Instrumentation en échographie

L'Image Ultrasonore :

Instrumentation, Sémiologie et Artefacts

Objectifs :

  1. Connaître les différents types de sonde d'échographie, leurs avantages et inconvénients, et leurs applications.
  2. Connaître les principaux réglages utilisés au cours de l'examen
  3. Connaître la terminologie utilisée dans la description des images ultrasonores
  4. Connaître et savoir reconnaître les principaux artefacts de l'image ultrasonore bidimensionnelle



1. Sondes d'échographie

Une sonde d'échographie est composée d'un ou plusieurs cristaux piézoélectriques, d'un matériel d'amortissement, qui joue un rôle primordial dans la génèse de l'impulsion ultrasonore, d'un liquide dans le cas des sondes à balayage mécanique, et d'une enveloppe protectrice.

1.1. Matériel d'amortissement

Le matériel d'amortissement placé derrière le cristal peut être comparé à une main placée sur la cloche : elle amortie le bruit et racourcit la durée de l'impulsion ultrasonore produite. Ce matériel d'amortissement a aussi pour mission d'éliminer les sons produits dans la direction opposée (vers la sonde). Il a pour conséquence de modifier la fréquence des ultrasons émis autour de la fréquence de résonance en élargissant la bande passante, c'est-à-dire en émettant une quantité significative de sons de plus haute et de plus basse fréquence. L'élargissement de la bande passante permet de faire émettre le même cristal à des fréquences différentes en fonction de l'impulsion électrique. Cette technologie est à l'origine de la plupart des sondes multi-fréquences actuelles.

1.2. Assemblage des cristaux

Les sondes d'échographie contiennent souvent plusieurs cristaux assemblés en ligne, en ligne courbe ou en anneau. Ces cristaux peuvent émettre successivement et indépendamment les uns des autres ou peuvent se grouper pour émettre une onde ultrasonore unique à partir de plusieurs cristaux adjacents.

1.3. Types de sondes

On distingue 2 grands types de sonde d'échographie :

  • Les sondes pour lesquelles chaque cristal ou groupe de cristaux émet des ultrasons toujours dans la même direction. L'image est formée par la juxtaposition des lignes formées par l'excitation successive de chaque cristal ou groupe de cristaux.

  • Les sondes pour lesquelles les ultrasons sont envoyé dans une direction différente à chaque impulsion au moyen d'un balayage mécanique ou électronique.

  • 1.3.1 Sondes linéaire et linéaire courbe

    Les sondes linéaires et linéaires courbes sont des sondes constituées de plusieurs cristaux alignés en rangée linéaire ou légèrement courbées. L'image reconstituée est de forme rectangulaire (linéaire) ou en cône (linéaire courbe).

    Les sondes linéaires présentent l'avantage d'utiliser des ultrasons ayant tous la même direction. Ce dernier élément est déterminant pour l'exploration des structures anisotropique comme les tendons dont l'échogénicité est fortement influencée par l'orientation des ultrasons. L'échogénicité des tendons est maximale lorsque le faisceau ultrasonore est perpendiculaire au grand axe du tendon et diminue fortement lorsque les ultrasons sont de direction différente. De plus, les artefacts de proximité sont moins nombreux qu'avec les sondes à balayage.

    En revanche, ces sondes sont difficiles à employer en échographie abdominale des carnivores et ne sont pas adaptées à l'échocardiographie à cause de leur taille et de leur ergonomie. Pour ces dernières application, il est important de minimiser la surface de contact en utilisant des sondes à balayage.

    Les sondes linéaires courbes ou convexes permettent d'avoir un champs d'exploration plus large qu'avec les sondes linéaires. Elles peuvent être utilisée pour l'échographie abdominale équine, mais ont une utilisation limitée en échographie canine, à cause de la surface de contact de la sonde qui est souvent trop importante. Il existe cependant des sondes dites "microconvexes" dont la surface de contact est compatible avec l'exploration abdominale canine.

    1.3.2. Sondes à balayage :

    Les sondes à balayage sont des sondes constituées d'un ou de plusieurs cristaux pour lesquelles la direction du faisceau ultrasonore varie afin de balayer la zone à explorer. Ce balayage n'est pas directement visible sur l'image reconstituée, car il est trop rapide pour être perçu et l'opérateur a l'impression d'une image en temps réel. Il existe deux grand types de balayage : le balayage mécanique et le balayage électronique.

    1.3.2.1. Balayage mécanique

    Lors d'un balayage mécanique, le ou les cristaux sont montés sur un support qui oscille lors de l'examen. Ce mouvement est souvent perceptible lorsqu'on place sa main sur la sonde. L'image reconstituée a une forme de cône ou de secteur.

    1.3.2.2 Balayage électronique (phased array)

    Les sondes à balayage électroniques sont constituées de plusieurs cristaux arrangés en ligne ou en anneau. Des interférences entre les faisceaux ultrasonores des cristaux élémentaires peuvent faire changer la direction générale du faisceau. Ces interférences peuvent être utilisées avantageusement pour orienter le faisceau ultrasonore résultant dans une direction donnée en décalant très légèrement la mise en charge des différents cristaux de la sonde. Le changement de direction du faisceau ultrasonore est obtenu en modifiant le décalage de la mise en charge des différents cristaux par un décalage de phase de l'impulsion électrique.

    1.3.2.3 Comparaison entre balayage mécanique et électronique

    L'avantage majeur des sondes à balayage électronique par rapport aux sondes à balayage mécanique est de pouvoir reconstituer en temps réel et en même temps plusieurs modes (Mode B et TM, ou Mode B et Doppler). Cette faculté d'imager en même temps 2 modes échographiques est le duplex.

    L'inconvénient majeur des sondes à balayage électronique par rapport aux sondes à balayage mécanique est de créer plus d'artefact par lobes accessoires (voir plus loin) qui dégradent la qualité de l'image en mode B. Les sondes à balayage électronique sont souvent beaucoup plus chère et plus fragiles que les sondes à balayage mécanique. Ces dernières sont actuellement les plus répandues sur le marché vétérinaire.

    2. Réglages de l'appareil d'échographie

    2.1. Réglages en début d'examen

    La plupart des appareils d'échographie récents offrent la possibilité de préréglages que l'opérateur choisi au début de l'examen. Ces préréglages permettent de régler un certain nombre de paramètre, comme de contraste, la persistance de l'image, et le renforcement des contours automatiquement à une valeur prédéterminée par le constructeur ou l'utilisateur en fonction de caractéristiques de la partie à examiner.

    Des différences importantes de ces réglages sont à noter entre l'échographie abdominale et cardiaque : Le cœur est caractérisé par des mouvements cardiaques qui imposent une persistance faible de l'image pour pouvoir les observer dans de bonnes conditions. à l'inverse, les organes abdominaux sont peu mobiles et une persistance plus importante de l'image pourra être utilisée afin d'améliorer la qualité de l'image. Un contraste important de l'image est utile pour examiner le cœur alors qu'un faible contraste permet de bien imager les organes abdominaux.

    Lorsque plusieurs sondes sont disponibles sur le même appareil, le type de sonde et la fréquence des ultrasons doivent être choisis en fonction de la partie à examiner.

    2.2 Réglages en cours d'examen

    En cours d'examen, il est habituel de modifier certains réglages afin d'optimiser l'image :

    2.2.1. La profondeur d'exploration

    La profondeur d'exploration est généralement réglée en début d'examen et peut être modifiée en fonction des structures observées. En échographie abdominale, où la profondeur des organes examinés varie de 1 cm à parfois 10 ou 15 cm, la profondeur d'exploration est souvent ajustée afin d'optimiser l'image. Pour un bon examen, il est conseillé d'utiliser l'ensemble du champ affiché sur l'écran, c'est à dire de "remplir" l'écran avec l'organe à examiner.

    2.2.2. La fréquence de la sonde

    La fréquence de la sonde peut être modifiée en fonction de la profondeur à examiner, en particulier en échographie abdominale. Un chien à thorax profond pourra être examiné avec une sonde de basse fréquence pour les structures abdominales crâniales (foie, rein droit) et avec une sonde de plus haute fréquence pour les partie caudales ou superficielles.

    Dans ces circonstances, les sondes multifréquences présentent l'avantage de pouvoir changer la fréquence des ultrasons facilement par un simple bouton. Les cristaux à large bande passante permettent d'émettre différentes fréquences en fonction de l'impulsion électrique appliquée. L'opérateur peut ainsi sélectionner sans changer de sonde des hautes ou des basses fréquences. La sélection des hautes fréquences privilégie la résolution de l'image au détriment de la profondeur d'exploration et la sélection des basses fréquences privilégie la profondeur d'exploration au détriment de la résolution.

    2.2.3. Gains

    Les ultrasons captés par la sonde et analysés par l'appareil sont, entre autre, amplifiés. Cette amplification ou gain permet d'ajuster la brillance de l'image affichée sur l'écran. Il existe sur toutes les machines un réglage du gain général, qui correspond à l'amplification de l'ensemble des échos, et un gain étagé en fonction de la profondeur de l'écho, appelé temps-gain-compensation ou TGC.

    2.2.3.1. Gain général

    Le gain général doit être ajusté au cours de l'examen pour régler la brillance générale de l'image. Celle-ci peut varier en fonction des structures examinées. Le gain ne doit pas être régler trop fort, car l'image devient trop blanche et le signal est saturé entraînant une diminution du contraste de l'image. Il ne doit pes non plus être réglé trop faiblement, car l'image devient toute noire. Un juste milieu doit être trouvé pour optimiser l'image.

    2.2.3.2 Gains étagés ou TGC

    L'atténuation des ultrasons varie en fonction de la profondeur de l'écho et des caractéristiques des structures traversées. Lorsqu'on examine une structure homogène, davantage d'échos proviennent des parties superficielles que des parties profondes, à cause de l'atténuation progressive des ultrasons. Pour compenser l'atténuation due à la profondeur, et obtenir une image homogène d'une structure homogène (parenchyme hépatique par exemple), il est nécessaire d'amplifier davantage les échos profonds. Une partie de cette correction est déjà réalisé par l'appareil, et l'opérateur dispose généralement d'un contrôle qui lui permet d'ajuster ces gains étagés en fonction des structures explorées. Le but du réglage du TGC est d'obtenir une image globalement homogène sur tout l'écran.

    2.2.4. Focalisation

    Il est souvent possible d'ajuster la distance de focalisation en fonction de la profondeur des structures examinées à l'aide d'une commande. Un repère apparaît souvent sur l'écran pour matérialiser le point de focalisation.

    3. Sémiologie ultrasonore

    3.1. Terminologie

    L'interprétation des images ultrasonores bidimensionnelles repose sur l'observation de structure d'échogénicité différente. L'échogénicité d'un tissu ou d'une interface est sa faculté à générer un écho. On distingue les structures vides d'écho, ou anéchogène, qui apparaissent noire sur l'écran, des structures hypoéchogènes, qui apparaissent relativement sombre (gris foncé), des structures hyperéchogènes, qui sont à l'origine d'un nombre important de réflexion des ultrasons et qui forment une image claire sur l'écran.

    La notion d'hypo ou d'hyperéchogène est relative par rapport aux structures avoisinantes. Le parenchyme hépatique est normalement plus sombre, hypoéchogène, par rapport au parenchyme splénique, qui lui est hyperéchogène. Lorsque 2 structures ont la même échogénicité, on dit qu'elles sont isoéchogènes.

    3.2 échogénicité des tissus

    On distingue 3 grands types d'écho fondamentaux :

    Les échos d'interface correspondent à la juxtaposition de tissus mous et d'air ou de tissus mous et d'une structure dure, minéralisée ou métallique. Dans l'organisme, le diaphragme, les os, l'air digestif et pulmonaire forment des échos d'interface très prononcés.

    Les échos de structure sont composés d'échos de faible amplitude correspondant à une réflexion diffuse et une dispersion des ultrasons dans les milieux relativement homogène. Ces échos de structure constituent l'essentiel de l'image échographique et permettent d'imager les organes parenchymateux à une "échelle tissulaire". L'échogénicité d'un tissu dépend principalement de son homogénéité tissulaire, de sa vascularisation et de sa teneur en graisse et en tissu fibreux.

    Enfin, les structures anéchogènes sont vides d'échos et correspondent à des liquides (urine, bile, sang, épanchements ...).

    4. Artefacts

    4.1. Réverbération

    Une réverbération survient lorsque 2 surfaces très échogènes parallèles sont situées sur le trajet du faisceau d'ultrasons. Certaines ondes sonores se retrouvent prisonnières entre les 2 surfaces échogènes et réalisent des allers-retours entre ces 2 surfaces. Une partie du faisceau cependant retourne à la sonde à chaque aller-retour. Ces échos sont placés à une profondeur excessive par l'appareil, qui calcule la distance de l'écho en fonction du "temps de vol". Les lignes formées sont parallèles et équidistantes.



    On distingue les réverbérations internes entre 2 surfaces échogènes à l'intérieur de l'animal (tube digestif) des réverbérations externes entre le cristal et la surface de la sonde (aspect de l'écran lorsque la sonde n'est pas posée sur l'animal) ou entre la surface de la sonde et une structure interne.

    4.2. Queues de comète

    Les queues de comète sont des artéfacts de réverbération particulier qui sont constitués de petites lignes équidistantes, mais très rapprochée, en région profonde d'une structure très échogène. On rencontre des queues de comète principalement associées à des bulles de gaz (dans le tube digestif) et à des objets métalliques.

    4.3. Image en miroir

    Une image en miroir est formée en présence d'une interface linéaire très échogène, comme le diaphragme. Les ultrasons incidents se réfléchissent sur le diaphragme puis sur un objet échogène, par exemple dans le foie. Ils repartent vers la sonde en se réfléchissant de nouveau sur l'interface très échogène, en suivant le chemin inverse.

    Le traitement de l'information recueillie par la sonde suppose que les ultrasons voyagent en ligne droite et qu'une seule réflexion est survenue. Le logiciel calcule la position de l'écho (endroit de la réflexion) en multipliant le temps de vol par la vitesse de propagation des ultrasons dans les tissus mous (1540 m/s). Dans le cas d'une double réflexion, l'écho sera placée improprement dans l'axe d'émission initial des ultrasons à une profondeur correspondant au temps de vol.

    Les images en miroir se rencontrent principalement avec le diaphragme, faisant apparaître du tissu hépatique de l'autre côté du diaphragme. Ces images hépatiques artefactuelles ne doivent pas être confondues avec une hernie diaphragmatique.


    4.4. Ombre acoustique

    Lorsque le faisceau ultrasonore rencontre une interface très échogène comme les interface tissus mous / air et les interface tissus mou / tissus minéralisé, la majorité des ultrasons est réfléchi et revient à la sonde. Une quantité très faible d'ultrasons parvient à traverser l'interface, si bien qu'aucune structure ne peut être imagée plus profondément, formant une ombre acoustique.

    On rencontre ces cônes d'ombre dans 2 circonstances : en présence d'air (dans le tube digestif par exemple) et en présence d'une structure minéralisée (os, minéralisation dystrophique, calcul).

    4.5. Réflexion oblique - Réfraction

    La réfraction et la réflexion des ultrasons sur une paroi d'un objet arrondi entraîne une déviation du faisceau ultrasonore. En région profonde de la réfraction, aucun son du faisceau primaire n'est présent, donc aucun écho n'est détecté par la sonde. Il en résulte une ombre de bord, souvent bien visible sur la vessie ou le rein.


    4.6. Anisotropie

    L'échogénicité de certaines structures, dites anisotropiques, dépend de l'orientation du faisceau ultrasonore. On note une variation de l'échogénicité en fonction de l'orientation des ultrasons. L'échogénicité est maximale lorsque les ultrasons sont dirigés perpendiculairement à la surface réflective et diminue lorsque la réflexion est oblique. Plus l'angle d'obliquité augmente, moins la structure paraît échogène. Elle peut même disparaître dans certain cas.

    Les échos d'interface présentent typiquement ces propriétés. Le meilleur exemple est l'échographie tendineuse pour laquelle l'échogénicité dépend fortement de la position de la sonde. L'échogénicité est maximale lorsque le tendon est bien perpendiculaire à la sonde. Cet artefact impose l'utilisation des sondes linéaires pour l'examen des tendons.

    La paroi de la vessie, la capsule rénale et splénique présentent également des variations d'échogénicité en fonction de l'orientation du faisecau ultrasonore. En présence d'un épanchement abdominal, la paroi de la vessie peux disparaître donnant une fausse impression de rupture de la paroi vésicale.


    Le parenchyme rénal présente également ces propriétés. L'échogénicité du cortex rénal est plus importante lorsque le faisceau ultrasonore est tangentiel au cortex et diminue lorsqu'il lui est perpendiculaire.

    4.7. Renforcement postérieur

    Un renforcement postérieur se produit en présence d'une structure anéchogène (vessie, vésicule biliaire, kyste). Les ultrasons traverse sans atténuation la structure anéchogène et arrivent en nombre plus important qu'à proximité immédiate, où les ultrasons sont atténués par les structures abdominales (parenchyme hépatique par exemple). Les ultrasons étant plus nombreux, ils forme davantage d'échos, qui seront affichés sur l'écrans en dessous de la structure anéchogène.

    Cet artefact peut être utilisé pour confirmer la nature kystique d'une lésion anéchogène.


    4.8. Lobe accessoire

    Les artefacts de lobes accessoires sont responsables d'une partie du bruit de fond de l'image. Ils sont le résultat d'un placement erroné de l'écho, causé par une erreur d'évaluation de la direction du faisceau ultrasonore. Le faisceau ultrasonore tel qu'il est émis à la sonde est composé d'ultrasons émis dans une direction principale, appelés "lobe principal" et d'ultrasons émis dans une ou plusieurs directions secondaires, sur les côtés, appelé "lobes accessoires" ou secondaires. Par analogie, lorsqu'une personne utilise un porte voie, le maximum d'intensité sonore est perçu lorsque l'auditeur se trouve en face; lorsqu'il se trouve à côté du porte voie, le son est atténué, mais néanmoins encore audible.

    Le programme de formation de l'image utilise comme principe que les ultrasons sont émis et reviennent à la sonde dans une seule direction. Les lobes accessoires sont ignorés par le logiciel. Ces sons de faible intensité, émis, réfléchis par une surface très échogène, et revenant à la sonde sont analysées comme faisant partie du faisceau principal, et sont donc placée dans la direction du faisceau principal.

    Les artefacts de lobes accessoires sont particulièrement visibles lorsqu'ils apparaissent sur des structures vides d'échos, comme la vessie. Le côlon descendant, contenant de l'air, forme une interface très échogène, qui réfléchit les ultrasons émis par les lobes accessoires. Ces échos apparaissent dans la lumière vésicale.

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