Cardiogramme
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Principes physiques de l’échocardiographie

Physique des ultrasons

Il est nécessaire de connaître quelques principes de base du fonctionnement des échocardiographes pour en obtenir de bonnes images [11,12,21]. Les ultrasons (US) sont des ondes de pression (vibrations mécaniques) qui se propagent dans les milieux suffisamment denses pour transmettre les oscillations rapides qu’ils provoquent. Ils ont la propriété de cheminer dans les tissus à la manière de rayons : ils peuvent être dirigés en faisceau, sont réfléchis par les solides en fonction de leurs différences de densité acoustique, et perdent progressivement de l’énergie en traversant les tissus. Cette atténuation est très marquée dans l’air où les US n’ont pratiquement pas de pénétration, alors qu’elle est faible dans les liquides et les solides où ils sont très bien transmis. Une onde vibratoire est définie par une formule simple :

c = f · λ où c est la vitesse de déplacement, f la fréquence et λ la longueur d’onde

Dans le corps humain, les US cheminent à une vitesse (c) moyenne de 1’540 m/s [12,21]. Les fréquences (f) d’émission utilisées s’échelonnent entre 1 et 12 MHz (1 Hz = 1/s). Comme la longueur d’onde (λ) doit être inférieure à la distance séparant deux objets pour qu’ils apparaissent séparés, la résolution spatiale augmente si la fréquence d’émission est élevée et la longueur d’onde faible. Pour les sondes ETO de 4-8 MHz, la résolution spatiale dans l’axe des US est de l’ordre de 1 mm. La résolution latérale (perpendiculaire aux US) est définie par le nombre de lignes de balayage sur l’écran. L’amplitude de l’onde vibratoire représente son intensité ; elle s’exprime en décibels (dB) selon une échelle logarithmique : augmenter l’intensité de 3 dB double la puissance. Les échos ont une intensité qui dépend de la densité acoustique du tissu : les zones calcifiées ou les matériaux métalliques donnent les échos les plus intenses.

Les tissus sont des réflecteurs de géométrie complexe pour les US, et non des surfaces perpendiculaires qui renvoient la totalité de l’énergie reçue. Une partie des échos renvoyés est dispersée dans toutes les directions, et seule une partie retourne vers le capteur. D’autre part, les US et leurs échos perdent de l’énergie en traversant les tissus. Cette atténuation avec la profondeur est d’autant plus importante que la longueur d’onde est courte. En réglant la fréquence d’émission de la machine à des valeurs basses (4 MHz), on aura une meilleure lecture des zones profondes (> 12 cm) mais on perdra sur la résolution spatiale. Avec des fréquences hautes (8 MHz), au contraire, on augmentera la précision, mais on aura une moins bonne image des éléments profonds.

 

Les ultrasons
Les ultrasons sont des vibrations mécaniques transmises dans les solides et les liquides
Vitesse moyenne dans les tissus (c) : 1’540 m/s (c = f · λ)
La résolution spatiale augmente si la fréquence (f en MHz) augmente


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