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FGSM2 - Formation Générale aux Soins Médicaux de niveau 2MED0302 – Bases moléculaires et cellulaires des pathologiesPr PapathanassiouS3 – 26/10/2020 de 8h30 à 10h PHAM Minh Khai – SCHALL Friedrich

Correcteur : Jacob Ayoubi

IM1 : Imagerie par ultrasons ( CM ) QCM de rappel :

Q1) L’impédance acoustique d’un tissu :a. augmente si la densité du tissu augmenteb. augmente si la compressibilité du tissu augmentec. traduit l’aptitude du tissu à la propagation des ondes sonoresd. est plus grande que celle de l’air e. est exprimé en dB

Q2) Le coefficient de réflexion ( (Z2−Z 1)(Z2+Z1)

)2 explique :

a. l’existence de cône d’ombreb. la nécessité d’interposer un gel entre l’appareil et la peauc. la diffusion des ultrasonsd. la visualisation d’interface entre certains tissuse. la visualisation de bulle de gaz en échographie

Réponses ACD

Q1

a. Vraib. Faux : C’est l’inverse, l’impédance ↘ si compressibilité ↗ c. Vraid. Vraie. Faux : En dB, c’est la différence entre 2 niveaux sonores

Réponses ABDE

Q2

a. Vrai : Une des raisons de leur existenceb. Vrai : Pour éviter une trop grosse différence d’impédancec. Faux : Rien à voir d. Vrai e. Vrai : L’air et le tissu n’ont pas la même impédance

Principe général

→ Source et récepteur espacés d’une certaine distance

Les ultrasons mettent un certain temps à atteindre le récepteur, ils interagissent avec ce dernier puis reviennent vers la source.

Ce principe repose dur le temps que mettent les échos pour revenir à la source par rapport à la distance parcourue.

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I. PHYSIQUE DES ULTRASONS(Cf. e-learning )

1- Ondes ultrasonores

Ondes sinusoïdales de pression

Présente une amplitude de pression.C’est une variation sinusoïdale dans le temps ou sur la distance

c= λT

Cette onde définit une longueur d’onde ainsi qu’une période.Cela permet alors de définir sa célérité.

f > 20 KHz Supérieur au seuil audible humain ( 20 Hz – 20 KHz )En médecine, on utilise des fréquences de l’ordre du MHz ( 106 ), entre 1 et 20 MHz

Puissance acoustique surfacique Wa

( W.cm-2 ) Wa(W .cm−2)=

E (Joule ou whattheure)t (souh)

Surface d ' application(cm2)

dB

= Différence de niveaux de puissances acoustiques surfaciques

D(dB)=10 log WaWb

Impédance acoustique Z

= Liée à l’aptitude de la propagation des sons

ρ : densitéX : compressibilité

2- Milieu de propagation

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Quand une onde arrive sur un objet,

on observe :

- Réflexion - Transmission- Diffusion-Absorption

3- Interaction entre onde et milieu

Réflexion = Interface + une différence d’impédance (Z1≠Z2)

→ Explique l’existence du gel et du cône d’ombre→ Faible signal quand peu de différence d’impédance( Ex : entre les tissus mous )

Diffusion = concerne les petits obstacles ( taille < λ )

→ Renvoyé dans toutes les directions, donc sera capté par l’appareil

Absorption = Loi exponentielle décroissante en fonction de la profondeur

→ Énergie ↘ si Wa ↗ Ainsi, le signal devient faible.

Profondeur : on utilise f basse ( λ élevée )Résolution : on utilise f élevée ( λ basse )

→ Il faut un compromis entre détails et profondeur de l’examen.

II. APPAREILLAGE ET TECHNOLOGIE

1- Effet piézo-électrique(Cf. e-learning )

= Transformation d’une pression en électricité, ou différence de potentiel en différence de dose.

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Permet aussi de produire et d’enregistrer les ultrasons.

2- Appareillage et technologie

Impulsions

= succession d’ondes de pression, limitée dans le temps et l’espace.Ces impulsions se propagent et on peut les suivre avec une certaine fréquence(différente de celle des ultrasons).

On émet et on reçoit avec le même appareil.

On va alors parler de trains d’ondes de l’ordre de grandeur de λ et entre les 2 émissions, il y a des échos.

Anatomie d’une sonde

échographique Céramique piézo-électrique : produit et reçoit les ondesCouche protectrice : adapte l’impédance grâce à un gel

→ Petite taille, facilement transportable, ce qui lui permet d’être utilisé chez des patients alités ou difficilement mobilisables.

→ Technique très utilisée car elle n’est pas dangereuse.

Propagation

Au début, il y a une zone de turbulences.A la fin, il y a une zone de dispersion. Ces 2 zones vont alors diminuer l’énergie

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C’est pour cela qu’il faut maintenir un certain niveau d’énergie en faisant une focalisation. Focalisation optimale : zone avec beaucoup d’énergie qui permet d’aller plus en profondeur pour la visualisation.

2- Appareillage et technologie (suite)

Impulsions retardées

On a un transducteur avec une batterie de céramiques piézo-électriques qui envoient des ondes.L’onde se propage en arc de cercle.

En synchronisant la batterie

On a une addition de surpressions ( = ondes ), donnant une onde linéaire.→ On définit alors un front ( = zone d’addition des ondes )

Ondes planes

En désynchronisant la batterie

On obtient des fronts avec des formes spécifiques :

- Obliques avec une onde plane : en augmentant l’étendu d’observation

Ondes planes

- Curviligne : avec un délai entre les extrémités vers le centre ( = focalisation )

Ondes concaves

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2- Appareillage et technologie

Résolution

( → Antagoniste avec la profondeur = voir I. 3- Dernier tableau )

= Capacité à séparer 2 objets proches

2 façons de le visualiser :- Résolution axiale : dans l’axe du faisceau ( 0,5 à 3 mm )- Résolution latérale : perpendiculaire au faisceau ( 2 à 3 mm )( Ordre de grandeur en mm )

→ Distinction entre les 2 :Même ordre de grandeur, mais pas forcément identiques

Effet des ultrasons - Pas d’ionisation : donc pas dangereux ( ce ne sont pas des rayons ionisants )- Absorbe l’énergie : donc élévation thermique → élévation maximale = cavitation → élévation modérée : effet antalgique / anti-inflammatoire = Physiothérapie

En physiothérapie : en W.cm-2 ( l’énergie est de 1 à 3 W.cm-2 )En échographie : en mW.cm-2 ( quelques dizaines à 94 mW.cm-2 ) → pas de toxicité en échographie

Récapitulatif ( II. )

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Effet piézo-électrique

= permet l’émission d’ondes et la réception du signal

Échographie Résolution : ordre du mmSimple d’utilisation et pas de toxicité

III. IMAGERIE ECHOGRAPHIQUE

1- Principe de l’échographie

Mode A( Amplitude )

Les ondes sont renvoyées et on a alors une différence de profondeur.→ Le temps au bout duquel les échos seront perçus sera différent.

Si on transforme la distance en temps, il y aura amplitude du signal. → Au cours du temps, on va avoir des pics ( si la distance n’est pas la même, le temps ne sera pas le même )

Permet de déduire la distance / la profondeur Permet l’étude d’un organe rudimentaire

Mode B( Brillance / Brightness )

Affiche un point lumineux sur l’écran

L’intensité de la brillance dépend de la quantité d’énergie qui revient. ( plus c’est

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lumineux, plus le pic a une grande amplitude )

Donne des informations sur la profondeur de l’écho Permet une traduction de l’information en nuances de gris


Mode TM( Temps –

Mouvements )

Dérive du mode B

Affiche plusieurs points lumineux selon la profondeurOn rassemble ensuite les différents points lumineux afin d’apercevoir du mouvement

Ordonnée : EspaceAbscisse : Temps

Exemple : valve cardiaque au cours du temps

Inconvénient : Il faut savoir où la coupe a été faite et le temps de mouvement à cause du champ de vue limité.

Mode B sur toute la coupe, et pas seulement sur une ligne.( possible grâce à la batterie de céramique piézo-électrique alignée )

Réception de l’écho : en blancEntre le maximum et le minimum d’intensité : en gris

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Mode TR( Temps réel )

Pas de réception : en noir

45 images par seconde ( supérieur à la capacité de l’œil à voir un mouvement )


Systèmes

Balayage = 1 seule céramique qui tourne viteLinéaire = faisceau parallèle

Trapézoïdal = faisceau en éventail

Configurations

Linéaire = environ 200 céramiques alignées → Coupe dans un rectangle

Annulaire = émetteur et récepteur sur toute la circonférence du cylindre→ Coupe sur un disque centré par l’appareil( utilisable en endovaginal, transrectal, transoesophagienne, intravasculaire )

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Mode 3D

Plusieurs coupes en 2D peuvent faire de la 3D

Il existe des appareils :- A balayage

- Tournant

- Matriciel = plusieurs rangées de détecteurs → Perception de tout le volume avec un appareil statique

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Visualisation du relief seulement ( pas l’intérieur des organes ) Conservation de la surface dans le volume + Algorithme simulant la présence de lumière pour avoir un rendu d’éclairage et d’ombre

Mode 4D 3D en temps réelRésolution temporelle plus faible que le mode TR : 25 images/sec

2- Contraste en échographie

Différence d’impudence

La réflexion permet de visualiser les contours ( interfaces )

Pas ou peu de différence

d’impudence

La réflexion est plus faible, donc les contours sont moins visibles

La diffusion provoque des granités

RemarqueL’intensité (la quantité d’énergie ou puissance acoustique surfacique) n’apporte pas d’info en elle-même, puisqu’elle dépend de la profondeur (profond = sombre). La brillance traduit la présence d’écho, mais ce n’est pas mesurable directement (≠ unités Hounsfield)

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Rapport entre l’intensité dans une

zone et dans le reste

- Hyperéchogène = beaucoup d’échos ( blanc )- Isoéchogène = autant d’échos générés par l’environnement ( peu / pas visible )- Hypoéchogène = peu d’échos ( gris )- Anéchogène = Noir, ( liquides peu échogènes )

En profondeur, on perd de l’énergie → Image plus foncée

Les zones hyper, hypo, isoéchogènes sont relatifs à l’environnement

2- Contraste en échographie

2 notions importantes :- Se trouvent derrière la zone d’intérêt- renseignent sur les parties en amont

Cône d’ombre :

- Zone sans signal- Pas de brillance- Foncée- Pas de puissance acoustique surfacique

→ Plus d’ultrasons qui atteignent ou qui reviennent vers l’appareil pour l’étudier

→ Forte réflexion ou forte absorption en amont

Renforcement postérieur :

- Zone avec un fort signal- Plus brillant

→ Plus d’énergie que l’environnement pour l’étudier

→ Faible atténuation en amont

Influences sur La quantité de signal est proportionnelle aux échos des ultrasons provenant de la

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l’obtention de l’image

- réflexion- diffusion Les 2 peuvent subir de l’atténuation L’atténuation peut être provoqué par : l’absorption, la diffusion et la réflexion

Diffusion : dépend de la taille des structuresAbsorption : capacité à encaisser cette énergie mécaniqueRéflexion : dépend de la différence d’impédance

L’image obtenue est lié aux compositions physiques et aux propriétés mécaniques des structures

Informations apportées par l’échographie

- Ethogénicité ( liquide et solide ) : point plus ou moins intense Ex d’un patient obèse : pas très échogène → difficile de faire une échographie

- Géométrie des organes ( forme, contours et dimensions )

Récapitulatif ( III. )

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IV. DOPPLER

( Exemple d’un train qui passe, d’un sifflet )

Utilise des ultrasons et non des sons( Exemple des ondes qui viennent des étoiles : ça impacte le sens de déplacement, leur couleur )

1- Principes généraux

Basé sur

- Un émetteur qui envoie les ondes- Un récepteur qui capte les ondes

Ex : Engin qui fait du bruit + Oreille = Son Émetteur d’ultrasons + Capteur d’ultrasons piézo-électrique = Doppler Différentes longueurs d’onde mais même principe

L’émetteur et le récepteur sont

immobiles

La fréquence qu’on entend donne la fréquence de ce qui est émis

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Si l’émetteur se rapproche du

récepteur

Longueur d’onde plus courte Fréquence plus grande

Si l’émetteur s’éloigne

du récepteur

Fréquence plus petite

→ Suivant que la distance entre l’émetteur et le récepteur est constante ou pas, diminue ou augmente,L’impression n’a pas forcément la même fréquence que ce qui est émis.

Échographie Doppler

Définition scientifique

Tout phénomène périodique est perçu à une fréquence de réception différente de sa fréquence d’émission lorsqu’il y a un déplacement entre l’émetteur et le récepteur

ÉchographieDoppler

Appareil / Source ( = détecteur ) qui est fixeHématies mobiles à l’intérieur de l’organisme

➤ ATTENTION : Les hématies n’envoient pas d’ultrasons mais elles en renvoient

Fonctionnement :1- Source qui envoie des ultrasons avec une fréquence d’émission2- Le faisceau rencontre les hématies dans les vaisseaux

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3- Interaction du faisceau avec les hématies4- Renvoi des ultrasons vers la source

Les hématies sont mobiles, ainsi, la fréquence d’émission n’est pas la même que la fréquence de réception.

Angle θ très petit Vitesse plus importante et changement de fréquence plus importante

Angle θ très grand Différence de fréquence ( ΔF ) va diminuer et on risque de ne plus avoir de Doppler

Formule de ΔF

ΔF

( formule à voir superficiellement ) ΔF : « fréquence Doppler », c’est la différence entre la fréquence d’émission et la

fréquence de réception.

Plus l’angle est petit, plus l’appareil est incliné.Plus l’angle est grand ( appareil perpendiculaire au vaisseau ), moins on verra la vitesse des hématies facilement.

Petit angle = cosinus ↗ Angle qui se rapproche de 90° = cosinus ↘

Vitesse du sang dans un vaisseau v

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( Déduite à partir de la formule de ΔF )

Cos θ

Il faut incliner l’angle pour avoir une meilleure mesure et donc plus de signal.

Ainsi, le sens de déplacement peut être connu : - Hématies se rapprochent : cos θ positif ( entre 0 et 1 ) → v positif - Hématies s’éloignent ( angle > 90° ) : cos θ négatif → v négatif

Fréquences

Fréquence d’émission : entre 2 et 10 MHzFréquence de réception ≃ Fréquence d’émission avec une petite différence

Ces 2 fréquences ne sont pas audibles

ΔF : en Hz ou en KHz

ΔF audible

( Rappel : Oreille humaine n’entend pas à plus de 20 KHz, or, Ultrasons >> 20 KHz )

Représentation spectrale

Vitesse différente pour les hématies :

- Plusieurs fréquences Doppler- Obtention d’un spectre de fréquence qu’on peut représenter

Représentation graphique

Abscisse : ΔF Ordonnée : Importance de la fréquence

Il se peut que la vitesse d’écoulement dans le vaisseau change entre les différents temps, et cela donne alors un spectre différent entre t1 et t2.

( Exemple du battement cardiaque )

Abscisse : temps

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Brillance

Ordonnée : ΔF

Noir : Peu de brillanceBlanc : Beaucoup de brillance

→ Pic de brillance en fonction de la répartition des vitesses possibles du minimum au maximum

Flux artériel( varie beaucoup )

Flux veineux( varie peu )

2- Modes de Doppler

Mode continu

On envoie des ondes en continu et on en reçoit en continu avec une différence de fréquence

Inconvénient : On ne sait pas à quel endroit ΔF naît. On ne sait pas non plus si le vaisseau est profond ou pas.

C’est pour cela que l’on utilise dans les vaisseaux superficiels et l’axe du faisceau doit aussi être adapté.

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Mode pulsé

On envoie un train d’ombre puis il y a réflexion.On attend puis on renvoie un autre train d’ombre et ainsi de suite.

Ce mode permet de retrouver la profondeur et de la cibler.

Ce mode est basé sur l’émission et la réception par le même élément, par intermittence.

2- Modes de Doppler ( suite )

Mode duplex( appelé aussi

Échographie-Doppler ou Écho-Doppler )

= Couplage entre échographie en temps réel et Doppler

→ image échographique bidimensionnelle = en noir et blanc→ Doppler ( appelé aussi Doppler-couleur ) = en couleur

On utilise un code couleur ( rouge-bleu ) pour savoir si le signal se rapproche ou s’éloigne :- Bleu = s’éloigne- Noir = ne bouge pas- Rouge = se rapproche

Ce code de couleur permet alors de déterminer le sens de déplacement.

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De plus, la brillance nous permet de déterminer la vitesse de déplacement.

➤ ATTENTION : Rouge et bleu ≠ Artère et veine Rouge et bleu = se rapproche ou s’éloigne

Doppler renseigne sur la vitesse des hématies dans le vaisseauÉchographie renseigne sur la taille et donc sur le rayon du vaisseau Cela permet alors de connaître le débit du vaisseau

Doppler-énergie -Doppler-puissance -Doppler-amplitude -

Angiopuissance

= S’intéresse à la puissance de l’onde qui revient.

On utilise une autre échelle de couleur ( rouge-jaune ) Cela permet de savoir l’importance de l’écoulement ( lent ou rapide ) dans le vaisseau, Ainsi que le nombre d’hématies ( pour savoir si on est situé dans un vaisseau ou dans des parenchymes )

➤ ATTENTION ( Δinversion ): - Écho-Doppler utilise une autre échelle de couleur et permet de déterminer le sens de déplacement des hématies.- Doppler-énergie permet de déterminer l’amplitude du signal Doppler

Récapitulatif ( IV. )

ΔF Proportionnel à v et cos θ

Représentation- son-spectre- couleur

Modes- continu- pulsé- duplex ( = échographie + doppler couleur )

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V. TECHNIQUES PARTICULIERES RECENTES

NE PAS APPRENDRE MAIS SAVOIR QUE CA EXISTE

Produits de contraste = microbulles de gaz encapsulées Reste dans le secteur vasculaire ou s’accumule dans certains organes

→ Augmente la diffusion et donc augmente le signal

Imagerie d’harmoniques

→ Augmente le signal enregistré

Imagerie de combinaison

→ Améliore la qualité de l’image

Annales 2019 :

Q45) L’impédance acoustique d’un milieu augmente si : ( QRM )

a. la fréquence des ultrasons augmenteb. la puissance acoustique surfacique augmentec. la compressibilité du milieu augmented. la densité du milieu augmentee. la longueur d’onde des ultrasons augmente

Q46) Les ultrasons qui arrivent sur un appareil d’échographie : ( QRM )

a. ont été transmis à travers les tissus depuis l’appareil jusqu’aux lieux d’interactionb. ont été transmis à travers les tissus depuis les points d’interaction jusqu’à l’appareilc. peuvent avoir interagi avec la matière des organes par diffusiond. peuvent avoir interagi avec la matière des organes par réflexione. peuvent avoir interagi avec la matière des organes par absorption

Q48) Lorsqu’une zone de forte intensité apparaît sur une image échotomographique en mode « duplex » ( ou doppler-couleur ) : ( QRM )

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a. il s’agit d’une artère si la zone est rougeb. il y a une grande vitesse de déplacement des hématies si la zone est rouge ou bleuec. il y a une fréquence doppler élevée si la zone est bleue ou rouged. il peut s’agir d’un renforcement postérieur si la zone est gris pâle e. il peut y avoir une diffusion importante si la zone est gris pâle

Réponse D

Q45

Impédance proportionnelle à la Densité et à la célérité

Réponses ABCD

Q46 e. L’absorption ne renvoie pas les ondes

Réponses BCDE

Q48 a. FAUX : Rouge et bleu ≠ Artère et veine Rouge et bleu = se rapproche ou s’éloigne

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