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UE6 Physique Physiologie > Bases physiques des US > Flashcards

Bases physiques des US Flashcards

1
Q

Caractéristiques des ultrasons ?

A
  • Les ultrasons sont des ondes acoustiques
  • Les ondes acoustiques sont des ondes mécaniques
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Q

Principale différence entre les ondes mécaniques et électromagnétiques ?

A

Contrairement aux ondes électro-magnétiques, les ondes mécaniques ne se propagent que dans un milieu matériel

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3
Q

Formation d’une onde mécanique ?

A
  • Apparaît lorsque les molécules du milieu reçoivent de l’énergie et sont amenées à se déplacer autour de leur position d’équilibre
  • Le mouvement répercute de proche en proche. Ce mouvement ordonné constitue l’onde mécanique
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4
Q

Qu’est-ce que la périodicité ?

A

Succession de compressions et raréfactions des particules du milieu traversé qui se transmet de proche en proche

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5
Q

Fréquence des ultrasons ?

A

1 MHz - 100 MHz

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6
Q

A quoi correspond 1 Hz ?

A

A un cycle de vibration par seconde

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7
Q

Différence entre les sons audibles et les ultrasons ?

A

Ils sont de même nature physique, seule la fréquence permet de les différencier

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8
Q

Longueur d’onde ?

A
  • λ => en m
  • Distance séparant deux points du milieu dans le même état vibratoire
  • λ = CT = C/f
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9
Q

Fréquence de l’onde ?

A
  • f => en Hertz
  • Nombre d’oscillations par seconde
  • Correspond à l’inverse de la période :
    1/T
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10
Q

Vitesse de propagation de l’onde ?

A

Célérité : c ou C => m/s

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11
Q

Période d’une onde ?

A
  • T
  • Durée entre 2 maxima/minima
  • T = 1/f
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12
Q

Caractéristiques de la vitesse de propagation de l’onde ?

A

=> Célérité
– Dépend étroitement de la nature du milieu
– La propagation se transmet de proche en proche sans transfert de matière mais avec transport d’énergie
– Varie avec le milieu, mais pas avec la fréquence

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13
Q

Qu’est-ce que l’impédance acoustique ?

A

=> Z en Pa/s/m ou en Rayleigh
* Représente la résistance du milieu à la propagation de l’onde
* = ρ x c (ρ = masse volumique du milieu)

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14
Q

Caractéristique de l’impédance acoustique ?

A

– Caractéristique du milieu
– Plus l’impédance est grande, plus la célérité de l’onde est grande

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15
Q

Qu’est-ce qu’une interface acoustique ?

A

La séparation entre 2 milieux d’impédances différentes

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16
Q

Valeur moyenne de la célérité dans les tissus mous utilisé en imagerie US ?

A

1500 m/s

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17
Q

Quelles sont les possibles réactions d’une onde US après interaction avec la matière ?

A

Elle peut être partiellement :
* transmise
* réfléchie
* réfractée
* diffusée

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18
Q

De quoi sont responsables les phénomènes des US après interaction avec la matière ?

A

Ils sont responsables d’une atténuation avec diminution de l’intensité incidente au fur et à mesure de la propagation dans le milieu

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19
Q

Parmi les caractéristiques de l’onde lesquels sont modifiées ?

A

La célérité change => La longueur d’onde change
/!\ PAS DE MODIFICATION DE LA FREQUENCE DE L’ONDE /!\

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20
Q

Caractéristique de l’incidence lors d’échographies ?

A

Travail en incidence normale

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21
Q

De quoi dépendent le coefficient de réflexion et le coefficient de transmission ?

A

Uniquement de l’impédance acoustique

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22
Q

Relation entre la réflexion d’une onde et la différence d’impédance acoustique des milieux ?

A

Plus ∆Z = Z2 - Z1 est grande, plus l’énergie réfléchie est importante

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23
Q

Transmission et réflexion de l’onde lorsque : Z1 ≈ Z2 ?

A
  • R proche 0
  • T proche 1
  • Pas de réflexion, tt est transmis
  • Interface transparente aux US
    => Difficile de distinguer les 2 milieux
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24
Q

Transmission et réflexion d’une onde lorsque : Z1 &laquo_space;Z2 ?

A
  • R proche 1
  • T proche 0
  • Faisceau incidente est réfléchie
  • L’interface est impénétrable
    => On distingue les 2 milieux
  • Inconvénient : observation d’un milieu Z3 est impossible
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25
Q

Transmission et réflexion d’une onde lorsque : Z1 &laquo_space;Z2 ?

A
  • R proche 1
  • T proche 0
  • Faisceau incidente est réfléchie
  • L’interface est impénétrable
    => On distingue les 2 milieux
  • Inconvénient : observation d’un milieu Z3 est impossible
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26
Q

Caractéristiques d’une interface tissu mou / tissus mou ?

A
  • Proportion d’énergie réfléchie faible (<1%)
  • Exploration possible en profondeur en arrière de l’interface
  • Imagerie US : bien adaptée aux tissus mous
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27
Q

Caractéristiques de l’interface tissus mou/os ?

A
  • Réflexion de l’onde incidente importante (30 à 50 %)
  • OS = obstacle, ne peut être correctement analysé
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28
Q

Caractéristiques de l’interface tissu mou/air ?

A
  • Réflexion quasiment totale (99,9 %)
  • air, poumon, tube digestif = écran pour la transmission des US
  • Utilisation d’un gel hydrophile (≈ à un tissu mou) entre la sonde et la peau pour éviter l’interposition d’air
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29
Q

Qu’est-ce que le phénomène de diffusion ?

A

Lorsque l’interface est de petite taille par rapport à la longueur d’onde, l’énergie de l’onde ultrasonore est diffusée dans de multiples directions de l’espace

30
Q

Caractéristiques de la diffusion ?

A
  • La diffusion est à l’origine de l’image échographique des parenchymes
  • L’intensité diffusée est en général plus faible que l’intensité réfléchie
31
Q

Exemple de cibles diffusantes ?

A

Petites hétérogénéités des tissus, ilôts cellulaires

32
Q

A quoi correspond le phénomène d’absorption ?

A

L’onde ultrasonore, en se propageant cède une partie de son énergie au milieu
=> Il y a absorption de l’énergie et l’intensité du faisceau diminue

33
Q

Caractéristiques du phénomène d’absorption ?

A
  • Liée essentiellement à des mécanismes de
    conduction thermique et de viscosité
  • Peut se définir comme : conversion de l’énergie acoustique en chaleur
  • Mécanismes étroitement dépendant de la fréquence :
    • Fréquences élevées => très nombreuses vibrations favorisant le transfert d’énergie
  • Obéit à une loi exponentielle décroissante
34
Q

Comment la profondeur de la cible influe sur la phénomène d’absorption ?

A

Influence de la profondeur +++
=> I = I0 exp(-αx)

35
Q

De quoi dépend l’atténuation des US ?

A

ล Consécutive aux réflexions qui surviennent à chaque interface, à la diffusion et surtout à l’absorption
ล Augmente avec la distance parcourue dans le milieu et donc la profondeur d’exploration
ล Doubler la fréquence des US revient à multiplier par 2 le coefficient d’atténuation, la portée du faisceau sera réduite de moitié

36
Q

Production des US pour les examens médicaux ?

A

Utilisation :
* d’un transducteur
* d’un élément piezo-électrique

37
Q

Qu’est-ce qu’un transducteur ?

A

Dispositif qui transforme une énergie de très haute fréquence en énergie mécanique vibratoire de même fréquence

38
Q

Qu’est-ce qu’un élément piézo-électrique ?

A

Matériel qui a la propriété de transformer une énergie électrique en énergie mécanique et inversement

39
Q

Quels sont les différents effets piézo-électriques existants ?

A
  • effet piézo-électrique direct : capacité à transformer une onde de pression en courant électrique
  • effet piézo indirect : capacité à transformer un courant électrique en onde de pression
40
Q

Quels sont les matériaux piézo-électriques ?

A
  • quartz
  • céramiques : cristaux ferroélectriques (+++)
  • polymères
41
Q

Mode de fonctionnement des transducteurs ultrasonores ?

A

En mode pulsé : tension alternative appliquée par des impulsions courtes
=> Le même cristal peut émettre et recevoir

42
Q

Caractéristiques du mode pulsé des transducteurs ultrasonores ?

A
  • Durée de l’impulsion : de l’ordre de 1 μs : elle détermine la résolution spatiale : plus elle est courte, meilleure est cette résolution
  • Période de répétition : de l’ordre de 1 ms (impulsion + intervalle)
43
Q

Quels sont les principes généraux de l’échographie ?

A
  • Créer une impulsion mécanique la plus brève possible
  • La confiner dans un faisceau étroit (= faisceau acoustique)
  • Déplacer et orienter ce faisceau
  • Créer un image avec ce qui “revient” après chaque émission d’impulsion à l’intérieure de chacun des faisceaux
  • Exploiter l’information contenue dans cette image
44
Q

La transmission est aussi importante que la réflexion ?

A

OUI :
Nécessaire d’avoir une réflexion pour pouvoir enregistrer le signal mais également nécessaire d’avoir une transmission pour que le faisceau incident puisse pénétrer en profondeur

45
Q

Sur quoi sont basé les principes généraux de l’échographie ?

A

Basé sur les propriétés de réflexion d’un faisceau ultrasonore à la jonction entre 2 milieux

46
Q

Qu’est-ce que le principe de conversion temps/espace ?

A

Temps entre émission et réception donne profondeur de la structure étudiée :
t = 2d / c

47
Q

Longueur du trajet parcouru par l’onde ?

A

2 fois la distance d

48
Q

Profondeur maximale d’éploration par les ultrasons ?

A
  • Déterminé par la durée de la période de réception de la sonde
  • d = 1/2 v * ∆t
49
Q

Quelles sont les zones existantes au sein du faisceau échographique ?

A

=> 2 zones successives
* Zone de Fresnel
* Zone de Fraunhofer

50
Q

A quoi correspond la zone de Fresnel ?

A
  • Cylindre dans l’axe du transducteur dont le diamètre est celui de la source (en cas de source circulaire)
  • Le front d’onde est plan et la résolution spatiale est optimale
51
Q

A quoi correspond la zone de Fraunhofer ?

A
  • Cône
  • Le front d’onde est convexe (diffusion du front d’onde)
  • L’intensité du faisceau diminue avec l’augmentation de sa surface (=diminution de la résolution spatiale, moins précis)
52
Q

Qu’est-ce que la résolution ?

A
  • Aptitude du système à présenter 2 échos distincts pour 2 cibles très rapprochées
  • Petite distance de l’ordre de grandeur de λ avec λ=c/f
53
Q

Quelles sont les types de résolutions/direction de faisceau existants ?

A
  • Résolution axiale : Celle qui passe dans la direction de propagation du faisceau ultrasonore
  • Résolution latérale : Celle qui passe orthogonalement
54
Q

Qu’est-ce que la durée de l’impulsion ultra sonore ?

A

Elle détermine la résolution axiale de l’appareil qui reste constante sur toute la profondeur explorée
=> Habituellement de 1 µs

55
Q

De quoi dépend la résolution axiale ?

A

La durée d’impulsion, ce qui impose une fréquence minimale
MAIS !!!
L’atténuation des tissus croît avec la fréquence, ce qui limite la profondeur d’exploration

56
Q

Qu’entraine le compromis résolution/profondeur d’exploration ?

A
  • On peut étudier avec une grande précision des structures peu profonde et de petite taille
  • Les organes profond et/ou volumineux sont étudiés avec une moins bonne résolution
    => La résolution est meilleure pour les hautes fréquences (plus courtes longueur d’onde) mais l’atténuation est aussi plus importante : compromis et adaptation
57
Q

Fréquence pour une sonde d’observation de l’abdomen ?

A

3,5 MHz

58
Q

Qu’est-ce que la focalisation ?

A

Répartition de l’intensité dans le faisceau d’une céramique mono élément

59
Q

Caractéristiques de la focalisation ?

A
    • le diamètre de la sonde est petit, + la zone cylindrique est courte et l’angle de divergence grande
  • Pour diminuer le diamètre du faisceau dans la zone de FRAUNHOFER, pour améliorer la résolution latérale, une focalisation est réalisée
60
Q

Focalisation d’un faisceau ?

A
  • Consiste à le rendre plus fin et/ou plus étroit de façon à améliorer la résolution latérale
  • Le mode focalisation dépend du type de sondes
  • Différents types de focalisation : mécanique ou dynamique électronique
61
Q

Quelles sont les méthodes d’imagerie US ?

A
  • Mode A/amplitude
  • Mode B
  • Mode TM (temps-mouvement)
  • Mode 3D/4D
62
Q

Caractéristiques du mode A d’imagerie US ?

A
  • Le mode le plus ancien : fonctionnement des profondimètres (sonar)
  • Affichage de l’amplitude du signal recueilli par la sonde en fonction de la profondeur du temps d’arrivée
  • Utilisation d’un seul faisceau de direction constante
  • Distance entre 2 pics = épaisseur d’une structure
  • Absence d’échos entre 2 pics = présence de liquide
63
Q

Avantages et inconvénients du mode A d’imagerie US ?

A
  • Mesure précise de la dimension des objets
  • Information unidimensionnelle
  • Pas d’enregistrement du mouvement
64
Q

Application clinique du mode 1 d’imagerie US ?

A
  • Contrôle de la symétrie-cérébrale du nouveau né par échographie trans-frontanéllaire
  • Imagerie ophtalmologique
65
Q

Caractéristiques du mode B d’imagerie US ?

A
  • Amplitudes des échos modulent la brillance de spot sur l’écran (niveau de gris)
  • Base de l’imagerie bi dimensionelle
  • Bidimensionnel obtenu par déplacement de la sonde le long du plan de coupe : permet d’obtenir une coupe en 2D en temps réel
66
Q

Caractéristiques du mode TM d’imagerie US ?

A

– Permet de suivre le mouvement des organes
– Rajoute au mode B un balayage temporel
– Utilisation en cardiologie surtout pour le mouvement des valves

67
Q

Caractéristique du mode 3D/4D d’imagerie US ?

A
  • Mode utilisé pour l’échographie fœtale
  • Obtention d’images en volume statiques ou indexée au temps
  • Rendue volumique après extraction de
    surfaces
  • Utilisation de fréquences de balayage très
    élevée puis traitement de l’image pour la filtrer en 3D
  • 4D (avec le temps), donne une information sur la cinétique
68
Q

Qu’est-ce que le gain G ?

A

Rapport entre la tension d’entrée et la tension de sortie, peut être constant ou non, ajustable par l’opérateur

69
Q

Utilisation du gain en imagerie US ?

A

Amplifier les signaux sans les déformer en cherchant à compenser les effets de l’atténuation des S dans les tissus

70
Q

Quels sont les effets biologiques des US ?

A

Effets thermiques :
– Élévation de la température due à la viscosité du milieu : 1 à 2° (examen de 10 min)
– Liés à la focalisation, intensité acoustique, durée de l’examen, tissu exploré
Effets de cavitation
– Développement de bulles ou de cavités dans le milieu traversé
– Liés à la pression acoustique
– Cavitation implosive : au delà des intensités utilisées en échographie

71
Q

Application thérapeutiques des US ?

A

Atténuation <=> transfert d’énergie au milieu
– Seulement pour des énergies importantes,&raquo_space;> à celles du diagnostic
– Utilisation en dermatologie et rhumatologie
Effet de cavitation
– Utilisation d’un gradient de pression pour provoquer des déchirures dans les tissus
– 10 W/cm2 => passage à l’état gazeux des gaz dissous
– Création de nombreuses bulles => onde de choc = 1000 atm
– Application : lithotripsie extra-corporelle

UE6 Physique Physiologie (16 decks)

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