Dr. Paul Barthez – L’Image Ultrasonore - Année 2002-03 –
Année 2002-03
Unité pédagogique de Radiologie – Imagerie Médicale
D1
Bases Physiques et Techniques en Imagerie Médicale
L ’IMAGE ULTRASONORE : INSTRUMENTATION,
SEMIOLOGIE ET ARTEFACTS
Paul BARTHEZ, Docteur Vétérinaire
Maître de Conférences
Dr. Paul Barthez – L!’Image Ultrasonore - Année 2002-03 – D1 2
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 échographique et
savoir optimiser une image échographique.
3. Connaître la terminologie utilisée dans la description des images ultrasonores
4. Connaître et savoir reconnaître les principaux artefacts de l'image ultrasonore
bidimensionnelle.
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Questions d’étude :
1. Comment fonctionne une sonde linéaire ? Quelle est la forme de l'image obtenue
avec une telle sonde ?
2. Comment fonctionne une sonde à balayage mécanique , Quelle est la forme de
l'image obtenue avec une telle sonde ?
3. Comment fonctionne une sonde à balayage électronique , Quelle est la forme de
l'image obtenue avec une telle sonde ?
4. Quelles sont les différences entre les sondes à balayage mécanique et électronique ?
5. Quels sont les réglages à faire en cours d'examens ?
6. Comment choisir la fréquence de la sonde ?
7. Comment régler le gain général ?
8. Comment régler les gains étagés ?
9. Quelle est la signification des termes : échogène, hypoéchogène, hyperéchogène,
isoéchogène, anéchogène ?
10. À quoi est due l'échogénicité des parenchymes ?
11. Quelle est la signification d'une structure anéchogène ?
12. Qu'est ce qu'un artefact de réverbération ? Quand se produit-il ? Est-il utile ou
néfaste ?
13. Qu'est ce que des queues de comètes ? Quand se produisent-elles ?
14. Qu'est ce qu'une image en miroir ? Quand se produit-elle ?
15. Qu'est ce qu'une ombre acoustique ? Quand se produit-elle ?
16. Qu'est ce qu'une ombre de bord ? Quand se produit-elle ?
17. Qu'est ce qu'un renforcement postérieur ? Quand se produit-il ? Est-il utile ou
néfaste ?
18. Qu'est ce qu'un artefact de lobe accessoire ? Quand se produit-il ?
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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.
Fréquence (n)
I
Fréquence (n)
I
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 :
ÿ 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.
ÿ Les sondes pour lesquelles les ultrasons sont envoyé dans une direction différente à
chaque impulsion au moyen d’un balayage mécanique ou électronique.
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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.
Les sondes linéaires présentent l'avantage de pouvoir explorer une grande longueur d'un
coup et 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.
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1.3.2 Sonde 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. Le cristal baigne en général dans un liquide pour permettre son mouvement qui
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
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(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 mécaniques. Ces dernières
sont actuellement les plus répandues sur le marché vétérinaire.
1.3.3 Focalisation
La focalisation du faisceau ultrasonore conditionne la résolution latérale de l’image
échographique. Le faisceau ultrasonore est naturellement focalisé, mais il est possible d’agir
sur la focalisation par un décalage de phase extérieur-intérieur. En excitant les cristaux
exterieurs légèrement avant les cristaux intérieur, le faisceau ultrasonore est focalisé à une
certaine distance qui dépend elle-même de l’importance du décalage de phase. La réglage de
la focalisation est possible sur presque toutes les sondes à partir du moment où il y a
plusieurs cristaux, montés les uns à côté des autres (linéaire ou linéaire courbe) ou en
anneau (sonde annulaire). La distance de focalisation est indiquée sur l’écran par un ou
plusieurs curseur.
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 paramètres, comme de contraste, la persistance de l'image, ou 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 coeur 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 coeur alors qu'un faible contraste permet de bien imager les
organes abdominaux.
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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 tempsgain-
compensation ou TGC.
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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 pas 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
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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.
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 …).
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
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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
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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
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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 la sonde 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.
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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 postulat 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.
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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.