Echographie

Principes et techniquesLaurent Hermoye, Etienne Danse

Service de radiologie

Onde mécanique

Source: Tom Henderson , The Physics Classroomwww.glenbrook.k12.il.us/gbssci/phys/Class/sound/soundtoc.html

Son

Source: Tom Henderson , The Physics Classroomwww.glenbrook.k12.il.us/gbssci/phys/Class/sound/soundtoc.html

Fréquence

Fréquence

Longueur d’onde

Spectre

20 Hz

Son audible: 20 Hz – 20 kHz

Echographie: 1MHz – 30 MHz

20 kHz 20 MHz

Vitesse

Vitesse = fréquence * longueur d’ondeAir : 340 m/sGaz : vitesse lente (331 m/s)Liquide + tissu : intermédiaire (1540m/s)Solide rapide (os 3360 m/s)

Interférence

Atténuation

AbsorptionRéflexionDiffusion

AtténuationDue à l’absorption et la diffusionDécroissance exponentielleAugmente linéairement avec fréquenceCoefficient atténuation dB/cmEau = 0,0022Foie = 0,9Os = 20Poumon = 40

AtténuationAbsorption

Dissipation d’énergieChaleur

DiffusionSi obstacle << λRéflexion diffuseInterférenceParenchyme

ImpédanceImpédance Z = ρ v

ρ est la masse volumique du tissus (kg/m3)v est la vitesse de propagation (m/s)

Coefficient de réflexion :

Coefficient de transmission :αR + αT = 1

2

12

12⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+−

=ZZZZ

Rα

( )221

214ZZZZ

T+

=α

Impédance

Air = 0,0004 . 10-4 kg m-2 s-2

Foie = 1,65 . 10-4 kg m-2 s-2

Os = 6,10 . 10-4 kg m-2 s-2

Calcul

Interface muscle – foie

Interface air - foie

9995,00004,065,10004,065,1 2

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+−

=Rα

015,065,17,165,17,1 2

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+−

=Rα

( )0005,0

0004,065,10004,0.65,1.4

2 =+

=Tα

( )985,0

65,170,165,1.70,1.4

2 =+

=Tα

Gel pour augmenter le couplage

Réflexion - réfraction

v

v

2

1

2

1

vv

sinsin

=θθ

31 θθ =

Obstacle >> l

Intensité

Exprimée en dB

+3 dB = puissance doublée

0log10

IIdB =

Effet piézoélectrique

Certains cristaux (quartz, titanate de baryum, …)Pression signal électriquePression déformation

Source: Think Ceramics

TransducteurCristal piézoélectriquePoudre de tungstène dans de la résine époxy pour supprimer les réverbérations (damping)

Effet piézoélectrique

Optimum quand l’épaisseur (ep) est égale à λ/2Fréquence de résonance:

Spectreepccf

2==

λ

Transducteur

Facteur de qualité:

Faibles valeur (Q = 2) utilisées en cliniqueCouplage

GelImpédance optimale:

13

2

fffQ−

=

tissurtranducteugel ZZZ .=

Front d’onde

Fresnel - Fraunhofer

Zones de Fresnel et de Fraunhofer

Sonde de rayon r et longueur d’onde λ

En clinique, peu de dispersion latérale r/λ grand

λ

2rDfresnel = rλθ 6,0sin =

Focalisation

Réseau phasé

Lobes accessoires

Source: Paul Barthez, L’imagerie ultrasonorehttp://www.vet-lyon.fr/ens/imagerie/D1/12.Echo2/E2-notes.html

Mode A – Mode B

Source: Medical Imaging - A tutorial for A-Level Physics

http://www.qub.ac.uk/edu/niesu/physics/medical/m-imaging.html

Mode B

ImageImpulsion de quelques ns (PT)Pulse Repetition Period (PRP)Depth Of View (DOV)

PRP = DOV * 13.10-6 s/cmFrame Time (FT)Nombre de lignes (N)

FT = PRP * NFrame Rate (FR)

FR = 1/FT

Atténuation

Effet indésirableTime gain compensation (TGC)

Source: Anaesthesia UK – Types of ultrasound artifactshttp://www.frca.co.uk/article.aspx?articleid=374

Échographie 3D

Acquisition d’un volume 3DSonde classique (balayage manuel)Sonde volumique (balayage automatique)

Reconstructions multiplanairesRendu 3D

Artefacts

Chemins multiplesRéfractionVitesse

Interface graisse-tissuSpeckle

Présence d’obstacles plus petits que λ

Artefacts

Cône d’ombreScanner autour

Renforcement postérieur

Artefacts

RéverbérationChanger angleGel

Source: Anaesthesia UK – Types of ultrasound artifactshttp://www.frca.co.uk/article.aspx?articleid=374

Artefacts

Miroir

Artefacts

Lobes accessoires

Effet Doppler

Effet Doppler

Effet Doppler

vS est la vitesse à laquelle le mobile s’approchef0 est la fréquence de la sourceLa fréquence perçue est

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−=

s 0

vvvff

vvs

0s

s 0

vvv fff ≅⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

−=Δ

Effet Doppler

Source = détecteur Onde réfléchie par un objet s’approchant du détecteur à la vitesse vs

Détecteur mobileSource mobile

Source = détecteur

vvs

02 ff ≅Δ

Effet Doppler

Angle θ

θcosvvs

02 ff ≅Δ

Mesure de flux

Doppler couleurDoppler pulsé

Imagerie harmonique

On émet à la fréquence fondamentale fOn reçoit aux fréquences harmoniques 2f, 3f, …Harmoniques créées par

Diffusion non-linéairePropagation non-linéaire

Propagation non-linéaire

Source: Amersham Health. Encyclopaedia of Medical Imaginghttp://eu.amershamhealth.com/medcyclopaedia/

Diffusion non-linéaire

Source: Amersham Health. Encyclopaedia of Medical Imaginghttp://eu.amershamhealth.com/medcyclopaedia/

Imagerie harmonique

Imagerie harmonique

Microbulles

SF6

SF6

SF6

SF6

SF6

SF6

Microbubbles under ultrasound field

Phases

Applications abdominales

Applications en obstétrique

Diagnostic de grossesseDateMesuresDétection de malformationsJumeaux Visualisation 3D