L'échographie est l'utilisation des ultrasons la plus fréquente, la plus commune et la plus utile dans le domaine médical dans le diagnostic de diverses maladies. Nous allons vous présenter cette technique d'imagerie médicale.
I) Principes de l'échographie :
L'échographe standard, le plus répandu dans les centres médicaux, est constitué par :
- plusieurs sondes de fréquence et de forme différente qui sont à la fois émetteur et récepteur d'ultrasons
- un système informatique permettant de convertir le signal reçu en images projetées ensuite sur un écran (= le moniteur),
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| Gel |
- un système d'enregistrement des données,
- un gel à étaler sur la zone de peau à examiner afin d'avoir un contact parfait entre la sonde et la peau car sinon une partie des ultrasons est absorbée par la fine couche d'air (propriété vue précédemment).
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| Echographe standard |
C'est une échographie de l'avant-bras d'un membre de notre groupe de travaux personnels encadrés sans et avec gel.
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| Sans gel |
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| Avec gel |
Son fonctionnement est simple. La sonde émet des ultrasons dans le corps du patient et ces ultrasons, selon le milieu qu'elles traversent, seront plus ou moins ou pas renvoyés : c'est ce qu'on appelle l'échogénicité. Les tissus de l'organisme peuvent ainsi être :
- anéchogènes : ce sont les liquides simples (dans lequel il n'y a pas de particules), laissant simplement traverser les ondes ultrasonores sans les renvoyer, l'image sera très noire
- plus ou moins échogènes : ce sont les tissus mous ou les liquides avec particules comme le sang, l'image sera dans un ton de gris (plus les tissus sont échogènes et plus le gris sera clair : hypo-échogène)
- hyperéchogènes : ce sont les gaz ou les tissus de structure solide comme l'os où toutes les ondes ultrasonores sont renvoyées, l'image apparaitra très blanche.
Le fonctionnement de l'échographe repose essentiellement sur les sondes échographiques car ce sont elles qui produisent les ultrasons et ensuite les reçoivent. Elles sont donc à la fois émettrices et réceptrices d'ultrasons. Pour cela elles sont équipées de nombreuses céramiques piézoélectriques qui sont appelées transducteurs ultrasonores. Leur nombre varie de 64 à plusieurs milliers pour les machines les plus récentes (jusqu'à 12 000).
La machine peut posséder une palette de sondes différentes de par la forme de la zone où les ultrasons sont envoyés mais aussi par la fréquence des ultrasons. La forme la plus courante est trapézoïdale.
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| Sonde trapézoïdale |
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| Sonde sectorielle (à petite surface de contact) |
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| Sonde linéaire |
La fréquence des ultrasons varie selon les sondes. Plus la fréquence est élevée, plus l'image obtenue est précise mais moins les parties profondes pourront être explorées.
En fonction des zones à examiner, le médecin échographiste choisira une sonde de fréquence particulière :
- 1,5 à 4,5 MHz en usage courant pour le secteur profond (abdomen et pelvis)- 5 MHz pour les structures intermédiaires (cœur d'enfant par exemple)
- 7 MHz pour l'exploration des petites structures assez proches de la peau (artères ou veines, et l'abdomen des bébés)
- de 10 à 18 MHz par exemple pour l'étude, en recherche, de petits animaux, mais aussi, dans le domaine médical, pour l'imagerie superficielle (visant les structures proches de la peau).
- Jusqu'à 50 MHz pour les appareils de biomicroscopie de l’œil.
Pour récapituler, dans les centres médicaux, on trouve plus souvent des sondes de fréquence entre 1.5 pour les zones profondes et 12 ou 14 MHz maximum pour celles superficielles.
II) L'Effet Doppler :
L’Effet Doppler est le décalage de fréquence d’une onde acoustique ou électromagnétique entre la mesure à l’émission et la mesure à la réception lorsque la distance entre l’émetteur et le récepteur varie au cours du temps. Cet effet a été présenté en 1842 par Christian Doppler dans l’article : Sur la lumière colorée des étoiles doubles et de quelques astres du ciel.
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| Christian Doppler (1803-1853) |
Voici un exemple de manifestation de l’Effet Doppler avec les ondes sonores : dans la perception de la hauteur du son d’un moteur de voiture (ou d’une sirène): le son est différent selon que l’on est dans le véhicule ou que le véhicule se rapproche du récepteur (le son est plus aigu) ou qu’il s'en éloigne (le son est plus grave). L’Effet Doppler se manifeste quand une source d’onde est en mouvement par rapport au récepteur, et inversement.
Cet effet est utilisé pour mesurer une vitesse comme par exemple celle d’une voiture, celle du sang lors d’examens médicaux (échographie), ou encore en astronomie pour déterminer la vitesse d’approche ou d’éloignement d’objets célestes (étoiles, galaxies,…). Il permet d’étudier les mouvements des fluides biologiques (comme par exemple du sérum, ou bien d’autres liquides dérivés du plasma). Une sonde émet des ondes ultrasonores et ce sont les globules rouges dans les vaisseaux sanguins qui font office d’obstacles et ils les réfléchissent. D’autre part, l’analyse de la variation de la fréquence des ondes réfléchies reçues par cette sonde permet ainsi de déterminer la vitesse du sang dans les vaisseaux. C’est la vélocimétrie Doppler.
L’effet Doppler dépend de l’orientation du vaisseau par rapport à la sonde d’échographie en fonction du cosinus de l’angle. Lorsque la sonde d’échographie est perpendiculaire au vaisseau, le signal Doppler obtenu est nul (cosinus de 90° = 0)
Applications de l’Effet Doppler en médecine :
Le Doppler continu : (« cristal » émettant et recevant en continu des ultrasons). Il a permis l’étude de la circulation sanguine dans les vaisseaux. On obtient l’évolution dans le temps de la vitesse des globules rouges. Il permet aussi de détecter les varices, les séquelles après une phlébite (trouble cardiovasculaire correspondant à la formation d’un caillot de sang dans une veine), les sténoses (rétrécissement d’une structure comme par exemple un canal, un vaisseau,…), les troubles de la circulation cérébrale... Cependant, l’inconvénient du Doppler continu est qu’il ne permet pas d’étudier les vaisseaux profonds et qu'il s'effectue à l'aveugle. C'est le moins utilisé de nos jours.
Le Doppler pulsé a été introduit par Baker en 1970. La sonde d’échographie est alternativement émettrice et réceptrice. Elle émet de brèves salves d’ultrasons et passe à l’écoute de l’écho sonore. Le temps de répétition des séries d’échos peut-être modulé, ajusté et le moment où la sonde est en réception aussi. C’est ce qui permet de définir une zone exclusive d’examen : la fenêtre d’exploration. Il permet l’exploration de vaisseaux très profonds comme ceux de l’abdomen (aorte abdominale, artères rénales, …) et aussi l’exploration cardiaque. De plus, il existe aujourd’hui une extension de ce Doppler pulsé avec des couleurs :
L'image échographique est en noir et blanc et on y applique la fenêtre du Doppler couleurs. Le codage se fait selon la vitesse du sang dans les vaisseaux : on obtient ainsi la circulation du sang en couleurs. Le premier codage est le Doppler mode vitesse (ou vélocité): il se fait avec du rouge lorsque le sang arrive vers la sonde et avec du bleu lorsqu’il s’éloigne de la sonde. Il permet de visualiser en une image un vaisseau sur 40 mm environ et d’observer la régularité des flux (flux laminaire) ou au contraire la présence de turbulences. La vitesse est représentée par la désaturation des couleurs. Le deuxième codage est fait avec le Doppler énergie : la couleur est plus ou moins saturée (or, vert, bleue, …), il est plus sensible aux petits vaisseaux et ainsi permet l’évaluation du degré de vascularisation des tumeurs. Cependant, il ne montre pas le sens de circulation du sang.
L’Effet Doppler en cardiologie : Il permet d’analyser la vitesse des parois cardiaques à l’aide du Doppler tissulaire. C’est l’imagerie Doppler des tissus.
Les premiers appareils échographiques munis d’un dispositif permettant l’effet Doppler datent de la fin des années 1980. Ils apportent de la fiabilité et de la rapidité aux examens médicaux. Cependant, le réglage de ces appareils nécessite des médecins compétents.
III) Application de l'échographie-doppler
La première application la plus connue est certainement le suivi des femmes enceintes. En effet l'échographie est connue grâce aux échographies prénatales permettant de voir le bébé dans le ventre de la mère. Mais cette technique peut s'appliquer à toutes (ou presque) les parties du corps. Nous allons donc vous montrer des exemples d'utilisations d'échographies faites pendant nos deux jours de découverte à l'hôpital et donc bien sûr sur des êtres humains mais il faut savoir que cela est possible dans le domaine vétérinaire :
Echographie vasculaire: examen toujours avec l’effet Doppler pour analyser les flux sanguins.
Echographie cardiaque (ou échocardiographie): examen du cœur : il permet de mettre en évidence les malformations cardiaques et les anomalies de fonctionnement du coeur. L'analyse est rendue difficile par la cage thoracique et les poumons qui sont des obstacles à la propagation des ultrasons.
Echographie de l’appareil locomoteur : analyse détaillée des muscles, des tendons, des ligaments, des nerfs (en complément d’une radiographie, qui analyse les os).
Echographie peropératoire: c'est-à-dire pendant l'opération chirurgicale, pour guider le chirurgien.
Echographie endoscopique : permet obtenir des images des organes internes.
Echographie utilisée pour l'élastographie : utilise une sonde pour évaluer élasticité des tissus:
Par compression manuelle (légère pression sur la sonde pour voir comment les tissus en dessous se déforment).
Par impulsion ultrasonore, dernier développement de l'échographie (qui utilise des ondes focalisées, la qualité d’image est meilleure que par compression manuelle). On peut ainsi obtenir une cartographie de la dureté d'un organe.
Voici quelques exemples d'échographie :
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| Echographie bidimensionnelle (B-Mode) Coupe transversale du cou avec mesures des lobes (B et C) et de l'isthme (A) de la glande thyroide. |
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| Echographie bidimensionnelle (B-Mode) avec Doppler -couleurs A côté du lobe thryroidien droit, les vaisseaux (artère carotide et veine jugulaire) sont colorées dans la fenêtre de doppler couleur. |
Exemple d'échographie du poignet :
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| Coupe longitudinale du poignet Doppler couleur et pulsé de l'artère radiale |
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| Coupe transversale du poignet Doppler couleur et pulsé de la veine radiale |
Exemple d'échographie rénale :
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| Rein droit normal (entre les croix) |
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| Rein gauche dilaté |
Exemple d'échographie du coeur :
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| Le coeur Exemple d'élastographie : |
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| Mesure de la dureté du foie |
Avantages de l'échographie-doppler:
L'échographie possède beaucoup d'avantages. En effet, c'est le moyen le plus simple de voir le foetus dans le ventre de la mère, il n'y a pas de risque connus pour le foetus, et les résultats sont immédiats. Ce moyen, très peu coûteux et facilement déplacable (l'échographe est mobile) permet l'examination de patients à leur chevet dans tout l'hôpital. Notamment dans le milieu pédiatrique, c'est le premier moyen diagnostique car on essaie de réduire au maximum les doses de radiations émises par les autres techniques (radiographie, scanner à rayons X) qui risqueraient d'avoir des effets cancérigènes. De plus, l’emploi de l'échographie est beaucoup plus performant sur les bébés du fait de leur petite taille et de leur faible teneur en graisse. Tous les organes sont de tailles réduites permettant ainsi l'utilisation de sonde de haute fréquence et donnant des images plus nettes et plus précises. De plus, chez les bébés: les os du crâne ne sont pas complètement soudés, on peut alors examiner leur cerveau (échographie transfontanellaire).
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| Echographie cérébrale chez un bébé au travers de la fontanelle (espace entre les os du crâne non encore soudés) |
Inconvénients
On a remarqué aucun effet nocif chez les patients: dans les études effectuées, il n'y a eu que des effets biologiques qui se sont avérés être de faible ampleur. Cependant certains chercheurs américains ont découvert que les ultrasons endommagaient le cerveau des foetus de souris. Des recherches sont en cours pour vérifier que l'échographie ne provoque aucun effet sur l'être humain.
L'inconvénient majeur de l'échographie est le fait qu'elle est peu performante sur les personnes obèses.
