Echographie 3D techniques et applications

L’IMAGERIE ULTRASONORE est aujourd’hui couramment utilisée en médecine.Les examens échographiques comportent cependant certaines limites, car l’ex- ploration est réalisée par des plans de coupes alors que les structures étudiées ont trois dimensions. L’échographie 3D tente de pallier cet inconvénient et suscite un intérêt pel succinct des techniques échographiques classiques, nous détaillons les diverses mé- thodes d’acquisition de données 3D et passons en revue les nombreuses applications médicales expérimentées en vue d’évaluer l’apport de l’échographie 3D dans le do- maine médical.Le principe de l’échographie médicale découle directement du sonar. Une onde ul- trasonore est émise et subit différentes interactions en traversant le milieu de propaga- tion : réflexion, diffusion et atténuation. Connaissant les lois physiques d’interactions, l’analyse de l’onde réfléchie permet alors de remonter aux propriétés des milieux tra- versés.Cette section présente les lois physiques de base utilisées en échographie ainsi que les techniques d’exploitation des signaux qui permettent d’obtenir les images de plan de coupe. L’étude approfondie des phénomènes physiques mis en jeu, ainsi que du fonctionnement des échographes actuels sort du cadre de document. Nous nous conten- tons de présenter ici les éléments indispensables pour comprendre les possibilités et les limites de l’échographie 3D.

D’un point de vue physique, l’onde ultrasonore est une onde longitudinale qui cor- respond à des variations locales de la pression. La propagation en milieu homogène est alors bien connue et les lois sont similaires à celles des ondes optiques. Mais l’objectifest d’étudier le corps humain, qui est pour le moins peu homogène. D’autres phéno- mènes plus complexes interviennent alors, en particulier la réflexion, la diffusion et l’atténuation. Le déplacement de l’onde acoustique engendre un phénomène d’absorption qui transforme une partie de l’énergie en chaleur. Globalement, l’énergie de l’onde décroît de manière exponentielle suivant la distance d parcourue, le coefficient de décroissance dépendant du milieu mais également de la fréquence de l’onde.aux caractéris-tiques différentes, une partie de l’onde est réfléchie. Le pourcentage d’énergie réflé- chie est fonction de l’angle entre l’onde incidente et l’interface mais aussi de la dispa- rité entre les deux milieux. On la mesure par l’impédance acoustique Z d’un milieu :

La loi de réflexion est valable lorsque l’interface entre milieux homogènes est de taille suffisamment importante devant la longueur de l’onde ultrasonore ( = = fo f est la fréquence). Mais toutes les inhomogénéités de taille inférieure ou comparable à (petits vaisseaux, fibres, etc.) se comportent comme des sources ponctuelles qui réfléchissent une partie de l’onde dans toutes les directions de l’espace. A partir des lois d’interactions entre l’onde et le milieu traversé, il est possible de prédire les modifications que subit l’onde lorsque le milieu est connu. Inversement, si l’on connaît les changements qu’a subis l’onde, il est possible d’en déduire les proprié- tés du milieu. Les échographes classiques envoient une brève impulsion ultrasonore et analysent les signaux réfléchis. Chaque impulsion permet d’obtenir les informations suivant la direction de propagation et l’image finale est obtenue en combinant une série de lignes. L’étude de la constitution de l’image échographique à partir d’analyses uni- dimensionnelles apporte également un éclairage intéressant sur le problème du passage de l’image 2D aux données tridimensionnelles.

Principes de l’échographe

A partir des lois d’interactions entre l’onde et le milieu traversé, il est possible de prédire les modifications que subit l’onde lorsque le milieu est connu. Inversement, si l’on connaît les changements qu’a subis l’onde, il est possible d’en déduire les proprié- tés du milieu. Les échographes classiques envoient une brève impulsion ultrasonore et analysent les signaux réfléchis. Chaque impulsion permet d’obtenir les informations suivant la direction de propagation et l’image finale est obtenue en combinant une série de lignes. L’étude de la constitution de l’image échographique à partir d’analyses uni- dimensionnelles apporte également un éclairage intéressant sur le problème du passage de l’image 2D aux données tridimensionnelles.Il faut à la fois maîtriser les paramètres de l’impulsion envoyée (forme, fréquence, amplitude, etc.) et pouvoir analyser les signaux réfléchis. Le signal acoustique n’est pas aisé à manipuler, on lui préfère donc un signal électrique. La conversion entre le signal électrique et le signal acoustique est réalisée par un transducteur. Il s’agit d’un élément piézo-électrique qui se déforme sous l’action d’un signal électrique créant ainsi l’onde acoustique. Inversement, lorsque les signaux réfléchis reviennent sur le transducteur, ils le déforment, engendrant ainsi un signal électrique proportionnel à la déformation. Un même transducteur est donc utilisé pour l’émission et la réception des signaux.