Règles élémentaires pour l'imagerie échographique
- Le comportement de l'onde ultrasonore est régie par les lois de physique.
- A la limite des différents tissus (interface) les ondes sont réfractées et réfléchies ; ƒ
- Plus la différence d'impédance acoustique entre les deux tissus est élevée, plus la réflexion est grande ; ƒ
- Plus la différence de vitesse de propagation est grande, plus la réfraction est importante ; ƒ
- Les ondes de fréquences les plus élevées sont plus facilement absorbées et diffusées que les ondes à fréquences basses ;
Comment obtient-on une image ?
Les ultrasons se propagent dans les tissus où ils subissent atténuation, réflexion, diffraction et diffusion. Le faisceau rencontre des impédances acoustiques différentes et c’est la différence de vitesse de propagation des ultrasons qui donne les contrastes de l’image.
Il existe des sondes :
- Mécaniques (anciens modèles : sondes rotatives, avec une focalisation optique sans couplage Doppler). Elle à un intérêt en échographie de très haute fréquence.
- Electroniques : la plupart des sondes actuelles (alignement d’éléments piézoélectriques, focalisation électronique, couplage Doppler, harmoniques tissulaires +/- élastographie)
Toutes les sondes se caractérisent pas leur fréquence (MHz) : il suffit de lire, c’est écrit dessus !
Le schéma de principe d’une sonde électronique est le suivant :
- Une horloge fournit une référence temporelle, donnant le départ des impulsions ultrasonores générées par l’émetteur sous forme de signaux électriques
- Ces signaux électriques sont transformés en vibrations mécaniques (=ultrasons) par la sonde (transduction)
- Les ultrasons peuvent subir 3 phénomènes: ils traversent les tissus (énergie transmise) / ils se réfléchissent sur les limites de séparation entre tissus : les interfaces (énergie réfléchie) / ils se dispersent dans toutes les directions de l’espace lorsque la cible est de très petite taille par rapport à la longueur d’onde : parenchymes, flux sanguins (énergie diffusée)
- Les échos de ces ondes acoustiques sont captés par la sonde
- Ils sont alors transformés en signaux électriques, amplifiés par le récepteur
- Ils sont inscrits en mémoire en référence à l’instant de l’émission et à la position de la sonde dans l’espace lors de l’émission.
- L’écran de visualisation affiche les données mises en forme en fonction des positions successives de la sonde
TRANSDUCTION
Le fonctionnement de la plupart des sondes repose sur le balayage électronique. L’image est obtenue par commutation électronique de transducteurs. Ces transducteurs sont alignés à la surface d’une sonde. Les transducteurs fonctionnent par groupes mais une seule lentille acoustique réalise la focalisation pour obtenir l’image. Ces transducteurs élémentaires sont “excités” par une impulsion électrique, à laquelle ils répondent par une déformation, générant une impulsion acoustique. Un discret décalage du temps d’excitation permet de générer un faisceau ultrasonore dont on peut contrôler l’orientation et la focalisation.
REFLEXION
La délimitation des organes se perçoit grâce à la REFLEXION: les ultrasons subissent une réflexion sur les limites de séparation entre tissus. Cette réflexion est proportionnelle à la différence d’impédance acoustique de part et d’autre. L’Impédance : Graisse < eau < cerveau < rein < sang < muscle < os
Une interface donne naissance à un signal échographique selon les lois suivantes:
- L’incidence doit être perpendiculaire
- L’énergie transmise est d’autant plus faible que la différence d’impédance entre 2 tissus est élevée (=coefficient de réflectivité)
- La proportion d’énergie réfléchie est indépendante de la fréquence des ultrasons.
Au total, les interfaces qui ont un coefficient de reflexion élevé éblouissent l’écho et l’énergie disponible en profondeur est faible (ex : tissu mou-air : 99% tissus mou-os : 30%).
La plupart des interfaces explorées ont un coefficient de réflexion de 1% : cela implique que 99% de l’énergie est transmise ce qui permet de visualiser les tissus profonds. Enfin, dans la traversée des tissus biologiques, les ultrasons subissent une absorption, consécutive à l’atténuation de l’intensité acoustique.
DIFFUSION
Sur les cibles réfléchissantes de très petites dimensions, les ultrasons subissent une diffusion (signal Doppler ou parenchyme : hématies / cellules hépatiques sont de petite taille).
Si la taille cible est très inférieure à la longueur d’onde, l’énergie acoustique est dispersée de façon homogène (isotrope) dans toutes les directions de l’espace : C’est la Diffusion, qui augmente avec la fréquence ultrasonore.
La diffusion est à l’origine de l’image échographique des parenchymes (« speckle »= bruit d’interférence) • L’intensité diffusée est en général plus faible que l’intensité réfléchie • L’intensité non diffusée, c’est à dire transmise, permet d’obtenir l’image des tissus situés plus en profondeur • La proportion d’intensité diffusée dépend de la fréquence de l’onde ultrasonore •
La différence pratique essentielle est que les interfaces ne sont clairement visibles que si le faisceau ultrasonore les atteint perpendiculairement, alors que l’image des parenchyme est identique quelle que soit l’incidence.
