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L'échographie: une étape dans la médecine

Aujourd'hui, il est difficile d'imaginer un diagnostic médical sans une méthode telle que l'échographie. Apparus au milieu du siècle dernier, les échographes ont révolutionné la médecine. Le diagnostic par ultrasons continue de se développer rapidement. L'image bidimensionnelle habituelle est remplacée par de nouvelles technologies. Récemment, le premier échographe domestique de la classe expert fabriqué par Kalugapribor de la société Avtomatika a été présenté par la holding Shvabe, qui est responsable de la stratégie marketing et des ventes de cet équipement..

À propos de l'échographie, de l'apparence des échographes et de la dernière technologie 5D en échographie - dans notre matériel.

Sur l'onde ultrasonique

Beaucoup de gens se souviennent de la définition du son d'un manuel scolaire de physique: "Les ondes sonores, ou simplement le son, sont généralement appelées ondes perçues par l'oreille humaine." Ainsi, la gamme des ondes sonores se situe dans la gamme de 20 Hz à 20 kHz. Des sons de cette fréquence précisément peuvent être entendus par une personne. Les ondes avec une fréquence inférieure à 20 Hz sont appelées infrasons et avec une fréquence supérieure à 20 kHz - appelées ultrasons.

Alors que les infrasons et les ultrasons sont inaccessibles aux humains, de nombreux êtres vivants communiquent tout à fait normalement à ces fréquences. Par exemple, un éléphant distingue le son avec une fréquence de 1 Hz, et les dauphins mènent dans la limite supérieure d'audibilité - le maximum de perception auditive en eux atteint 150 kHz. Soit dit en passant, les chiens et les chats sont tout à fait capables d'attraper les ultrasons. Le chien peut entendre le son jusqu'à 70 kHz, et le seuil supérieur de la plage sonore chez les chats est de 30 Hz.

Si pour certains animaux, l'échographie est un moyen de communication courant, il suffit alors de deviner la présence d'ondes sonores «invisibles» dans la nature. Des expériences dans ce domaine ont été menées par Léonard de Vinci au XVe siècle. Mais l'échographie de 1794 a été découverte par l'italien Lazzaro Spallanzani, prouvant qu'une chauve-souris aux oreilles fermées cesse de naviguer dans l'espace.

Échographie: bases physiques

Au XIXe siècle, l'échographie fait un véritable boom dans la communauté scientifique, les premières expériences scientifiques commencent à être menées. Par exemple, en 1822, après avoir plongé une cloche sous-marine dans le lac Léman, il a été possible de calculer la vitesse du son dans l'eau, qui a prédéterminé la naissance de l'hydroacoustique.

Vers la fin du siècle, en 1890, les scientifiques Pierre et Jacques Curie découvrent un phénomène physique qui devient la base de la recherche échographique. Les frères Curie ont découvert un effet piézoélectrique. Elle consiste dans le fait que lors de la déformation mécanique de certains cristaux, une tension électrique apparaît entre leurs surfaces.


Pierre Curie et le piézoélectromètre à quartz

Sur la base de ces matériaux piézocéramiques, le composant principal de tout équipement à ultrasons est créé - le transducteur, ou capteur, des ultrasons. Un courant est fourni aux éléments piézoélectriques, qui est converti en vibrations mécaniques avec l'émission d'ondes ultrasonores. Un faisceau d'ondes ultrasonores se propage dans les tissus du corps, une partie de celui-ci est réfléchie et retourne à l'élément piézoélectrique. En fonction du temps de parcours de la vague, la distance est estimée.

L'échographie en médecine: du traitement de l'arthrite au diagnostic

En médecine, l'échographie a été initialement utilisée comme méthode de traitement de l'arthrite, de l'ulcère gastrique et de l'asthme. C'était au début des années 30 du siècle dernier. On pensait que l'échographie avait des effets anti-inflammatoires, analgésiques et antispasmodiques et améliorait également la perméabilité de la peau. Soit dit en passant, aujourd'hui la phonophorèse est basée sur cela - une méthode de physiothérapie, quand au lieu du gel habituel pour l'échographie, une substance thérapeutique est appliquée, et l'échographie aide le médicament à pénétrer plus profondément dans les tissus.

Mais l'échographie a trouvé sa principale application dans le domaine de la médecine comme méthode de diagnostic. Le fondateur du diagnostic par ultrasons est considéré comme un neurologue autrichien, le psychiatre Dyussik. En 1947, il a examiné une tumeur au cerveau, compte tenu de l'intensité avec laquelle une onde ultrasonore a traversé le crâne du patient..

Une véritable percée dans le développement du diagnostic par ultrasons s'est produite en 1949, lorsque le premier appareil de balayage médical a été créé aux États-Unis. Cet appareil ne ressemblait pas beaucoup aux échographes modernes. C'était un réservoir avec un liquide dans lequel un patient était placé, forcé de rester immobile pendant longtemps, tandis qu'un scanner abdominal se déplaçait autour de lui - un somoscope. Mais un début a été fait. Les échographes se sont améliorés très rapidement et, au milieu des années 60, ils ont commencé à prendre la forme familière des capteurs manuels..

Grâce au développement de la technologie des microprocesseurs dans les années 1980-1990, la qualité des ultrasons s'est considérablement améliorée. À cette époque, le diagnostic par ultrasons a commencé à être activement utilisé dans divers domaines de la médecine, évaluant son innocuité par rapport aux rayons X et sa facilité d'utilisation par rapport à l'imagerie par résonance magnétique. L'échographie a trouvé une utilisation particulièrement répandue en obstétrique et en gynécologie. Déjà à la fin des années 1990, dans de nombreux pays, l'échographie est devenue l'étude standard, avec laquelle l'âge gestationnel a été déterminé, des malformations fœtales ont été identifiées.

Regard intérieur: technologies modernes en échographie

Aujourd'hui, les soins de santé nationaux achètent environ 3 000 échographes par an à des fournisseurs étrangers. Le fait est que jusqu'à récemment, ces appareils n'étaient pas fabriqués en série en Russie.

Des expériences sur l'utilisation des ultrasons ont été menées dans notre pays. En 1954, un département spécialisé est même apparu à l'Institut d'acoustique de l'Académie des sciences de l'URSS, et dans les années 1960, la production de scanners à ultrasons domestiques a été établie. Mais tous sont restés dans le statut expérimental, n'ont pas reçu d'application de masse dans la pratique, et dans les années 1990, ils ont été complètement remplacés par des analogues importés.

L'année dernière, Rostec, dans le cadre du programme de substitution des importations, a lancé la production en série de scanners à ultrasons russes - RusKan 50 et RusKan 60 dans les installations de Kalugapribor, qui fait partie d'Avtomatika. Ils appartiennent à la classe moyenne et haute, ils utilisent les dernières technologies, telles que l'image 3D / 4D, ainsi que l'élastographie, c'est-à-dire l'échographie en utilisant un facteur supplémentaire - la pression, qui aide à déterminer les changements pathologiques par la nature de la contraction tissulaire.

Les méthodes de diagnostic par ultrasons continuent de se développer activement. Cette année, Rostec a ajouté des appareils de classe expert à la ligne de production. La société d'État a présenté une nouveauté au forum BIOTECHMED - RusKan 65M dans le cadre de l'exposition de la holding Shvabe, qui met en œuvre une stratégie marketing et vend des produits. Ceci est le premier scanner à ultrasons de qualité expert domestique.

Que signifie la définition d '«expert» dans la classification des échographes? Le critère principal est la résolution. Il utilise des capteurs haute densité capables de distinguer les moindres détails des structures. Comme mentionné ci-dessus, chaque transducteur possède un ensemble spécifique d'éléments piézoélectriques. Dans les appareils d'une classe bon marché, la densité de ces éléments est faible. Plus la densité est élevée, plus le diagnostic sera précis et fiable..

Le deuxième critère, non moins important, est quel ensemble de programmes est intégré dans cet équipement. Afin d'assurer un haut niveau de recherche, en règle générale, des progiciels très coûteux sont utilisés. Cela vous permet de visualiser les détails les plus délicats, les changements dans les structures des organes, des vaisseaux sanguins et des tissus. Par ailleurs, dans le logiciel RusKan 65M est de production russe.

Le nouveau produit a non seulement amélioré la qualité de l'image résultante, mais a également introduit des méthodes automatisées pour son traitement et son analyse. Ainsi, une évaluation visuelle du fœtus est réalisée par le programme de reconstruction d'une échographie 3D translucide Crystal Vue, qui, en améliorant la visualisation des structures externes et internes dans une image tridimensionnelle reconstruite, permet d'augmenter le contenu informationnel et la fiabilité diagnostique de l'étude en augmentant le contraste et la mise en évidence des structures internes et complète l'image volumétrique avec des informations morphologiques sur objet d'étude, augmentant la précision du diagnostic. Parmi les autres nouvelles technologies, le programme S-Detect Breast pour l'analyse automatique des formations mammaires. Une autre caractéristique du produit est la fantastique couleur du cœur 5D, qui reconstruit neuf projections du cœur fœtal tout en affichant le flux sanguin. Les données obtenues permettent l'évaluation la plus détaillée du cœur pour les anomalies congénitales..

Ainsi, au cours de plusieurs décennies, l'utilisation des ultrasons en médecine a subi d'énormes changements, notamment en obstétrique: d'une simple mesure de la taille du fœtus à une évaluation détaillée de son flux sanguin et de ses organes internes. Ce qui était techniquement impossible jusqu'à récemment, se transforme aujourd'hui en un composant familier de l'échographie de routine.

Cinq applications d'échographie qui changeront le monde

L'échographie est capable de bien plus que prendre des photos de bébés à naître. Puisqu'il est devenu dans les années 30 un outil médical presque indispensable, la technologie pour produire des ondes sonores que les gens ne peuvent pas entendre a trouvé une application dans presque toutes les industries. Les vibrations qu'il crée peuvent tuer les bactéries, faire fondre le plastique et même faire croître l'eau-de-vie en quelques jours, pas des années..

Aujourd'hui, l'échographie trouve son application dans un domaine encore plus large, stimulant des inventions pouvant conduire à de puissants changements. En voici quelques-unes:

Téléphones vraiment intangibles

Nous sommes à la veille d'une véritable alternative sans contact à la technologie tactile. Des appareils comme Microsoft Kinect peuvent détecter où vous vous trouvez et utiliser ces informations comme instructions. Mais mettre vos mains au bon endroit pour donner les bonnes instructions est encore assez difficile, et ce système gestuel n'est pas encore largement utilisé..

Une entreprise utilise les ultrasons pour créer efficacement des boutons invisibles dans l'air que vous pouvez sentir. Une gamme d'émetteurs à ultrasons produit et génère des ondes sonores, créant de petites zones avec des sensations tactiles sur la peau à certains endroits. Par conséquent, au lieu d'agiter votre main et d'espérer qu'elle soit au bon endroit, vous saurez immédiatement quand vous avez activé la reconnaissance des gestes.

Cela peut rendre les appareils de tous les jours, tels que les smartphones, complètement étanches, sans contact et respectueux de l'environnement. Cette technologie peut également être combinée avec des systèmes de réalité virtuelle afin que vous puissiez sentir votre environnement créé artificiellement, ce qui apportera une nouvelle dimension aux jeux vidéo et au divertissement..

La rumeur veut que la prochaine génération de smartphones utilisera la reconnaissance d'empreintes digitales à ultrasons, vous n'avez donc même pas besoin de toucher le téléphone pour le déverrouiller. Ces téléphones peuvent même inclure des ultrasons pour une recharge sans fil lorsque l'énergie des ultrasons est convertie en énergie électrique dans le téléphone. Cette énergie sera projetée à partir d'un émetteur stocké, par exemple, sur le mur de votre maison..

Hologrammes acoustiques

L'échographie est utilisée depuis longtemps pour créer des images corporelles bidimensionnelles que les médecins peuvent étudier. Mais ce n'est que récemment qu'il y a eu un développement qui pourrait prendre une place prépondérante dans la médecine à l'avenir - un hologramme acoustique à ultrasons.

Dans cette méthode, les ultrasons sont utilisés pour déplacer des microparticules dans un milieu spécifique pour former l'image souhaitée. Par exemple, la projection d'ondes sonores à travers une plaque spécialement conçue avec un motif dans l'eau contenant des particules de plastique, les conduit à un certain alignement. Les scientifiques pensent qu'un hologramme acoustique de ce type peut être utile pour améliorer l'imagerie médicale et pour développer des méthodes améliorées de traitement par ultrasons..

Lunettes pour les aveugles

Une autre utilisation médicale possible de l'échographie peut aider les aveugles à «voir» de la même manière que les chauves-souris voient avec l'écholocation. Au lieu de fixer les ondes lumineuses réfléchies pour voir les objets, les chauves-souris envoient des ondes ultrasonores et utilisent le son réfléchi pour s'orienter dans l'espace. Cet écho fournit des informations sur la taille et la position de l'objet..

Des scientifiques de Californie ont créé un casque à ultrasons qui envoie des ondes ultrasonores similaires. Il convertit ensuite les signaux réfléchis en sons audibles que le cerveau humain peut apprendre à transformer en une image mentale détaillée de l'environnement. Avec le temps, cette technologie pourrait devenir plus pratique et plus compacte. Peut-être même sur sa base faire des lunettes spéciales.

Attirer les rayons

Avec une puissance suffisante, vous pouvez utiliser les ultrasons pour faire léviter des objets à l'aide d'ondes sonores seules et les déplacer dans différentes directions, comme un faisceau attractif du domaine de la science-fiction. Des scientifiques de l'Université de Bristol ont montré qu'en contrôlant et en focalisant les ondes sonores à partir d'un réseau de sources ultrasoniques, vous pouvez créer suffisamment de puissance pour soulever un objet de la taille d'une perle du sol.

Élever des objets plus gros, tels que des humains, nécessitera des niveaux de puissance très élevés, et il n'est pas entièrement clair quels dommages les forces acoustiques peuvent faire aux humains. Mais une telle technologie a le potentiel de transformer le domaine de la médecine. Par exemple, il peut être utilisé pour déplacer des médicaments dans tout le corps vers les cellules cibles..

Scanners martiens

La technologie des ultrasons est depuis longtemps considérée comme un outil de recherche. À une puissance suffisamment élevée, les vibrations ultrasoniques peuvent être utilisées pour percer un matériau suffisamment dense. Cette utilisation a été proposée dans la recherche de gisements souterrains de pétrole et de gaz. L'écholocalisation par ultrasons peut également être utilisée comme capteur qui aide les drones aériens à éviter les obstacles afin qu'ils puissent être envoyés dans des endroits dangereux et inaccessibles.

Cependant, les applications de recherche ne se limitent pas à la planète Terre. Si jamais des gens visitent Mars, nous aurons besoin de nouvelles façons d'analyser l'environnement martien. En raison de la faible gravité sur Mars, les forets conventionnels ne pourront pas fonctionner avec une force ordinaire, les scientifiques envisagent donc la possibilité d'utiliser des appareils à ultrasons pour prélever des échantillons.

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Physique de l'échographie

Le chapitre du volume I du manuel sur le diagnostic par ultrasons rédigé par le personnel du département de diagnostic par ultrasons de l'Académie médicale russe de l'enseignement supérieur sous la direction de V. Mitkova.

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES ULTRASONS

L'utilisation des ultrasons dans le diagnostic médical est associée à la possibilité d'obtenir des images d'organes et de structures internes. La base de la méthode est l'interaction des ultrasons avec les tissus du corps humain. L'acquisition d'image réelle peut être divisée en deux parties. La première est l'émission d'impulsions ultrasonores courtes dirigées vers le tissu étudié, et la seconde est la formation d'une image basée sur les signaux réfléchis. Comprendre le principe de fonctionnement d'une unité de diagnostic à ultrasons, connaître les bases de la physique des ultrasons et son interaction avec les tissus du corps humain aidera à éviter une utilisation mécanique et irréfléchie de l'appareil et, par conséquent, à aborder le processus de diagnostic avec plus de compétence.

Le son est une onde longitudinale mécanique dans laquelle les vibrations des particules sont dans le même plan que la direction de propagation de l'énergie (Fig.1).

Figure. 1. Représentation visuelle et graphique des changements de pression et de densité dans une onde ultrasonore.

Une vague est porteuse d'énergie, mais pas de matière. Contrairement aux ondes électromagnétiques (lumière, ondes radio, etc.), un milieu est nécessaire pour la propagation du son - il ne peut pas se propager dans le vide. Comme toutes les ondes, le son peut être décrit par un certain nombre de paramètres. Il s'agit de la fréquence, de la longueur d'onde, de la vitesse de propagation dans le milieu, de la période, de l'amplitude et de l'intensité. La fréquence, la période, l'amplitude et l'intensité sont déterminées par la source sonore, la vitesse de propagation par le milieu et la longueur d'onde par la source sonore et le milieu. La fréquence est le nombre d'oscillations complètes (cycles) sur une période de 1 seconde (Fig.2).

Figure. 2. La fréquence de l'onde ultrasonore 2 cycles en 1 s = 2 Hz

Les unités de fréquence sont le hertz (Hz) et le mégahertz (MHz). Un hertz est une oscillation par seconde. Un mégahertz = 1 000 000 hertz. Qu'est-ce qui rend le son "ultra"? Ceci est la fréquence. La limite supérieure du son audible - 20 000 Hz (20 kilohertz (kHz)) - est la limite inférieure de la plage ultrasonique. Les détecteurs ultrasoniques de chauves-souris fonctionnent dans la plage de 25 ÷ 500 kHz. Dans les appareils à ultrasons modernes, des ultrasons d'une fréquence de 2 MHz et plus sont utilisés pour obtenir une image. La période est le temps nécessaire pour obtenir un cycle complet d'oscillations (Fig.3).

Figure. 3. La période de l'onde ultrasonore.

Les unités de la période sont la seconde (s) et la microseconde (μs). Une microseconde est un millionième de seconde. Période (μs) = 1 / fréquence (MHz). La longueur d'onde est la longueur qu'une oscillation occupe dans l'espace (Fig.4).

Figure. 4. La longueur d'onde.

Les unités sont le mètre (m) et le millimètre (mm). La vitesse de propagation des ultrasons est la vitesse à laquelle une onde se déplace dans un milieu. Les unités de vitesse de propagation des ultrasons sont le mètre par seconde (m / s) et le millimètre par microseconde (mm / μs). La vitesse de propagation des ultrasons est déterminée par la densité et l'élasticité du milieu. La vitesse de propagation des ultrasons augmente avec une augmentation de l'élasticité et une diminution de la densité de la chaîne. Le tableau 2.1 présente la vitesse de propagation des ultrasons dans certains tissus du corps humain.

Tableau 2.1. Vitesse de propagation des ultrasons des tissus mous
le tissuVitesse de propagation des ultrasons
en mm / μs
Cerveau1,51
Foie1,55
Un rein1,.56
Muscle1,58
Tissu adipeux1,45
Des os4,08
Du sang1,57
Tissus mous (moyenne)1,54
Eau (20 ° C)1,48
Air0,33

La vitesse moyenne de propagation des ultrasons dans les tissus du corps humain est de 1540 m / s - la plupart des appareils de diagnostic par ultrasons sont programmés pour cette vitesse. La vitesse de propagation des ultrasons (C), la fréquence (f) et la longueur d'onde (λ) sont liées par l'équation suivante: C = f × λ. Puisque dans notre cas, la vitesse est considérée comme constante (1540 m / s), les deux variables f et λ restantes sont interconnectées par une relation inversement proportionnelle. Plus la fréquence est élevée, plus la longueur d'onde est courte et plus la taille des objets que nous pouvons voir est petite. Un autre paramètre important du milieu est la résistance acoustique (Z). La résistance acoustique est le produit de la densité du milieu et de la vitesse de propagation des ultrasons. Résistance (Z) = densité (p) × vitesse de propagation (C).

Pour obtenir une image dans le diagnostic par ultrasons, ce ne sont pas les ultrasons qui sont émis en continu par le transducteur (onde constante), mais les ultrasons qui sont émis sous forme d'impulsions courtes (pulsées). Il est généré lorsque de courtes impulsions électriques sont appliquées à l'élément piézoélectrique. Des paramètres supplémentaires sont utilisés pour caractériser les ultrasons pulsés. Le taux de répétition des impulsions est le nombre d'impulsions émises par unité de temps (seconde). Le taux de répétition des impulsions de I mesure en hertz (Hz) et kilohertz (kHz). La durée d'impulsion est la durée d'une impulsion (Fig.5).

Figure. 5. La durée de l'impulsion ultrasonique.

Mesurée en secondes (s) et microsecondes (μs). Le facteur d'emploi est la partie du temps pendant laquelle le rayonnement (sous forme d'impulsions) des ultrasons se produit. L'étendue spatiale de l'impulsion (PPI) est la longueur de l'espace dans lequel une impulsion ultrasonore est placée (Fig.6).

Figure. 6. L'étendue spatiale de l'impulsion.

Pour les tissus mous, l'étendue spatiale de l'impulsion (mm) est égale au produit de 1,54 (vitesse de propagation des ultrasons en mm / μs) et le nombre d'oscillations (cycles) dans l'impulsion (n), par rapport à la fréquence en MHz. Ou PPI = 1,54 × n / f. Il est possible de réduire l'étendue spatiale de l'impulsion (et cela est très important pour améliorer la résolution axiale) en réduisant le nombre d'oscillations dans l'impulsion ou en augmentant la fréquence. L'amplitude de l'onde ultrasonore est l'écart maximum de la variable physique observée par rapport à la valeur moyenne (Fig.7).

Figure. 7. L'amplitude de l'onde ultrasonore

L'intensité des ultrasons est le rapport entre la puissance des vagues et la zone sur laquelle le flux ultrasonore est distribué. Mesuré en watts par centimètre carré (W / cm2). À puissance de rayonnement égale, plus la zone d'écoulement est petite, plus l'intensité est élevée. L'intensité est également proportionnelle au carré de l'amplitude. Donc, si l'amplitude double, alors l'intensité quadruple. L'intensité est hétérogène à la fois en termes de surface d'écoulement et, dans le cas des ultrasons pulsés, en temps.

Lors du passage à travers n'importe quel milieu, il y aura une diminution de l'amplitude et de l'intensité du signal ultrasonore, ce qu'on appelle l'atténuation. L'atténuation du signal ultrasonore est causée par l'absorption, la réflexion et la diffusion. L'unité de désintégration est le décibel (dB). Le coefficient d'atténuation est l'atténuation d'un signal ultrasonore par unité de longueur de trajet de ce signal (dB / cm). Le coefficient d'atténuation augmente avec l'augmentation de la fréquence. Les coefficients d'atténuation moyens dans les tissus mous et une diminution de l'intensité de l'écho en fonction de la fréquence sont présentés dans le tableau 2.2.

Tableau 2.2. Coefficients d'atténuation moyens des tissus mous
La fréquence,
MHz
Coefficient moyen
atténuation des tissus mous,
dB / cm
Réduction de l'intensité de la profondeur
1 cm (%)10 cm (%)
112190,0
223799,0
33cinquante99,9
556099,999
7780-100
dixdix90-100

RÉFLEXION ET DIFFUSION

Lorsque les ultrasons traversent les tissus à l'interface entre des milieux ayant des impédances acoustiques différentes et la vitesse des ultrasons, des phénomènes de réflexion, de réfraction, de diffusion et d'absorption se produisent. Selon l'angle, on dit que l'incidence du faisceau ultrasonore est perpendiculaire et inclinée (à un angle). Avec l'incidence perpendiculaire du faisceau ultrasonore, il peut être complètement réfléchi ou partiellement réfléchi, partiellement tracé à travers la frontière de deux milieux; dans ce cas, la direction des ultrasons transférés d'un milieu à un autre milieu ne change pas (Fig.8).

Figure. 8. L'incidence perpendiculaire du faisceau ultrasonore.

L'intensité des ultrasons réfléchis et des ultrasons qui ont franchi la limite du milieu dépend de l'intensité initiale et de la différence des impédances acoustiques du milieu. Le rapport de l'intensité de l'onde réfléchie à l'intensité de l'onde incidente est appelé coefficient de réflexion. Le rapport de l'intensité de l'onde ultrasonore traversant la frontière du milieu à l'intensité de l'onde incidente est appelé coefficient de transmission ultrasonore. Ainsi, si les tissus ont des densités différentes, mais la même résistance acoustique - il n'y aura pas de réflexion ultrasonore. En revanche, avec une grande différence de résistance acoustique, l'intensité de réflexion tend vers 100%. Un exemple de ceci est la frontière air / tissus mous. A la frontière de ces milieux, une réflexion quasi complète des ultrasons se produit. Pour améliorer la conduite des ultrasons dans les tissus du corps humain, utilisez un milieu de connexion (gel). Avec une incidence inclinée du faisceau ultrasonore, l'angle d'incidence, l'angle de réflexion et l'angle de réfraction sont déterminés (Fig.9).

Figure. 9. Réflexion, réfraction.

L'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion. La réfraction est un changement dans la direction de propagation d'un faisceau ultrasonore lorsqu'il franchit la frontière d'un milieu à différentes vitesses ultrasonores. Le sinus de l'angle de réfraction est égal au produit du sinus de l'angle d'incidence par la valeur obtenue en divisant la vitesse de propagation des ultrasons dans le second milieu par la vitesse dans le premier. Le sinus de l'angle de réfraction, et, par conséquent, l'angle de réfraction lui-même, plus la différence de vitesse de propagation des ultrasons dans deux milieux est grande. La réfraction n'est pas observée si les vitesses de propagation des ultrasons dans deux milieux sont égales ou si l'angle d'incidence est égal à 0. En parlant de réflexion, il convient de garder à l'esprit que dans le cas où la longueur d'onde est beaucoup plus grande que les dimensions des irrégularités de la surface réfléchissante, il y a une réflexion miroir (décrite ci-dessus). Dans le cas où la longueur d'onde est comparable à la rugosité de la surface réfléchissante ou s'il y a hétérogénéité du milieu lui-même, les ultrasons diffusent.

Figure. 10. Rétrodiffusion.

Avec la rétrodiffusion (Fig. 10), les ultrasons sont réfléchis dans la direction d'où provient le faisceau d'origine. L'intensité des signaux diffusés augmente avec une augmentation de l'hétérogénéité du milieu et une augmentation de la fréquence (c'est-à-dire une diminution de la longueur d'onde) des ultrasons. La diffusion est relativement peu dépendante de la direction du faisceau incident et permet donc une meilleure visualisation des surfaces réfléchissantes, sans parler du parenchyme organique. Pour que le signal réfléchi soit correctement localisé sur l'écran, il est nécessaire de connaître non seulement la direction du signal émis, mais également la distance par rapport au réflecteur. Cette distance est la moitié du produit de la vitesse des ultrasons dans le milieu par le temps entre le rayonnement et la réception du signal réfléchi (Fig. 11). Le produit de la vitesse est divisé par deux dans le temps, car les ultrasons parcourent un double chemin (de l'émetteur au réflecteur et inversement), et nous ne nous intéressons qu'à la distance de l'émetteur au réflecteur.

Figure. 11. Mesure de distance par ultrasons.

Capteurs et ondes ultrasonores.

Pour obtenir des ultrasons, des transducteurs spéciaux sont utilisés - des transducteurs qui convertissent l'énergie électrique en énergie ultrasonore. L'obtention des ultrasons est basée sur l'effet piézoélectrique inverse. L'essence de l'effet est que si une tension est appliquée à certains matériaux (piézoélectriques), leur forme changera (Fig.12).

Figure. 12. Effet piézoélectrique inverse.

À cette fin, dans les appareils à ultrasons, les piézoélectriques artificiels, tels que le zirconate ou le titanate de plomb, sont le plus souvent utilisés. En l'absence de courant électrique, l'élément piézoélectrique reprend sa forme d'origine, et lorsque la polarité change, la forme change à nouveau, mais dans la direction opposée. Si un courant alternativement rapide est appliqué à l'élément piézoélectrique, l'élément commencera à se comprimer et à se dilater à une fréquence élevée (c'est-à-dire à osciller), générant un champ ultrasonique. La fréquence de fonctionnement du transducteur (fréquence de résonance> est déterminée par le rapport entre la vitesse de propagation des ultrasons dans l'élément piézoélectrique et l'épaisseur doublée de cet élément piézoélectrique. La détection des signaux réfléchis est basée sur l'effet piézoélectrique direct (Fig. 13).

Figure. 13. Effet piézoélectrique direct.

Les signaux de retour provoquent des oscillations de l'élément piézoélectrique et l'apparition d'un courant électrique alternatif sur ses faces. Dans ce cas, l'élément piézoélectrique fonctionne comme un capteur à ultrasons. Habituellement, dans les appareils à ultrasons pour l'émission et la réception d'ultrasons, les mêmes éléments sont utilisés. Par conséquent, les termes "transducteur", "transducteur", "capteur" sont synonymes. Les capteurs à ultrasons sont des dispositifs complexes et, selon la méthode de balayage d'image, sont divisés en capteurs pour les dispositifs de balayage lent (mono-élément) et de balayage rapide (balayage en temps réel) - mécanique et électronique. Les capteurs mécaniques peuvent être mono et multi-éléments (anulaires). Le balayage d'un faisceau ultrasonique peut être réalisé en faisant pivoter l'élément, en le faisant tourner ou en faisant pivoter le miroir acoustique (Fig.14).

Figure. 14. Capteurs de secteur mécaniques.

Dans ce cas, l'image à l'écran prend la forme d'un secteur (capteurs de secteur) ou d'un cercle (capteurs circulaires). Les capteurs électroniques sont multi-éléments et, selon la forme de l'image reçue, ils peuvent être sectoriels, linéaires, convexes (convexes) (Fig.15).

Figure. 15. Capteurs électroniques à plusieurs éléments.

La numérisation d'une image dans un capteur de secteur est obtenue en balançant le faisceau d'ultrasons avec sa focalisation simultanée (Fig.16).

Figure. 16. Capteur de secteur électronique avec une antenne phasée.

Dans les capteurs linéaires et convexes, le balayage d'image est réalisé en excitant un groupe d'éléments avec leur mouvement pas à pas le long du réseau d'antennes avec une focalisation simultanée (Fig.17).

Figure. 17. Capteur linéaire électronique.

Les capteurs à ultrasons diffèrent en détail dans le dispositif les uns des autres, cependant, leur schéma de circuit est illustré à la figure 18.

Figure. 18. L'appareil du capteur à ultrasons.

Un transducteur monobloc en forme de disque en mode de rayonnement continu forme un champ ultrasonore dont la forme varie avec la distance (Fig.19).

Figure. 19. Deux champs de transducteur non focalisé.

Parfois, des «courants» ultrasoniques supplémentaires peuvent être observés, appelés lobes latéraux. La distance du disque à la longueur du champ proche (zone) est appelée zone proche. La zone au-delà du voisin est appelée la plus éloignée. La longueur de la zone proche est égale au rapport du carré du diamètre du transducteur sur 4 longueurs d'onde. Dans la zone éloignée, le diamètre du champ ultrasonore augmente. Le point de rétrécissement le plus important du faisceau ultrasonore est appelé la zone de mise au point, et la distance entre le transducteur et la zone de mise au point est appelée la distance focale. Il existe différentes façons de focaliser un faisceau ultrasonore. La façon la plus simple de se concentrer est une lentille acoustique (Fig.20).

Figure. 20. Mise au point avec une lentille acoustique.

Avec son aide, vous pouvez focaliser le faisceau ultrasonore à une certaine profondeur, qui dépend de la courbure de la lentille. Cette méthode de mise au point ne vous permet pas de modifier rapidement la distance focale, ce qui n'est pas pratique dans les travaux pratiques. Une autre façon de se concentrer est d'utiliser un miroir acoustique (fig.21).

Figure. 21. Mise au point avec un miroir acoustique.

Dans ce cas, en changeant la distance entre le miroir et le transducteur, nous changerons la distance focale. Dans les appareils modernes dotés de capteurs électroniques à plusieurs éléments, la mise au point est basée sur la mise au point électronique (Fig.17). Avec un système de mise au point électronique, nous pouvons changer la distance focale depuis le tableau de bord, cependant, pour chaque image, nous n'aurons qu'une seule zone de mise au point. Étant donné que des impulsions ultrasonores très courtes émises 1000 fois par seconde (taux de répétition des impulsions 1 kHz) sont utilisées pour obtenir une image, 99,9% du temps, l'appareil fonctionne comme un récepteur de signaux réfléchis. Avec une telle marge de temps, il est possible de programmer l'appareil de sorte que la première zone de mise au point soit sélectionnée à proximité de la zone de mise au point (Fig.22) et que les informations reçues de cette zone soient enregistrées.

Figure. 22. La méthode de mise au point dynamique.

Suivant - le choix de la zone de mise au point suivante, l'obtention d'informations, l'enregistrement. Etc. Le résultat est une image combinée focalisée sur toute la profondeur. Il convient de noter, cependant, qu'une telle méthode de mise au point nécessite un temps considérable consacré à l'obtention d'une image (image), ce qui entraîne une diminution de la fréquence d'images et un scintillement de l'image. Pourquoi tant d'efforts sont-ils consacrés à la focalisation du faisceau ultrasonore? Le fait est que plus le faisceau est étroit, meilleure est la résolution latérale (latérale, azimutale). La résolution latérale est la distance minimale entre deux objets situés perpendiculairement à la direction de propagation de l'énergie, qui sont affichés sur l'écran du moniteur comme des structures distinctes (Fig.23).

Figure. 23. Méthode de mise au point dynamique.

La résolution latérale est égale au diamètre du faisceau ultrasonore. La résolution axiale est la distance minimale entre deux objets situés le long de la direction de propagation de l'énergie, qui sont affichés sur l'écran du moniteur comme des structures distinctes (Fig.24).

Figure. 24. Résolution axiale: plus l'impulsion ultrasonique est courte, mieux c'est.

La résolution axiale dépend de l'étendue spatiale de l'impulsion ultrasonore - plus l'impulsion est courte, meilleure est la résolution. Pour raccourcir l'impulsion, un amortissement mécanique et électronique des vibrations ultrasonores est utilisé. La résolution axiale est généralement meilleure que latérale..

DISPOSITIFS À BALAYAGE LENT

Actuellement, les périphériques de numérisation lents (manuels, complexes) ne présentent qu'un intérêt historique. Moralement, ils sont morts avec l'avènement des instruments à balayage rapide (instruments en temps réel). Cependant, leurs principaux composants sont préservés dans les appareils modernes (bien sûr, en utilisant une base élémentaire moderne). Le cœur est le principal générateur d'impulsions (dans les appareils modernes - un processeur puissant), qui contrôle tous les systèmes de l'appareil à ultrasons (Fig.25).

Figure. 25. Schéma fonctionnel d'un scanner manuel.

Le générateur d'impulsions envoie des impulsions électriques au transducteur, qui génère une impulsion ultrasonore et l'envoie au tissu, reçoit les signaux réfléchis, les convertissant en vibrations électriques. Ces vibrations électriques sont ensuite envoyées à un amplificateur de radiofréquence, qui est généralement connecté à un régulateur de gain d'amplitude temporelle (VARU) - un régulateur de compensation d'absorption tissulaire en profondeur. Du fait que l'atténuation du signal ultrasonore dans les tissus se produit selon une loi exponentielle, la luminosité des objets sur l'écran diminue progressivement avec l'augmentation de la profondeur (Fig.26).

Figure. 26. Compensation de l'absorption tissulaire.

Utilisation d'un amplificateur linéaire, c'est-à-dire un amplificateur qui amplifie proportionnellement tous les signaux surpasserait les signaux à proximité immédiate du capteur tout en essayant d'améliorer la visualisation des objets situés en profondeur. L'utilisation d'amplificateurs logarithmiques peut résoudre ce problème. Le signal ultrasonore est amplifié proportionnellement au temps de retard de son retour - plus il est revenu tard, plus le gain est fort. Ainsi, l'utilisation de VARU vous permet d'obtenir à l'écran une image de la même luminosité en profondeur. Le signal électrique radiofréquence ainsi amplifié est ensuite envoyé au démodulateur, où il est rectifié et filtré, et une fois encore amplifié par l'amplificateur vidéo est envoyé à l'écran du moniteur.

Pour enregistrer l'image sur l'écran du moniteur, une mémoire vidéo est requise. Il peut être divisé en analogique et numérique. Les premiers moniteurs ont permis de présenter les informations sous une forme bistable analogique. Un appareil appelé discriminateur a permis de modifier le seuil de discrimination - les signaux dont l'intensité était inférieure au seuil de discrimination ne l'ont pas traversé et les parties correspondantes de l'écran sont restées sombres. Les signaux dont l'intensité dépassait le seuil de discrimination étaient affichés à l'écran sous forme de points blancs. Dans ce cas, la luminosité des points ne dépendait pas de la valeur absolue de l'intensité du signal réfléchi - tous les points blancs avaient la même luminosité. Avec cette façon de présenter l'image - on l'appelait "bistable" - les limites des organes et des structures à haute réflectivité (par exemple, le sinus rénal) étaient clairement visibles, mais il n'a pas été possible d'évaluer la structure des organes parenchymateux. L'apparition dans les années 70 d'appareils permettant de transmettre des nuances de gris sur l'écran du moniteur a marqué le début de l'ère des appareils à niveaux de gris. Ces appareils ont permis d'obtenir des informations inaccessibles lors de l'utilisation d'appareils avec une image bistable. Le développement de la technologie informatique et de la microélectronique nous a rapidement permis de passer des images analogiques aux images numériques. Les images numériques dans les installations à ultrasons sont formées sur de grandes matrices (généralement 512 × 512 pixels) avec un certain nombre de gradations de gris 16-32-64-128-256 (4-5-6-7-8 bits). Lors d'un rendu à une profondeur de 20 cm sur une matrice de 512 × 512 pixels, un pixel correspondra à une taille linéaire de 0,4 mm. Sur les appareils modernes, il y a une tendance à augmenter la taille des écrans sans perdre la qualité de l'image, et sur les appareils de la classe moyenne, un écran de 12 pouces (30 cm de diagonale) devient courant.

Le tube à rayons cathodiques d'un appareil à ultrasons (affichage, moniteur) utilise un faisceau d'électrons fortement focalisé pour obtenir une tache lumineuse sur l'écran recouvert de phosphore spécial. À l'aide des plaques de déviation, cette tache peut être déplacée autour de l'écran..

Avec le balayage de type A (Amplitude), la distance du capteur est tracée le long d'un axe et l'intensité du signal réfléchi le long de l'autre (Fig.27).

Figure. 27. Signal de balayage de type A.

Dans les appareils modernes, le scan de type A n'est pratiquement pas utilisé.

Le balayage de type B (Luminosité - luminosité) permet le long de la ligne de balayage d'obtenir des informations sur l'intensité des signaux réfléchis sous la forme de différences de luminosité des points individuels composant cette ligne.

Exemple d'écran: scan B à gauche, M à droite et cardiogramme.

Le scan de type M (parfois TM) (Mouvement - mouvement) vous permet d'enregistrer le mouvement (mouvement) des structures réfléchissantes dans le temps. Dans ce cas, les mouvements verticaux des structures réfléchissantes sous forme de points de luminosité différente sont enregistrés, et l'horizontale - le déplacement des positions de ces points dans le temps (Fig.28).

Figure. 28. Scan de type M.

Pour obtenir une image tomographique bidimensionnelle, il est nécessaire d'une manière ou d'une autre de déplacer la ligne de balayage le long du plan de balayage. Dans les appareils à balayage lent, cela a été réalisé en déplaçant manuellement le capteur le long de la surface du corps du patient.

DISPOSITIFS À BALAYAGE RAPIDE

Les périphériques à balayage rapide, ou, comme on les appelle souvent, les périphériques en temps réel, ont désormais complètement remplacé les périphériques à vitesse lente ou à balayage manuel. Cela est dû à un certain nombre d'avantages que ces appareils possèdent: la capacité d'évaluer le mouvement des organes et des structures en temps réel (c'est-à-dire presque en même temps); une forte diminution du temps consacré à la recherche; la capacité de mener des recherches à travers de petites fenêtres acoustiques.

Si les appareils à balayage lent peuvent être comparés à un appareil photo (obtention d'images fixes), les appareils en temps réel peuvent être comparés au cinéma, où les images fixes (images) se remplacent les unes les autres par une fréquence élevée, donnant l'impression de mouvement.

Dans les dispositifs à balayage rapide, comme mentionné ci-dessus, des capteurs de secteur mécaniques et électroniques, des capteurs linéaires électroniques, des capteurs convexes électroniques (convexes), des capteurs radiaux mécaniques sont utilisés.

Il y a quelque temps, un certain nombre d'instruments apparaissaient comme des capteurs trapézoïdaux, dont le champ de vision avait une forme trapézoïdale, cependant, ils ne présentaient pas d'avantages par rapport aux capteurs convexes, mais ils présentaient eux-mêmes un certain nombre d'inconvénients.

Actuellement, le meilleur capteur pour examiner les organes de la cavité abdominale, de l'espace rétropéritonéal et du bassin est convexe. Il a une surface de contact relativement petite et un très grand champ de vision dans les zones médianes et éloignées, ce qui simplifie et accélère l'étude.

Lors du balayage avec un faisceau ultrasonore, le résultat de chaque passage de faisceau complet est appelé un cadre. Un cadre est formé d'un grand nombre de lignes verticales (Fig.29).

Figure. 29. Imagerie sur des lignes distinctes.

Chaque ligne est au moins une impulsion ultrasonore. Le taux de répétition des impulsions pour obtenir une image en niveaux de gris dans les appareils modernes est de 1 kHz (1000 impulsions par seconde).

Il existe une relation entre le taux de répétition des impulsions (NRP), le nombre de lignes formant une trame et le nombre de trames par unité de temps: NRP = nombre de lignes × fréquence d'images.

Sur l'écran du moniteur, la qualité de l'image résultante sera déterminée, en particulier, par la densité des lignes. Pour un capteur linéaire, la densité de lignes (lignes / cm) est le rapport entre le nombre de lignes formant un cadre et la largeur de la partie du moniteur sur laquelle l'image est formée.

Pour un capteur de type secteur, la densité de lignes (lignes / degré) est le rapport entre le nombre de lignes formant le cadre et l'angle de secteur.

Plus la fréquence d'images définie dans l'appareil est élevée, (pour un taux de répétition d'impulsions donné), moins le nombre de lignes formant l'image est important, moins la densité des lignes sur l'écran du moniteur est élevée et plus la qualité de l'image résultante est faible. Mais à une fréquence d'images élevée, nous avons une bonne résolution temporelle, ce qui est très important pour les études échocardiographiques.

DISPOSITIFS DE DOPPLOGRAPHIE

La méthode de recherche par ultrasons permet non seulement d'obtenir des informations sur l'état structurel des organes et des tissus, mais aussi de caractériser les flux dans les vaisseaux. La base de cette capacité est l'effet Doppler - un changement de la fréquence du son reçu lors du déplacement par rapport au support de la source ou du récepteur du son ou d'un corps qui diffuse le son. Elle est observée du fait que la vitesse de propagation des ultrasons dans tout milieu homogène est constante. Par conséquent, si la source sonore se déplace à une vitesse constante, les ondes sonores émises dans la direction du mouvement sont pour ainsi dire compressées, augmentant la fréquence du son. Les ondes rayonnées dans la direction opposée, pour ainsi dire, sont étirées, entraînant une diminution de la fréquence du son (Fig.30).

Figure. 30. Effet Doppler.

En comparant la fréquence initiale de l'échographie à celle modifiée, il est possible de déterminer le décalage de Döller et de calculer la vitesse. Peu importe que le son soit émis par un objet en mouvement ou que cet objet réfléchisse des ondes sonores. Dans le second cas, la source des ultrasons peut être fixe (capteur à ultrasons), et les globules rouges en mouvement peuvent agir comme un réflecteur des ondes ultrasonores. Le décalage Doppler peut être positif (si le réflecteur se déplace vers la source sonore) ou négatif (si le réflecteur se déplace depuis la source sonore). Si la direction d'incidence du faisceau ultrasonore n'est pas parallèle à la direction de déplacement du réflecteur, il est nécessaire de corriger le décalage Doppler par le cosinus de l'angle q entre le faisceau incident et la direction de déplacement du réflecteur (Fig.31).

Figure. 31. L'angle entre le faisceau incident et la direction du flux sanguin.

Pour obtenir des informations Doppler, deux types d'appareils sont utilisés - à onde constante et à impulsions. Dans un appareil Doppler à onde constante, le capteur se compose de deux transducteurs: l'un émet constamment des ultrasons, l'autre reçoit constamment des signaux réfléchis. Le récepteur détermine le décalage Doppler, qui correspond généralement à -1 / 1000 de la fréquence de la source ultrasonore (plage audible) et transmet le signal aux haut-parleurs et, en parallèle, au moniteur pour une évaluation qualitative et quantitative de la courbe. Les appareils à ondes constantes détectent le flux sanguin presque tout au long d'un faisceau d'ultrasons ou, en d'autres termes, ont un grand volume de contrôle. Cela peut entraîner des informations inadéquates lorsque plusieurs navires pénètrent dans le volume de contrôle. Cependant, un grand volume de contrôle est utile pour calculer la chute de pression dans la sténose des valves cardiaques..

Afin d'évaluer le flux sanguin dans une zone spécifique, il est nécessaire de placer un volume de contrôle dans la zone étudiée (par exemple, à l'intérieur d'un vaisseau spécifique) sous contrôle visuel sur l'écran du moniteur. Cela peut être réalisé en utilisant un appareil pulsé. Il existe une limite supérieure au décalage Doppler, qui peut être détectée par des dispositifs pulsés (parfois appelée limite de Nyquist). Il s'agit d'un taux de répétition d'environ 1/2 impulsion. Lorsqu'il est dépassé, le spectre Doppler (aliasing) est déformé. Plus le taux de répétition des impulsions est élevé, plus le décalage Doppler peut être déterminé sans distorsion, cependant, plus la sensibilité de l'appareil aux écoulements à faible vitesse est faible.

En raison du fait que les impulsions ultrasonores envoyées aux tissus contiennent un grand nombre de fréquences en plus de la principale, et aussi parce que les vitesses des sections individuelles du flux ne sont pas les mêmes, l'impulsion réfléchie se compose d'un grand nombre de fréquences différentes (Fig.32).

Figure. 32. Le graphique du spectre de l'impulsion ultrasonore.

En utilisant la transformée de Fourier rapide, la composition en fréquence de l'impulsion peut être représentée sous forme de spectre, qui peut être affiché sur l'écran du moniteur sous forme de courbe, où les fréquences de décalage Doppler sont tracées horizontalement et l'amplitude de chaque composante est tracée verticalement. À partir du spectre Doppler, il est possible de déterminer un grand nombre de paramètres de vitesse du débit sanguin (vitesse maximale, vitesse à la fin de la diastole, vitesse moyenne, etc.), cependant, ces indicateurs dépendent de l'angle et leur précision dépend extrêmement de la précision de la correction d'angle. Et si la correction de l'angle ne pose pas de problèmes dans les gros vaisseaux non développés, alors dans les petits vaisseaux sertis (vaisseaux tumoraux), il est assez difficile de déterminer la direction de l'écoulement. Pour résoudre ce problème, un certain nombre d'indices presque indépendants du charbon ont été proposés, les plus courants étant l'indice de résistance et l'indice de pulsation. L'indice de résistance est le rapport de la différence entre les vitesses maximale et minimale sur le débit maximal (Fig. 33). L'indice du pulsateur est le rapport de la différence entre les vitesses maximale et minimale sur le débit moyen.

Figure. 33. Calcul de l'indice de résistance et de l'indice pulsatoire.

L'obtention du spectre Doppler à partir d'un volume de contrôle vous permet d'évaluer le flux sanguin dans une très petite zone. La visualisation couleur des flux (cartographie Doppler couleur) permet d'obtenir des informations de flux sanguin bidimensionnel en temps réel en plus de la visualisation bidimensionnelle habituelle en niveaux de gris. L'imagerie Doppler couleur étend les capacités du principe d'impulsion d'acquisition d'images. Les signaux réfléchis par les structures stationnaires sont reconnus et présentés sous forme d'échelle de gris. Si le signal réfléchi a une fréquence différente de celle rayonnée, cela signifie qu'il est réfléchi par un objet en mouvement. Dans ce cas, le décalage Doppler est déterminé, son signe et sa valeur de vitesse moyenne. Ces paramètres sont utilisés pour déterminer la couleur, sa saturation et sa luminosité. En règle générale, la direction du flux vers le capteur est codée en rouge et celle du capteur en bleu. La luminosité des couleurs est déterminée par le débit..

Ces dernières années, une variante de la cartographie Doppler couleur est apparue, appelée «Power Doppler». Avec l'énergie Doppler, ce n'est pas la valeur du décalage Doppler du signal réfléchi qui est déterminée, mais son énergie. Cette approche permet d'augmenter la sensibilité de la méthode à basse vitesse, pour la rendre presque indépendante du charbon, au prix de perdre la capacité de déterminer la valeur absolue de la vitesse et du sens d'écoulement.

Artefacts

Un artefact dans le diagnostic par ultrasons est l'apparition sur l'image de structures inexistantes, l'absence de structures existantes, la mauvaise disposition des structures, la luminosité incorrecte des structures, le contour incorrect des structures et la taille incorrecte des structures. La réverbération, l'un des artefacts les plus courants, est observée lorsqu'une impulsion ultrasonore entre entre deux surfaces réfléchissantes ou plus. Dans le même temps, une partie de l'énergie de l'impulsion ultrasonore est réfléchie de manière répétée par ces surfaces, revenant chaque fois partiellement au capteur à intervalles réguliers (Fig.34).

Figure. 34. Reverb.

Le résultat sera l'apparition sur l'écran du moniteur de surfaces réfléchissantes inexistantes, qui seront situées derrière le deuxième réflecteur à une distance égale à la distance entre les premier et second réflecteurs. Il est parfois possible de réduire la réverbération en changeant la position du capteur. Une option de réverbération est un artefact appelé queue de la comète. On l'observe dans le cas où les ultrasons provoquent leurs propres vibrations. Cet artefact est souvent observé derrière de petites bulles de gaz ou de petits objets métalliques. En raison du fait que loin de toujours la totalité du signal réfléchi retourne au capteur (Fig.35), un artefact de la surface réfléchissante efficace apparaît, qui est plus petit que la surface réfléchissante réelle.

Figure. 35. Surface réfléchissante efficace.

En raison de cet artefact, les tailles de calculs déterminées par ultrasons sont généralement légèrement plus petites que les vraies. La réfraction peut provoquer une position incorrecte de l'objet dans l'image résultante (Fig.36).

Figure. 36. Surface réfléchissante efficace.

Dans le cas où le chemin des ultrasons du capteur vers la structure réfléchissante et le dos n'est pas le même, une position incorrecte de l'objet dans l'image résultante se produit. Les artefacts de miroir sont l'apparence d'un objet situé d'un côté d'un réflecteur puissant de l'autre côté (Fig.37).

Figure. 37. Artefact miroir.

Des artefacts en miroir se produisent souvent près du diaphragme.

L'artefact de l'ombre acoustique (Fig. 38) se produit derrière des structures ultrasonores fortement réfléchissantes ou fortement absorbantes. Le mécanisme de formation de l'ombre acoustique est similaire à la formation de l'optique.

Figure. 38. Ombre acoustique.

L'artefact de l'amélioration du signal distal (Fig.39) se produit derrière des structures qui absorbent faiblement les ultrasons (liquide, formations contenant du liquide).

Figure. 39. Écho distal de pseudo-amplification.

Un artefact d'ombres latérales est associé à la réfraction et, parfois, à l'interférence des ondes ultrasonores lorsqu'un faisceau ultrasonore est tangentiellement incident sur une surface convexe (kyste, vésicule biliaire cervicale) d'une structure dont la vitesse de transmission des ultrasons diffère considérablement des tissus environnants (Fig.40)..

Figure. 40. Ombres latérales.

Les artefacts associés à une détermination incorrecte de la vitesse des ultrasons sont dus au fait que la vitesse réelle de propagation des ultrasons dans un tissu particulier est supérieure ou inférieure à la vitesse moyenne (1,54 m / s) à laquelle l'appareil est programmé (Fig.41).

Figure. 41. Distorsion due aux différences de vitesse des ultrasons (V1 et V2) par différents milieux.

Les artefacts de l'épaisseur d'un faisceau ultrasonore sont l'apparition, principalement dans les organes contenant du liquide, de réflexions murales du fait que le faisceau ultrasonore a une épaisseur spécifique et qu'une partie de ce faisceau peut former simultanément une image d'un organe et une image de structures adjacentes (Fig.42).

Figure. 42. L'artefact de l'épaisseur du faisceau ultrasonore.

CONTRÔLE QUALITÉ DU FONCTIONNEMENT DES ÉQUIPEMENTS ULTRASONS

Le contrôle de la qualité des équipements à ultrasons comprend la détermination de la sensibilité relative du système, les pouvoirs de résolution axiaux et latéraux, la zone morte, le bon fonctionnement du télémètre, la précision de l'enregistrement, le bon fonctionnement du VARU, la détermination de la plage dynamique de l'échelle de gris, etc. Pour contrôler la qualité des appareils à ultrasons, des objets de test spéciaux ou des fantômes équivalents aux tissus sont utilisés (Fig. 43). Ils sont disponibles dans le commerce, cependant, dans notre pays ne sont pas répandus, ce qui rend presque impossible de vérifier l'équipement de diagnostic par ultrasons sur le terrain..

Figure. 43. Objet d'essai de l'American Institute of Ultrasound in Medicine.

L'ACTION BIOLOGIQUE DES ULTRASONS ET DE LA SÉCURITÉ

L'effet biologique de l'échographie et sa sécurité pour le patient est constamment débattu dans la littérature. La connaissance des effets biologiques des ultrasons repose sur l'étude des mécanismes d'action des ultrasons, l'étude de l'effet des ultrasons sur les cultures cellulaires, des études expérimentales sur les plantes, les animaux et enfin sur des études épidémiologiques.

L'échographie peut provoquer des effets biologiques par des influences mécaniques et thermiques. L'atténuation du signal ultrasonore est due à l'absorption, c'est-à-dire transformer l'énergie d'une onde ultrasonore en chaleur. Le chauffage des tissus augmente avec l'augmentation de l'intensité des ultrasons émis et de leur fréquence. La cavitation est la formation de bulles pulsatoires dans un liquide rempli de gaz, de vapeur ou d'un mélange de ceux-ci. L'une des causes de la cavitation peut être une onde ultrasonique. L'échographie est donc nocive ou non?

Des études liées aux effets des ultrasons sur les cellules, des travaux expérimentaux sur les plantes et les animaux, ainsi que des études épidémiologiques ont permis à l'American Institute of Ultrasound in Medicine de faire la déclaration suivante, confirmée pour la dernière fois en 1993:

«Des effets biologiques confirmés n'ont jamais été signalés chez des patients ou des personnes travaillant sur l'appareil causés par des rayonnements (ultrasons), dont l'intensité est typique des systèmes de diagnostic par ultrasons modernes. Bien qu’il soit possible que de tels effets biologiques puissent être identifiés à l’avenir, les preuves actuelles indiquent que les avantages pour le patient d’une utilisation prudente de l’échographie diagnostique l'emportent sur le risque potentiel, le cas échéant. ».

NOUVELLES ORIENTATIONS EN DIAGNOSTIC ULTRASONORE

Il y a un développement rapide du diagnostic par ultrasons, une amélioration continue des appareils de diagnostic par ultrasons. Nous pouvons suggérer plusieurs directions principales pour le développement futur de cette méthode de diagnostic..

Peut-être une amélioration supplémentaire des techniques Doppler, en particulier telles que l'énergie Doppler, l'imagerie couleur Doppler des tissus.

À l'avenir, l'échographie tridimensionnelle pourrait devenir un domaine très important du diagnostic par ultrasons. Actuellement, il existe plusieurs appareils de diagnostic par ultrasons disponibles dans le commerce qui permettent la reconstruction tridimensionnelle des images, cependant, tandis que la signification clinique de cette direction reste incertaine.

Le concept de l'utilisation des contrastes échographiques a été proposé pour la première fois par R. Gramiak et P. M. Shah à la fin des années 60 avec l'échocardiographie. Actuellement, il existe un contraste "Echovist" (Schering) disponible dans le commerce, utilisé pour visualiser le cœur droit. Récemment, il a été modifié avec une diminution de la taille des particules de contraste et peut être recyclé dans le système circulatoire humain (Levovist, Schering). Ce médicament améliore considérablement le signal Doppler, à la fois spectral et couleur, qui peut être essentiel pour évaluer le flux sanguin tumoral..

L'échographie intracavitaire utilisant des capteurs ultra-minces ouvre de nouvelles possibilités pour l'étude des organes et structures creux. Cependant, l'utilisation généralisée de cette technique est actuellement limitée par le coût élevé des capteurs spécialisés, qui peuvent également être utilisés pour la recherche un nombre limité de fois (1 ÷ 40).

Le traitement informatique des images afin d'objectiver les informations reçues est une direction prometteuse qui pourrait à l'avenir améliorer la précision du diagnostic des changements structurels mineurs des organes parenchymateux. Malheureusement, les résultats obtenus à ce jour n'ont aucune signification clinique significative..

Néanmoins, ce qui semblait être un avenir lointain dans le diagnostic par ultrasons est devenu hier une routine de routine aujourd'hui et, probablement, dans un proche avenir, nous assisterons à l'introduction de nouvelles techniques de diagnostic par ultrasons dans la pratique clinique..