Ultrasound_Imaging

1 Ultrason

On envoie une burst d’onde sonore et on mesure la réflexion qui dépend du matériau

1.1 Bases physiques

1.1.1 Son

Entre 1-40 Mhz pour applications médicales (1mm - )

<1 Mhz → résolution trop petite

40 MHz → absorption du tissu trop grand

Célérité de particule vs vitesse du son !

1.1.2 Onde

Périodique au temps et à l’emplacement

Deux types d’onde qui résouent l’équation d’onde:

Onde de plan

Amplitude du front est constante

Onde sphérique

Amplitude du front diminue avec 1/r

1.1.3 Interaction onde et tissu

Vitesse du son dépend du milieu

Réflexion et transmission

$T_p-R_p=1$

Energie est proportionnelle à la pression

La pression change de signe si elle est réfléchie !

Conservation d’énergie

Proportion d’énergie reflétée vs transmise

$T_i+R_i=1$

Coefficients d’intensité, proportion intensité transmise ou reflétée

Dépend de l’impédance acoustique, angle incident

Impédance dépend de masse volumique et c

Diffusion

Dépend de la taille des structures, se passe au contact entre onde et particule

Rayleigh diffusion → change couleur du ciel le soir à l’orange

Absorption

Création de chaleur dans le tissu

Amortissement

Loi de Lambert : $I(x)=I(0)\cdot e^{-\mu x}$

Coefficient d’amortissement mu → absorption + diffusion

Permet d’aller à certaine profondeur dépendant de la fréquence

1.1.4 Résolution axiale

Pour différencer complètement deux échos, il faut attendre $\lambda /2$

Donc plus fréquence est élevée, plus la résolution axiale est grand

Dans la pratique c’est moins bon que $\lambda /2$

1.2 Génération du son

Utilise l’effet piézo-électrique → US-Wandlers

1.2.1 Champ du son

Source est considérée ponctuelle (pleins de source ponctuelles)

Propagation de manière sphérique

On veut un champ directionnel et non large

→ Solution : les sources ponctuelles créent une interférence constructive / destructive qui crée un champ directionnel

Influences :

Résolution latérale dépend zone de focus

Meilleure résolution à la profondeur du Fokus Bereich

💡 Plus d’énergie, moins de profondeur mais meilleur résolution

1.2.2 Erreur dans l’image

1. Zone d’amortissement plus faible induie en erreur
2. Objects derrière différentes vitesse de son apparaissent décalés
3. Réflexion multiple

1.3 Mode de l’ultrason

A-Mode

1-D .. mesure axiale d’épaisseur ou profondeur du tissu en fonction du temps

Les signaux plus profonds sont amplifiées en général pour être afficher au même niveau

B-Mode

2-D .. plus l’écho est fort donc grande réflexion, plus l’image est claire

M-mode

On ajoute le temps

Doppler Mode

Mesurer la vitesse d’un fluide

1.4 Doppler effekt

Si le récepteur et émetteur se déplace, il se produit un changement de fréquence

On peut mesurer la vitesse du sang

Continuous Wave doppled US

Récepteur et émetteur séparer

Le signal envoyé est multiplié avec le signal qui revient pour créer la différence de fréquence et savoir le doppler shift

Pulsed

Il faut attendre l’écho soit de retour

Emetteur et recépteur ensembles

Aliasing artefacts si la vitesse mesurée est trop élevée !

1.5 Applications

Mesure de vitesse dans le coeur, vaisseaux

IVUS : IntraVaskulärer UltraSchall

Un catheter piezo-électrique est insérée dans l’artère

Ultrason 3d

Il faut prendre la même image dans plusieurs angle pour la reconstruire