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23/11/2009
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Dispositifs d'imagerie mdicale
Echographie
Intervenant : F. Rousseau
rousseau@unistra.fr
Echographie
Principe de lchographie
Envoi dune onde ultrasonore
Analyse du signal rflchi
Utilisation
Diagnostic
Thrapeutique
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Echographie
Comment voir mieux ?
Comment voir plus ?
Comment voir des organes considrs inaccessibles jusqu maintenant ?
Bref historiqueDate Dcouvreur Fait
1822 Colladon Propagation des sons dans leau
1840 Doppler Effet Doppler
1877 Rayleigh Publication de Theory of sound
1880 Frres Curie Effet pizolectrique
1915 Langevin Propagation des ultrasons
1950s Wild, Leskell puis Donald Echographie diagnostique
1987 Utilisation du Doppler couleur
1990s Echographie 3D
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Plan
Physique
Ralisation
Les autres chographies
Plan
Physique
Les ultrasons
Interaction avec la matire
Focalisation
Ralisation
Les autres chographies
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Les ultrasons (US)
Ondes acoustiques
Ondes lastiques ( lectromagntiques)
Phnomne mcanique
Vibrations matrielles
Equation de propagation:
Les ultrasons (US)
Classification selon la frquence
Infra-sons : f < 20 Hz
Sons audibles : 20 Hz < f < 20 KHz
Ultrasons : 20 KHz < f < 500 MHz
Hyper-sons : f > 500 MHz
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Les ultrasonsFrquence applications
0.5 MHz Ostodensitomtrie
1 MHz Echo-encphalographie mode A
2.25 MHz Echo abdominale (sujets corpulents)Doppler trans-crnien
3.5MHz Echo abdominaleEcho cardiaque
4 MHz Doppler vaisseaux priphriques
5 MHz Tissus superficielsEcho abdominale (sujets minces)Thorax, seins, testicules, gyncologie, thyrode, cerveau de nouveau-n
7.5 - 10 MHz Tissus trs superficielsOeil, hanche du nouveau-n, sein, thyrode
12 20 MHz Biomtrie en mode A (ophtalmologie)
1 10 GHz Microscopie ultrasonore
Les ultrasons
Vitesse de propagation : c2 = E /
avec E et : lasticit et densit du milieu
uniforme dans les tissus mous ( 1540 m/s)
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Les ultrasons
Limpdance : Z2 = / ou Z = c
: compressibilit
Exprime le comportement dun milieu matriel vis--vis des US
Frquence et longueur donde : = c / f
3 MHz < f < 12 MHz
Longueur donde : pouvoir de rsolution
Rmq: f constante, varie avec la nature du milieu
Interactions avec la matire
Absorption Rflexion
Rfraction Diffusion
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Interactions avec la matire
Absorption : I(x) = I0 e-x avec proportionnel f2
Rflexion : R = (Z2 Z1)2 / (Z2 + Z1)2
6% pour 1 interface foie/rein
40% pour 1 interface tissus mous / os
Interactions avec la matire
Rfraction : sin t / sin i = c2 / c1
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Interactions avec la matire
Diffusion d : taille de linterface
3 types de diffusion: d >> : rtro-diffusion
d : diffusion antgrade
d
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Interactions avec la matire
Retour sur le principe de lchographie Utilisation de la rflexion des ondes US
Limitations : diffusion, rfraction, absorption et rflexion !
Comment diriger les ondes US ?
Le faisceau ultrasonore
Diriger les ondes US
Londe US peut se dplacer dans toutes les directions de lespace (onde sphrique)
Pour obtenir un faisceau (onde directionnelle), il faut que < dimension de la source
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Morphologie du faisceau US
Champ proche
Longueur : L = D2 / 4 avec D diamtre de la source
Champ lointain
sin = 1.22 /D
Morphologie du faisceau US
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Le diagramme de rayonnement
Commentaires de traiteurs de signaux ?
La focalisation
Cas idal
Focalisation idaleFront donde sphrique
Focalisation pratiqueR F / a
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La focalisation
Ralisation pratique : cration dun front donde sphrique
Transducteur sphrique
Lentille
Focalisation lectronique
La focalisation mixte
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La focalisation mixte
Focalisation mcanique et fixe dans lpaisseur de coupe
La focalisation mixte
Focalisation lectronique et variable dans le plan de coupe
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La focalisation
Combinaison de plusieurs focales -> baisse de rsolutiontemporelle
Focalisation en mission ET en rception
Emission Rception
Plan
Physique
Ralisation
La sonde
Leffet pizo-lectrique
Mode dacquisition
Formation de limage
Les artefacts
Les autres chographies
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La sonde
Points clefs:
Elle conditionne la qualit de limage
Cest la fois un metteur et un rcepteur
Elle transforme limpulsion lectrique en onde Us et inversement
Choix de la frquence
Type de la sonde
Leffet pizo-lectrique
Les centres de gravits sont confondus Les centres de gravits sont dissoccis
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Leffet pizo-lectrique
Soit une force F = P S, applique sur les 2 faces du cristalpizo-lectrique : Cration dune tension pizo-lectrique U
Effet pizo-lectrique direct U = k P
Et inversement, soit une tension U applique au cristal pizo-lectrique : Cration dune dformation du cristal et dune pression P,
Effet pizo-lectrique inverse : P = k U
Leffet pizo-lectrique Pizo-lectricit
Dcouverte en 1880 par les frres Curie Naturelle (cristaux tel que le quartz), Artificielle (polarisation des matriaux ferrolectriques)
Matriaux pizo-lectriques : Cristaux, Cramiques, Polymres, Composites
2 Caractristiques importantes : Constante de couplage kt : aptitude convertir lnergie lectrique en
nergie mcanique, et inversement Impdance Z : doit tre proche de celle des tissus biologiques
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Modes dacquisition
Mode A (amplitude) Visualisation 1D de lamplitude du signal recueilli par la sonde en
fonction de la profondeur
Mode B (brillance) Luminosit du point en fonction de lamplitude de lecho. En mode
2D, on obtient une image US.
Mode TM (temps-mouvement) Reprsentation des variations 1D de la position et de la brillance des
chos en fonction du temps
Modes dacquisition
Mode A
Mode B
Mode TM
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Modes dacquisition
Balayage du plan de coupe (mode B)
Barrette droite
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Balayage du plan de coupe (mode B)
Barrette courbe (sonde phased-array)
Formation de limage
Traitements la rception Amplification, dmodulation et redressement
Numrisation
Interpolation (balayage sectoriel)
Adaptation du signal chographique la visualisation :
compenser l'attnuation des ultrasons en fonction de la profondeur traverse
adapter la dynamique du signal chographique
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Formation de limage
Compenser lattnuation :
Dynamique la reception 100 110 dB
Attnuation 70 dB
Phnomne dabsorption : I(x) = I0 e-x
Gain de lamplificateur : G(x) = G0 et
Signal de sortie : S(x) = G0I0 et -x
Formation de limage
Adaptation de la dynamique
Dynamique du recepteur : 120dB
Dynamique dun cran : 30dB
On effectue une compression logarithmique
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Rsolution de limage US
Rsolution : capacit distinguer deux points objetsdiffrents
Rsolution axiale (0.1 1mm)
Rsolution latrale (1 5mm)
Epaisseur (2 12mm)
Rsolution temporelle
Artefacts en mode B
3 types dartefacts
chos absents
Echos surajouts
Dformations de limage
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Artefacts en mode B
chos absents
Cnes dombre de sparation
Cnes dombre des parois latrales
Artefacts en mode B
chos surajouts
chos retardataires
Artefacts des lobes secondaires
Artefacts en mirroir
Effet de volume partiel
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Artefacts en mode B
Dformations de limage
Artefacts de vlocit
Images de ddoublement
Artefacts en mode B
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Artefacts en mode B
Artefacts en mode B
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Plan
Physique
Ralisation
Les autres chographies
Lchographie 3D
Lchographie Doppler
Limagerie non linaire
Elastographie
Densitomtrie osseuse
Lchographie interventionnelle
Lchographie 3D
But : Obtenir une information 3D
Amliorer les mesures (prcision et reproductibilit)
Eliminer la dpendance loprateur
Permettre un meilleur suivi des patients
Applications Tlmdecine, analyse volumique, proposer plus de modes de
visualisation, chirurgie assiste, systmes de ralit augmente
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Lchographie 3D
Lchographie 3D
Acquisition des donnes
3 systmes :
Sondes 3D, systmes balayage mcanique, systmes main-libre
systmes balayage mcanique
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Lchographie 3D
Acquisition des donnes
Systmes main libre
Sondes classiques
Localisateur
Lchographie
