Chapitre 1. Principes de l’ultrasonographie vasculaire
L’ultrasonographie vasculaire associe des modalités variées pour étudier les vaisseaux et le flux sanguin (Fig. 1-1). Les appareils modernes combinent l’utilisation du mode B et du Doppler pulsé, connue sous le nom de balayage en duplex. Ce livre n’essaye pas d’explorer tous les aspects de la physique des ultrasons, car ils sont décrits dans des ouvrages spécifiques (voir « Lectures recommandées » en fin d’ouvrage). Néanmoins, l’ultrasonographie vasculaire ne peut pas être appréhendée sans discuter les principes de base.
 |
| Fig. 1-1 Modalités utilisées en ultrasonographie vasculaire pour l’étude des vaisseaux sanguins et du flux. |
PRINCIPES DE BASE DE L’ÉCHOGRAPHIE
Les principales caractéristiques des ondes acoustiques sont décrites dans l’encadré 1-1.
Encadré 1-1
Caractéristiques des ondes ultrasonores
• Période : durée d’un cycle (secondes)
• Longueur d’onde : longueur d’un cycle (mm)
• Vélocité : vitesse de propagation de l’onde ultrasonore (cm/s)
• Amplitude : quantité d’énergie de l’onde ultrasonore
• Puissance : taux de transfert d’énergie (W)
• Intensité : puissance/surface (W/m2)
Les ultrasons ont une fréquence > 20 KHz, qui se situe au-delà de l’échelle des fréquences accessibles à l’oreille humaine. Les fréquences utilisées se chiffrent en millions de cycles par seconde (MHz). Les ultrasons sont générés et détectés grâce aux oscillations mécaniques de cristaux synthétiques piézo-électriques (effet piézo-électrique) (Fig. 1-2).
 |
| Fig. 1-2 Signaux ultrasonores. a. Un courant électrique appliqué à un cristal piézo-électrique entraîne son expansion puis sa contraction, ce qui génère des ultrasons à la même fréquence que celle qui traverse le corps. b. Les ondes ultrasonores réfléchies frappent le cristal et engendrent des signaux électriques alternatifs à la même fréquence que ceux qui sont ensuite produits par l’appareil d’échographie. |
PROPAGATION DES ULTRASONS DANS LES TISSUS
Les ultrasons interagissent avec les tissus lors de leur propagation aller et retour (Fig. 1-3). Leurs propriétés sont exposées dans l’encadré 1-2.
 |
| Fig. 1-3 Passage des ultrasons à travers les tissus. Les ultrasons traversent les tissus comme une onde longitudinale qui provoque une oscillation des particules tissulaires dans la même direction et à la même fréquence. |
Encadré 1-2
Propriétés des ultrasons
• L’indépendance acoustique moyenne dans la résistance à la transmission à travers un tissu – l’impédance acoustique moyenne dans les tissus mous est Z = 1,6kg/m2/s (Rayls)
• Interface : jonction entre des tissus d’impédances acoustiques différentes
• Réflexion : lorsque les ultrasons rencontrent une interface plus grande que la longueur d’onde avec des angles proches de 90° (Fig. 1-4)
 |
| Fig. 1-4 Réflexion. Un « réflecteur puissant » est un réflecteur dont les impédances de part et d’autre de l’interface sont très différentes. • Dans la plupart des tissus : seulement 1 à 2 % des ultrasons sont réfléchis. • Interface tissu mou et air : > 99 % sont réfléchis, ce qui explique que le couplage par un gel soit nécessaire entre la sonde et la peau. • Interface tissu mou et os : environ 40 % des ultrasons sont réfléchis et les études transcrâniennes peuvent être difficiles. • Les réflexions provenant du sang sont faibles comparativement à celles provenant des tissus solides. |
• Réfraction : lorsque les ultrasons frappent une interface avec un angle au-delà d’un angle critique différent de 90° (Fig. 1-5)
 |
| Fig. 1-5 Réfraction. Une partie du faisceau est réfléchie, tandis que le reste continue à être transmis mais à un angle différent dépendant des différences de vitesse pour chaque milieu. |
• Diffusion : lorsqu’un ultrason rencontre des particules ou une surface rugueuse (Fig. 1-6)
 |
| Fig. 1-6 Diffusion. Elle survient lorsque les ultrasons rencontrent une particule ou un objet qui a une taille différente ou plus petite que celle de la longueur d’onde du faisceau ultrasonore. a. Une particule dont la taille est approximativement la même que la longueur de l’onde diffuse à un degré variable dans différentes directions. Le degré de diffusion dépend de la fréquence de l’onde et de l’angle d’insonation. b. Une particule plus petite que la longueur d’onde, tel le globule rouge, diffuse l’onde incidente de la même manière dans toutes les directions (il s’agit de la diffusion de Rayleigh ; le Baron John William Rayleigh [1842–1919] était un physicien anglais) indépendamment de l’angle d’insonation. |
• Interférence : plusieurs ondes ultrasonores de fréquences différentes traversent un tissu et se rehaussent ou entrent en compétition l’une avec l’autre
• Atténuation : perte d’énergie ultrasonore lors du passage des tissus, proportionnelle à la fréquence ultrasonore, à la distance entre la sonde et le point étudié, et à la densité tissulaire (Fig. 1-7)
 |
| Fig. 1-7 Atténuation • Décroissance exponentielle, surtout due à l’absorption mais aussi à la réflexion, à la réfraction, à la diffusion et à la diffraction. • Moins importante pour les signaux de basse fréquence, tels que ceux utilisés pour l’examen des structures abdominales profondes. • Plus importante pour les signaux de haute fréquence, tels que ceux utilisés pour l’examen des structures superficielles. • Faible pour le sang, plus élevée pour les tissus mous et très élevée pour les poumons et les os. |
• Absorption : conversion de l’énergie ultrasonore en chaleur lors du passage des tissus
L’ EFFET DOPPLER : INTERACTION DES ULTRASONS AVEC LE FLUX CIRCULANT
Lorsqu’une source émet des ondes acoustiques, la fréquence de l’onde réfléchie à partir d’un objet situé sur son trajet augmente ou diminue respectivement selon que l’objet se rapproche ou s’éloigne de la source. C’est l’effet Doppler (Christian Andreas Doppler [1803–1863] était un mathématicien autrichien) et le changement de fréquence est appelé signal Doppler. Les ultrasons émis par une source stationnaire et dirigés vers le flux circulant détectent un signal Doppler provenant des globules rouges qui est proportionnel à la vélocité sanguine et se situe dans le domaine des fréquences audibles (Fig. 1-8).
 |
| Fig. 1-8 Signal Doppler (fréquence Doppler). a. Le sang se déplaçant vers la sonde induit une fréquence Doppler positive. b. Le sang s’éloignant de la sonde produit une fréquence Doppler négative. |
où
fo = fréquence des ultrasons transmis à partir de la sonde
v = vélocité du flux sanguin
θ = angle entre la direction du flux sanguin et l’axe d’insonation
c = vélocité des ultrasons dans les tissus (1540m/s).
Par exemple, si :
La vélocité du flux sanguin (v) est calculée d’après la fréquence Doppler de la manière suivante :
Par exemple, si :
■ une erreur de 5 % pour θ = 30° induit une erreur de 5 % pour la mesure de la vélocité ;
■ tandis qu’une erreur de 5 % pour θ = 70° entraîne une erreur de 20 % pour la mesure de la vélocité.
SONDES ET FAISCEAUX ULTRASONORES
SONDES D’ÉCHO-DOPPLER CONTINU
Une sonde crayon contient deux cristaux piézo-électriques ; l’un émet et l’autre reçoit les signaux (Fig. 1-9). La sonde dispose habituellement d’un dos contenant de l’air pour une meilleure sensibilité. Elle opère à une seule fréquence continue, la plus favorable étant autour de 8MHz.
 |
| Fig. 1-9 Sonde d’écho-Doppler continu. Le segment gris foncé représente la zone de sensibilité maximale pour la réception du signal et couvre plusieurs vaisseaux du champ. |
SONDES DE DOPPLER PULSÉ
Les sondes modernes de Doppler pulsé sont constituées d’une rangée de plusieurs cristaux piézo-électriques appelée array (Fig. 1-10). Un amortisseur est placé derrière cette rangée, permettant d’amortir les vibrations des cristaux.
 |
| Fig. 1-10 Modèle d’une sonde de Doppler pulsé. • Plaque frontale pour éviter la réflexion. • À l’arrière, couche amortissante pour réduire les oscillations. |
Les caractéristiques des sondes sont les suivantes :
■ empreinte : forme de la surface de la sonde ;
■ champ de vue : surface (ou zone) incluse dans le faisceau ;
■ dimensions : forme de la sonde dans les trois dimensions :
• longueur : focalisation dans le plan d’élévation ;
• largeur : plan de balayage ;
• épaisseur : elle détermine la fréquence.
Faisceau ultrasonore pulsé
Le faisceau principal est tridimensionnel et est projeté dans une certaine direction. D’autres faisceaux de plus basse intensité mais de fréquence identique sont également produits (Fig. 1-11). Les interactions entre les multiples composants différents qui forment l’onde ultrasonore sont appelées lobes latéraux et ont un aspect tridimensionnel au niveau des plans de balayage et d’élévation. L’interférence entre les nombreuses ondes émises par les multiples cristaux piézo-électriques entraîne la formation de lobes « parasites » qui sont bidimensionnels seulement dans le plan de balayage.
 |
| Fig. 1-11 Faisceau principal et lobes latéraux. |
Chaque écho réfléchi qui retourne à la sonde est représenté par un pixel auquel est assignée une brillance ou une couleur selon le mode ultrasonore utilisé. L’image est formée à partir de l’association de nombreux pixels. Les cristaux piézo-électriques utilisés pour l’écho-Doppler pulsé ont une fréquence de résonance centrale, mais les sondes modernes utilisent des cristaux piézo-électriques à large bande qui génèrent différentes fréquences. Cela permet d’utiliser simultanément des modes différents.
Related posts:
Stay updated, free articles. Join our Telegram channel
Full access? Get Clinical Tree
