforcés par les milieux hydriques.

Au contraire, lorsque le faisceau va aborder une structure osseuse ou aérique, la variation d'impédance (élasticité) acoustique entre l'eau et l'os (ou entre l'eau et l'air) est telle qu'il se produit une réflexion totale ou partielle des US empêchant ainsi la propagation des échos en profondeur. Le gel sur la peau est là pour augmenter l’épaisseur du milieu hydrique et de diminuer l’interface entre la peau et la sonde qui est de l’air (et non pas pour mieux faire glisser la sonde).

L'US s’arrête sur la corticale osseuse, on ne peut pas voir dans l’os, donc pour la médullaire osseuse, il faut aller voir avec un autre système. La recherche essaye actuellement de développer des techniques qui permettraient de le voir par traitement du signal.

On pourrait penser que l’échographie est donc peu efficace dans l’exploration du tube digestif car il est plein d’air or c’est un tort ! On peut faire déplacer cet air en bougeant le patient. Si on veut s’intéresser à la paroi digestive : les pathologies sont généralement situées sur toute la paroi donc le fait qu’on ne voie pas la paroi postérieure n’est pas gênante du fait qu’on voit l’antérieure donc si pathologie il y a, elle sera diagnostiquée. S’il y a beaucoup trop d’air, on change d’examen pour l’examiner dans de meilleures conditions. Ce phénomène explique :

• La nécessité d'un contact entre la sonde et la peau (gel d'échographie= eau gélifiée). Ce gel a pour but de faire disparaître l'interface aérique et donc de favoriser la diffusion de l’US.

• L'impossibilité d'étudier une structure cachée derrière une structure osseuse ou une zone pleine d'air.

Image 1 en haut à gauche : Lésion cutanée superficielle, boule sur la peau. On noie la boule avec du gel (en noir) et on explore la lésion, cela permet d'analyser des structures très petites et très superficielles. Image 2 en bas à gauche : corticale osseuse. Le faisceau US arrive et derrière il n'y a plus du tout d'information, il y a un grand rideau noir, tout ce qui passe devant se voit très bien. Images 3 et 4 en haut à droite et en bas à droite : vésicule biliaire. Les zones très blanches sont des calculs qui entraînent une atténuation du faisceau ultrasonore en arrière, d’où les colonnes noires derrière. Il y a donc une variation d’impédance en fonction des tissus traversés.

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B. L'onde sonore et sa propagation dans les tissus

L’émetteur ultrasonore ou sonde est composé d’une céramique piézo-électrique soumise à une impulsion électrique qui entraine l’émission d’une onde US. Cette onde US se propage dans les tissus et se réfléchit sur les interfaces. La sonde va enregistrer les échos et va transmettre des informations qui vont être analysées par l’électronique de la machine. Dans le « silence » qui suit l’émission, la sonde va enregistrer les échos parvenant de la profondeur : la sonde est devenue réceptrice. Cette sonde est émettrice/réceptrice c'est-à-dire que si on veut envoyer beaucoup de signal il faut qu'on laisse à la sonde le temps de réécouter ce qu'on a émis. Propagation d'une onde :

La longueur d'onde λ dépend des caractéristiques mécaniques du milieu (vitesse de propagation de l'onde dans le milieu = C) λ = C/F (la formule n’est absolument pas à apprendre)

Si C = 1540 m/s. Pour 1MHz, λ = 1,54mm

Ce qui définit la puissance d'une sonde échographique est sa fréquence.

Les fréquences d'émission des sons se situent en pratique clinique en échographie entre 1 à 20 MHz. Une sonde d'échographie ne fait donc pas de bruit. 5/21


On ne voit pas les mêmes choses à 1 MHz et à 20 MHz.

FONDAMENTAL :

Plus la fréquence sonore est basse, plus le faisceau ultrasonore pénètre dans les tissus mais moins on a d'informations en termes de résolution spatiale (= capacité à séparer deux éléments adjacents de façon fiable).

Plus la fréquence est haute, plus on a d'informations sur le détail autour de la structure (définition/résolution spatiale très haute), mais moins le faisceau pénètre dans les tissus, donc moins on explore en profondeur. Exemple : si on prend une sonde de 20Mhz (fréquence très élevé) on est capable d’analyser la structure des empreintes digitales mais incapable d’analyser ce qui se passe dans les tissus 1cm en dessous donc on va avoir beaucoup de détails mais aucune information en profondeur.Si on prend une sonde 1Mhz, je vais voir loin mais avec peu de détails.

Donc c’est au radiologue de choisir la sonde adaptée au milieu qu’il veut explorer.

• Si je veux voir l'aorte, j’utilise une sonde de basse fréquence (car elle est située en profondeur, mais j'aurai un manque de résolution pour voir les couches de sa paroi).

• Si je veux voir la capsule du foie, j'utilise une sonde de haute fréquence. • Si je veux voir le foie en entier, j’utilise une

sonde de basse fréquence. Sur l'image de gauche à 10 MHz, on voit la peau du patient la capsule du foie et on voit très bien le détail du parenchyme hépatique mais plus on descend vers la profondeur plus on perd la qualité de l’image. Alors qu’à 3,5 Mhz, on a une image qui est très homogène jusqu’à 10 cm (contre 5 pour 10Mhz) Donc pour explorer un foie d’adulte ou d’enfant, il faut utiliser les deux sondes. ü Sonde de haute fréquence = détail ü Sonde de basse fréquence = organe vu en

profondeur Propagation des ultrasons : Onde ultrasonore = onde élastique ne pouvant se propager que dans un milieu matériel.

Dans un milieu de structure homogène, les US se propagent en ligne droite et s'atténuent suivant la loi de l'inverse du carré des distances.

Dans un milieu de structure hétérogène, les US se réfléchissent sur chaque obstacle en renvoyant un écho. Il y a donc une perte d’information qui est importante pour nous car elle indique la présence d’un objet de structure hétérogène. Comme dans le cas de la cirrhose (à droite sur l’image)

On peut ainsi avoir des informations sur la structure qu’on est en train d’observer.

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Foie sain vs Foie cirrhotique

Intérêt en pratique clinique : sur l'image, on voit à gauche un foie normal et à droite un foie cirrhotique. À droite, l'architecture du parenchyme hépatique est distordue (hétérogène) par la fibrose qui va engendrer la cirrhose. Par cette analyse de la déformation de l'image (artéfactée), on peut faire le diagnostic de la maladie du patient.

C. Construction de l'image Mode B Brillance : Chaque écho est retranscrit sous forme d'un signal électrique puis d'un tracé de points +/- brillants.L'image est la répartition des échos obtenus dans le plan de balayage de la sonde, stockée dans la mémoire et apparaît sur l'écran sous la forme d'une juxtaposition de points +/- brillants sur fond noir.

Un des éléments qui émet va se traduire par un point, qui va être codé du blanc au noir (l’échelle de couleur). Sur une sonde d’échographie, il y a des centaines de cristaux donc on va avoir des images qui vont être construites par la variation de ces différents points, qui vont donner une image construite d’une forêt de pointsde couleurs différentes.

Définitions à connaître :

• Anéchogène = noir = vide d'échos.• Isoéchogène = fait référence à un milieu qu’on définit. Il faut toujours dire par rapport à quoi. Donc c’est

de la même couleur que l’organe que l’on définit comme référence. Couleur identique à la structure de référence à laquelle on compare l’élément, dans laquelle se trouve l’élément (une lésion dans le foie dite isoéchogène aura la même couleur que le parenchyme hépatique normal).

• Hypoéchogène = plus noir que la structure de référence • Hyperéchogène = plus blanc que la structure de référence

Il est important de préciser la structure par rapport à laquelle on compare.

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Image de gauche : quand la vessie est remplie d’urine, elle est anéchogène mais par contre à l’intérieur de cette structure on a une structure hyperéchogène (le faisceau a fait demi-tour) à cause d’une lithiase/calcul.Image de droite : on différencie rein, muscle, foie par leur différence d'échogénicité. On voit que le foie physiologiquement apparaît moins blanc que le rein. Le rein est discrètement hyperéchogène par rapport au foie. Pour le muscle on peut dire qu’il est discrètement hypoéchogène par rapport au foie. Il est important de connaître les normes pour définir ce qui est anormal. Si le foie a tout à fait la même échostructure que le rein, il y a un problème. Plus on arrive à analyser les différentes variations de gris dans une structure, plus on s'approche de la physiopathologie de l'organe.

Échographie : Aspect de la paroi : Celle de l’artère, on a la lumière puis l’intima qui est hyperéchogène, la média

hypoéchogène et l’adventice qui est hyperéchogène. On peut différencier artère et veine, on peut analyser les valvules des veines (structure hyperéchogène à l’intérieur). La paroi d'une veine n'a qu'une seule couche et on peut y trouver les valvules sans difficultés. L’artère est très cylindrique alors que la veine est plus ovalaire.On peut également observer ces valves en mouvement car l’échographie est un examen dynamique.

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Compressibilité : On peut aussi palper la structure par exemple pour chercher un point douloureux ou la comprimer. Les différences entre artère et veine sont le battement, la forme (artère ronde et veine ogivale) et la paroi.Pour différencier les types de vaisseaux, on peut également appuyer sur la lumière : s’il se collabe, alors c'est une veine. L'artère ne peut pas être collabée par pression simple. Si la veine se collabe complètement c'est qu'elle n'a pas de thrombus.

Un examen échographique est complètement atraumatique, il faut appuyer doucement avec la sonde pour que la veine se collabe

Analyse de parenchyme : analyse du rein

Anomalies d’échostructure : Première chose à savoir c’est si l’organe est présent ensuite s’il est physiologique : taille normal, aspect, contour et ensuite son échostructure.

ü Anéchogène : bassinet (où il y a l’urine).ü Hypoéchogène : plus grise plus claire qui sont les pyramides.ü Isoéchogène : cortex rénal (par rapport au foie) (hypoéchogène par rapport au bassinet, etc.).

Si on a ces différents contrastes présents sur l'image on peut dire que le rein est normal. Si on a une différenciation cortico-médullaire (gris en périphérie, moins gris au centre), le rein est normal. S’il y a absence de différenciation c’est pathologique.

On a une forme losangique très hyperéchogène, donc atténuation du faisceau US, ce qui n’est pas normal. Cette formation est une lithiase rénale (quel que soit la nature du composé la lithiase va arrêter l’onde US). Mais on ne peut pas déduire sa nature physico-chimique, on fait juste un diagnostic d’obstacle. Tous les cônes d’ombre ne sont pas créés par du calcium.

Une lithiase est un élément qui va arrêter le faisceau d’US, quelle que soit la nature de ce composé.

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D. La lecture conventionnelle des images

Si on fait une coupe transverse, quand le patient est allongé sur le dos, la partie antérieure de l'image (ce qui va être à la partie supérieure de notre image) est par convention la partie ventrale antérieure. La droite du patient est toujours à gauche de l’image et vice versa, cela est conventionnel et international (valable pour toutes les techniques d’imagerie). Si on fait une coupe sagittale : vers la tête du patient c'est à gauche de l'image, vers les pieds du patient c'est à droite de l'image.

L’appareil d’échographie est un appareil assez simple. Il comporte :

- Un clavier pour rentrer des données (paramètre du patient et du texte).- Un écran de contrôle qui vous donne les images en temps réel.- Des boutons qui permettent de régler la puissance et la fréquence.- Plusieurs sondes d’échographie adaptées à chaque type d’exploration

(vaginale, extérieure, etc.).- Un trackball, souris d’ordinateur, sur lequel on a la possibilité de déplacer ou

positionner.- Et puis les différentes commandes majeures de cet appareil d’échographie :

différentes sondes permettant de changer la fréquence (superficie, profondeur, endocavitaire).

Réponse à une question : il y a-t-il des risques avec les ondes US ? Le professeur répond NON mais il y a un principe de précaution qui dit que chez la femme enceinte il est recommandé de ne pas faire de doppler pulsé car POTENTIELLEMENT cela pourrait modifier l’ADN par l’énergie qui est générée.

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E. Paramètres techniques modifiant l'image

I. Résolution axiale, focalisation, résolution latérale • Résolution axiale spatiale : C’est ce qui va

nous permettre de différencier deux points de façon la plus précise possible. Plus on augmente la fréquence plus on augmente la capacité de résolution axiale.Exemple : on va regarder la carotide avec la sonde de 10Mhz, on voit les trois couches. Et plus on va augmenter la fréquence plus on va la voir de façon nette. En particulier sur les versants antérieur et supérieur. Mais le prix à payer, c’est qu’on ne verra pas en profondeur. La résolution axiale c’est obtenir une définition la plus pertinente possible, qui est d’environ 0,5mm.

Elle augmente si :

- Durée d'impulsion brève (qualité d’amortissement).- Fréquence d'émission élevée (longueur d'onde courte λ= c/F).

à Inconvénient : plus on utilise des hautes fréquences, moins on voit en profondeur. Il faut savoir équilibrer.

• La focalisation : on fait converger l'intégralité des US en un point

unique pour avoir une meilleure image possible. On peut faire ça en orientant le faisceau et grâce à une déformation acoustique du milieu duquel émane l’onde. Sur la machine : curseurs.

En temps normal, toutes les ondes sont émises de façon parallèle au cristal, on va recueillir des informations homogènes sur toute la barre horizontale du cristal. à Intérêt : avoir une impulsion acoustique à cet endroit-là, la plus forte

possible pour avoir un signal d'autant plus important. Le problème étant que les ondes émises depuis les extrémités de la sonde n’arriveront pas en même temps que celles émises depuis le centre de la sonde. Il risque de se créer un retard dans le retour de l’information.

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pénétration enprofondeur


Il faut donc faire une manipulation optique et électrique pour que le faisceau ultrasonore arrive de façon homogène à un point donné.

• Résolution latérale : elle est moins pertinente que l'axiale, liée à la

géométrie du faisceau US (un faisceau cylindrique étroit donnera une meilleure résolution qu'un faisceau conique divergeant qui diminue la résolution). Elle augmente si la fréquence d'émission est élevée et si on applique les procédés de focalisation.

En haut à gauche : Les US sont mal focalisés (déplacer les curseurs de focalisation), on a du mal à voir les parois du vaisseau. En haut à droite : Quand ils sont bien focalisés, on voit réapparaitre les 3 couches dans l’artère. Donc le processus de focalisation de l’image permet d’analyser de façon beaucoup plus pertinente des zones de faible épaisseur. Il est également possible de demander à l’appareil plusieurs zones de focalisation. En récupérant l’intégralité de ces informations, on va obtenir par sommation une meilleure résolution d’image.

• Résolution en épaisseur : (en pratique elle n'a pas d'impact) c'est la moins bonne, elle se dégrade avec la divergence du faisceau et est peu maîtrisable (dépend de la forme transducteur, de la lentille acoustique). On ne l’utilise pas beaucoup parce qu’on ne la connaît pas beaucoup.

II. Notion de dynamique (à connaître)

La dynamique d'un système est le rapport de la plus grande à la plus petite valeur détectable de la variable considérée. Elle est notée en valeur relative sur une échelle logarithmique en décibels (dB) :

D = 10 log (Imax/Imin)

Potentiellement on pourrait avoir 200 variations du noir au blanc le problème c’est que nos yeux ne sont pas capables de tout voir. Il va falloir jouer sur cette richesse et d’abord la ramener dans une marge qui va devenir visible par nous et en fonction de ce qui nous intéresse (si on a besoin que du noir ou du blanc et pas du gris). 12/21


On peut sélectionner les contrastes dont on a seulement besoin. Si on veut voir du détail, on a besoin du meilleur panel possible si on a juste besoin de voir une paroi vasculaire et rien autour on n’a pas besoin de tout le détail de gris.

La « dynamique » de l'œil est de l'ordre de 20 dB (décibels), celle de l'écran est de 30 à 40 dB (barre du milieu sur le schéma à droite ci-dessus), et celle de l'échographie est supérieure à 70 dB. On opère donc une compression de dynamique dans la représentation des niveaux de gris sur l'écran (en général 256). Le pouvoir discriminant de l'œil se situe entre 30 et 40 niveaux de gris. Un réglage manuel permet de sélectionner une échelle de niveaux de gris.

Si on veut beaucoup de contraste dans l’image, on demandera à la machine de n’afficher que du noir et du blanc. Si on veut distinguer des éléments de façon plus précise, on peut régler la machine pour étaler les nuances de gris (pour distinguer le gris clair du gris foncé).

On part d’une image avec une dynamique élevée (noir, blanc gris clair, etc.). Au fur et à mesure sur l’image on va diminuer la dynamique. On va se retrouver avec une image qui sera très contrastée en descendant vers les dynamiques les plus basses. On part de 300 variations de gris à deux variations : du noir et du blanc.

C’est très pertinent car on voit bien notre vaisseau en noir avec autour du blanc mais ça manque de finesse. Si on a besoin de savoir ce qu’il y a autour du vaisseau, il va falloir réaugmenter la dynamique pour rajouter des nuances de gris.Plus on va chercher une dynamique étendue plus ça va diminuer la cadence image. Si on diminue la dynamique c’est que la cadence image va être très élevée donc s’il y a un mouvement on pourra avoir pas mal d’images et très vite (application : cœur).

La dynamique est le contraste de l'image : - Si je veux une image homogène avec beaucoup de niveaux de gris, j’utilise une dynamique très large - Si je veux distinguer 2 structures, j’utilise une dynamique restreinte. Tout dépend de ce que je veux faire

dire à mon image.- Dynamique maximale : beaucoup d’informations mais peu de d’image par seconde

Résolution en contraste : c’est l’aptitude de l'appareil à distinguer des structures d'échogénicités différentes.

ü Gamme dynamique : rapport de la plus faible à la plus forte intensité d'un écho. Pour jouer sur la résolution en contraste, on joue sur la gamme dynamique.

ü Gamme large : (la vitesse d’émission de mon information est un peu ralentie) Utilise toute l'étendue de l'échelle de gris (que l’œil est capable de voir). Permet l'analyse fine d'une paroi vasculaire, de plaques d'athérome.Avec distinction d'échos de faible intensité (ex : plaque hypoéchogène - sang circulant) et des échos forts et moyens.

ü Gamme comprimée/restreinte : correspond à la dynamique restreinte (la vitesse des images est augmentée). Image plus contrastée Utilisée en cardiologie, et plus rarement en vasculaire (limite d'une lésion calcifiée). Ce qui intéresse les cardiologues est plutôt la structure du cœur donc on a des images beaucoup plus contrastées pour analyser des écoulements.

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Résolution temporelle : c'est le nombre d'images que je récupère par seconde (« frame rate »). Mais attention, car plus on augmente la cadence d'images plus la résolution spatiale diminue ! Quand la résolution spatiale diminue, la fréquence d’émission diminue, on voit moins les détails. La résolution temporelle permet de voir des structures dynamiques en suivant le mouvement d’une structure (par exemple la contraction d’une anse digestive) avec beaucoup de cadence d’image.

La résolution temporelle est réglable de façon indépendante mais la cadence de l'image augmente proportionnellement avec :

ü La largeur de l'imageü La profondeur exploréeü Le nombre de focales

(À l’oral le professeur dit l’inverse, mais c’est marqué tel quel sur sa diapo donc on va faire confiance à la diapo).

III.Les artefacts en échographie 1. Les artefacts par discordance d'atténuation (bénéfiques)

• Le cône d'ombre postérieur • Le renforcement postérieur

Image de gauche : Lithiase vésicale, il est nécessaire de diminuer l’intensité du faisceau pour ne pas être gêné par le renforcement.

Image de droite : formation anéchogène/hypoéchogène, on voit un renforcement dans l'arrière de la structure du faisceau US donc cela confirme que la teneur du milieu est à tendance hydrique (pas forcément de l'eau pure) alors que de part et d'autre le faisceau s'atténue progressivement au fur et à mesure que l'on va vers la profondeur. Quelquefois cette structure hydrique peut apparaitre grisâtre et donc ce renforcement postérieur permet de confirmer sa nature hydrique.

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Donc dans le liquide les US se renforcent et apparaissent plus brillants à la fin du liquide.

2. Les artefacts en miroir : Image en miroir

C’est un mirage, créée par le fait que le faisceau US rencontre une zonz d’impédance très marquée. Le faisceau fait demi-tour mais la machine s’emballe et renvoie une image en miroir.

Ici, on est à la surface du patient et on voit l’interface entre le foie et le diaphragme. Il est tellement intense qu’il génère une fausse image en arrière : il duplique l’image du foie en arrière. De plus ce miroir déforme la partie réfléchie ce qui rajoute de la difficulté d’interprétation, il faut être sûr d’observer un artéfact. Pour vérifier que c’est bien un artéfact, on change l’inclinaison du faisceau et normalement l’artéfact disparait.

Attention, cet artéfact est aussi valable en Doppler puisque son principe repose aussi sur un faisceau d’US ! 3. Artefact de répétition

Le faisceau US rencontre une interface intense et ponctuelle (on répète l'image non pas une fois comme dans le miroir mais a l’infinie et en profondeur). Comme l'aiguille est un métal, l'US va se réfléchir plusieurs fois. Il faut également faire bouger la sonde pour le faire disparaitre.

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Veine sus-hépatique

Foie

Diaphragme

Artefact en miroir d’une artère sub-clavière en

Doppler


4. Artefact de scintillement : Lithiase urinaire (bénéfique)

Utilisé en pratique clinique quotidienne. Artefact dû à l’intensité plus importante du mode Doppler qui permet de voir des structures de densité importante. Quand une lithiase est toute petite, elle ne crée pas derrière d’atténuation du faisceau US. Cependant il y a génération, du fait de la diffraction du faisceau US, d'un artefact de couleur. On peut utiliser l'écho Doppler pour confirmer une micro lithiase (dans rein, foie...).

Dans l’exploration de cette échographie pelvienne, la vessie est mal remplie et on a du mal à voir ce qu’il se passe autour. On va utiliser les propriétés acoustiques de la structure qu’on analyse en y mettant beaucoup d’énergie via le Doppler. Sur une structure fixe, le Doppler ne doit pas donner beaucoup de signal (il récupère des informations sur une structure en mouvement). Le fait qu’on récupère un signal en couleur sur cette structure est lié à la propriété physico-chimique de cette structure.

Si on génère un feu d'artifice autour de notre image, on peut être sûr que ce n'est pas une image normale mais une structure très rigide qui arrête les US et qui permet d’apporter un argument supplémentaire au diagnostic de lithiase (sans pour autant confirmer la nature calcique de la structure).

On va chercher l’artefact de scintillement pour confirmer le diagnostic, donc on s’en sert à notre avantage.

IV. Effet Doppler

Ce sont des US, c’est juste l’application des US qui change. Mais attention ici il ne faut pas que la sonde soit perpendiculaire à la structure pour avoir le meilleur signal, contrairement à l’échographie. Il faut encore une fois trouver un équilibre, car le problème c’est que c’est généralement couplé à l’échographie (généralement on ne va pas au-delà de 60°).

Effet Doppler : Tout phénomène périodique propagé est perçu par le récepteur à une fréquence différente de sa fréquence d'émission quand il existe un déplacement relatif entre l'émetteur et le récepteur.

ü Structure fixe : F émission = F réception ü Structure mobile : F émission = F réception + ΔF

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Formule à comprendre seulement

Plus la fréquence de ma sonde est basse, plus je pourrai enregistrer des vitesses élevées.

ATTENTION IMPORTANT : Quand on fait une échographie, plus on est perpendiculaire, plus le retour d'image est net. Quand on fait du doppler, si on est perpendiculaire, cos 90° = 0 !!! Donc aucune information ! C’est contraignant car échographie et Doppler se font via le même examen. Donc l'angle de tir favorable est 60° maximum (entre 0° et 60°). Au-delà de 60° on perd la qualité d'analyse en termes de vitesse dans le vaisseau.

Il faut trouver le point d'équilibre de la qualité de l'image et la qualité de l'information que je veux dans le vaisseau.

Il existe différents types de Doppler :

1. Doppler couleur : Analyse des flux vasculaires

- Est-ce un vaisseau ? (Uretère tuyau pas vaisseau) –> oui s’il y a un effet doppler- Un vaisseau perméable ? (Thrombose) –> oui s’il y a modification du signal doppler- Circulant de façon normale ou pathologique ?

–> Direction –> Vitesse

On peut choisir n'importe quelle couleur (ici foncé = bleu et clair = rouge). La couleur nous donne de l'information, si on a de la couleur c'est que cette structure circule à une certaine vitesse.

Pour se faire on a une échelle de couleur, et c'est cette dernière que l'on doit regarder (dans notre cas, du rouge sombre au bleu turquoise). Si le signal se rapproche de la sonde : rouge Si le signal s'éloigne de la sonde : bleu (ici le fait que le flux s’éloigne permet de reconnaitre la veine sus-hépatique avec un flux qui se déplace de la périphérie vers la profondeur). Donc on a une information de l’écoulement sanguin.Mais il y a des variations dans les couleurs en elles-mêmes qui vont donner des indications sur la vitesse de l’écoulement.

Attention ! Le bleu et le rouge n'indiquent en aucun cas si le vaisseau est une veine ou une artère !

Des fois il est possible que dans certains vaisseaux que le sens de circulation soit inversé (par exemple dans le cas de foie cardiaque où le patient présente une insuffisance cardiaque majeure, d’une tumeur qui obstrue le vaisseau, …). Donc le Doppler permet de faire ces diagnostics.

Pourquoi y a-t-il des variations dans l'échelle de couleurs ? Pourquoi on passe du rouge à l’orange ? Ceci est dû aux variations de vitesse de l'écoulement (plus ça va vers le jaune, plus ça va vite ; idem vers le vert). 17/21


On peut donc supprimer l'artefact en augmentant la gamme de vitesse qu'on analyse. On peut aussi changer la fréquence d'émission de la sonde : si mon vaisseau circule lentement je peux travailler avec une F élevée, et à l'inverse s'il circule vite, je dois travailler avec une F basse (cf. formule).Tous les appareils d'échographie sont associés à un doppler.

On observe 3 fois le même vaisseau : En bas : faisceau à 90° (on voit du bleu à droite et du rouge à gauche, ce n’est pas bon). En haut : on récupère du signal car on a changé de cosinus (rouge en haut et bleu au milieu). On observe

toujours la carotide mais on a changé la direction de la sonde, d’où le changement de couleur.

Sur l'image ci-dessous, c'est un foie. C'est le seul organe pour lequel l'artère et la veine circulent physiologiquement dans le même sens (veine porte et artère hépatique). Or, ici on a une structure qui s’éloigne et une qui se rapproche (foncé = bleu et clair = rouge). Donc on a une hypertension portale (car le flux bleu est inversé) qui amène le sang de la veine porte hors du foie (dû à une fibrose par exemple) pour se redistribuer sur les organes en amont (donne des varices, splénomégalie, etc…).

2. Doppler pulsé

Capacité d’enregistrer des mouvements sanguins en état focalisé sur des structures déterminées.Il permet l’analyse des vitesses et du sens d’écoulement. On cherche à obtenir le profil d’écoulement vasculaire. L’analyse des profils d'écoulement vasculaire donne une info précise, focale, d'un vaisseau particulier (diastole, systole, vitesse, index de résistivité...). Grâce au son (gamme audible en Doppler, c’est le ΔF) et à l’image (courbe d’écoulement), on peut identifier la nature d’un vaisseau : la veine a un flux laminaire alors que l’artère a un flux systolique et diastolique. Par la suite on va pouvoir quantifier la vitesse d’écoulement. Le Doppler continu peut également donner ce type d’information.

• Guidé par le Doppler couleur (car il faut savoir où se trouve anatomiquement la structure qu’on explore).• Analyse de l'écoulement sanguin.• Différenciation spectrale artère/veine.• Quantification précise de la vitesse, de l'index de résistivité et de la perméabilité.• Différent du Doppler continu aveugle (voir plus loin).

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On repère donc le vaisseau d’intérêt via le Doppler couleur, puis le Doppler pulsé permet d’affirmer que la structure en rouge est une veine par rapport à son profil d’écoulement vasculaire (on voit une courbe d’écoulement continue). On diagnostique ainsi une fistule entre la branche portale et la branche sus-hépatique dans le foie.

Sur l'image on aperçoit quelque chose à la fois turquoise et rouge : c’est un artéfact car la machine n'est plus capable de savoir dans quel sens ça circule : la gamme de vitesse qu'on veut analyser est dépassée par les vitesses réelles à cet endroit-là, cela s’appelle un aliasing (= ambiguïté de vitesse). C’est un artéfact utile. On a la capacité de faire disparaitre cet artéfact : il suffit d’augmenter la gamme de vitesse en diminuant la fréquence de la sonde.

3. Doppler énergie ou puissance

Plus de codage de direction. On ne sait pas le rapprochement ou l'éloignement. Il ne donne pas le sens de circulation. Il nous permet de nous affranchir de l’axe de 90°..

C’est surtout cosmétique et très peu utilisé car il y a une perte d’information.

4. Doppler continu (non traité à ce moment car le prof considère qu’il l’a déjà traité avant).

Il est plus pauvre en information que les autres mais il est très pratique en urgence.

Dans ce type de Doppler, il existe deux cristaux au niveau du même capteur : l'un qui émet un faisceau d'US de façon continue et l'autre qui réceptionne le signal réfléchi, aussi de façon continue. Appareils légers et compacts, encore très utiles dans l'étude des vaisseaux superficiels.

ü Avantages : grande sensibilité pour détecter des flux lents, faible puissance acoustique et absence de limites pour calculer des vitesses.

ü Inconvénient : il somme toutes les structures vasculaires dans son exploration. Il n’y a pas de visualisation sur la structure qu’on est en train d’explorer donc on a besoin de savoir anatomiquement où se situe ce qu’on explore.

Dit vite fait cette année : Par exemple dans l’urgence, le réanimateur peut poser cette sonde qui ressemble à un petit crayon sur une zone anatomiquement connue (artère tibiale postérieure). Il n’y a aucune visualisation de l’image, mais s’il y a un signal Doppler, alors il correspond à l’artère tibiale postérieure (analyse binaire de la présence ou non d’une artère).Problème : si on explore le foie on est incapable de savoir quelle artère le signal détecte.

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V. Principaux effets biologiques

Il n'y a pas de risque pour l'utilisation des US en pratique clinique. Mais dans la théorie il existe des effets liés aux US quand on pousse la sonde dans des retranchements physiques particuliers :

- Effets thermiques : ils induisent un réchauffement tissulaire et donc des altérations du tissu (HIFU).- Effets non thermiques (crée de la cavitation/agitation moléculaire : des bulles) : création de vide, gaz ou

vapeur autour des structures.

En pratique on utilise ces effets biologiques dans :

- La lithotritie (pour fragmenter les calculs rénaux grâce aux US à des fréquences particulières).- Le traitement des calcifications tendineuses.- Sonoporation : capacité qu’ont les US d’augmenter la perméabilité de la membrane cellulaire (aux

médicaments par exemple ce qui permet de diminuer les doses -donc la toxicité générale non désirée- en améliorant sa capacité à passer les membranes).

- L'ablathermie (nécrose tissulaire via un effet thermique, chaleur utilisée en neurochirurgie et prostate).

Malgré tout, à notre échelle, on fait des échographies pour les femmes enceinte, les enfants, etc. Tout ceci en illimité car pour avoir des effets délétères il faut pousser les US à un stade que l’on n’atteint pas pour ces examens. Ce qui détermine la dangerosité des US est l’intensité acoustique. Intensité acoustique selon la modalité :

ü Echographie en mode B : impulsions brèves et espacées → ISPTA (index mécanique) 200 mw.cm-2 donc risque zéro dans les conditions normales d'utilisation (= risque nul en pratique).

ü Doppler couleur : ISPTA 450 mw.cm-2 ; risque modeste (risque nul en pratique).

ü Doppler à émission pulsé : impulsions longues de forte puissance, dans un volume de mesure fixe le long d'un vaisseau focalisé → ISPTA 1700 mw.cm-2 ; risques d'effets thermiques, 6 à 8 fois supérieur à l’écho. C'est le Doppler pulsé qui a le plus de risques ! Potentiellement il pourrait y avoir des risques mais on doit l’utiliser dans un délai restreint au cours de l’exploration de l’embryon notamment (pour voir le cordon ombilical par exemple). Les risques sont présents si on le laisse littéralement 2h sur le patient… à À retenir : le risque est purement théorique !

Facteurs déterminants de l'effet thermique :

• Intensité US • Coefficient d'atténuation

L'os a le plus grand coefficient d'absorption (capacité qu’à l’organe à absorber le faisceau et donc à ne pas renvoyer d’image) et représente donc le tissu le plus fortement concerné par les effets thermiques. Mais en pratique, il n’y a pas de « fonte » d’os. C’est dans la théorie des ultrasons.

• Durée d'exposition • Convection et conduction

Conséquences de la cavitation/effets non thermiques : - Micro-courants (aucune traduction clinique)

Cela va potentiellement induire des bulles qui vont altérer la matière et libérer des radicaux libres.

- Effondrement brutal des bulles : vitesse supersonique, suppression 104 Atm, échauffement 2000° C → production de radicaux libres.

Principales interactions tissulaires : bases de l'ADN (oxydation des bases puriques et pyrimidiques, effet direct ou par radicaux libre), molécules d'ADN (oxydation, rupture simple ou double brin), cellules (ruptures membranaires) et tissus (élévation de la température avec dégradation de la structure des protéines). Ces effets 20/21


sont potentiels sur la matière. La cavitation est un phénomène non thermique et pour autant il y a création d’un échauffement : dans la genèse d’une cavitation, il n’y a pas d’échauffement du tissu mais les bulles vont créer un courant qui lui va chauffer.

à On pourra utiliser cette propriété à visée thérapeutique.

Ce qu'il faut retenir :

L'exploration Doppler met en jeu des intensités acoustiques et des durées d'exposition plus importantes que l'échographie mode B.

Aucun effet néfaste lié à une exposition prolongée aux US n'a été mis en évidence à ce jour (ceci avec un recul d'une trentaine d'années).

Cependant et notamment dans le domaine de l'obstétrique, une réserve de principe doit être maintenue (principe de précaution).

Il est indispensable que chaque constructeur soit capable de caractériser les puissances acoustiques délivrées par ses machines afin d’éviter les situations à risque.

L'utilisation d’injection de micro bulles qui se fait depuis une quinzaine d’années. Les bulles sont tellement petites qu’il n’y a aucun risque de faire une embolie gazeuse. Dans le cas où on est dans une région où on n’arrive pas à avoir beaucoup d’informations via l’échographie et le Doppler, on a une résolution bien plus importante via l’injection de ces micro bulles (hyperéchogène). On peut avoir une étude cinétique de la circulation à l’intérieur des organes.

[CR : Pour comprendre l’utilisation de la sonde : https://www.youtube.com/watch?v=KL6QdqmT9gs ]

Place à la dédi !!!A Petit chat maso pour cette contribution au ronéo de la galèreA Jeanne qui va bien galérer à relire ce cours À mon dernier ronéo du quad Aux rattrapages Et à tous ceux qui comme moi ont planifié de faire deux deuxièmes années parce que c’est plus cool la p2 FOREEEEEVER

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