principes physiques des ultrasons - …€¦ · sommaire généralités mécanique des ondes...
Post on 03-Sep-2018
218 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Sommaire
Généralités
Mécanique des ondes
Faisceau ultrasonore
Effet piezoélectrique
Doppler
Modes échographiques
Généralités
• ONDE ACOUSTIQUE = vibration mécanique
dans un milieu physique (comme l’air ou l’eau)
• Sons Infrasons
Sons audibles
Ultrasons
• Ultrasons > 20000 cycles par seconde
Généralités
• HISTORIQUE
1942 DUSSIK => images du cerveau
1950 BALLANTINE => atténuation US
1950 FRENCH => mode A
1952 WILD => mode B
1965 mode TM en échocardiographie
1966 mode 2D
Généralités
• APPLICATIONS
-- 20 KHz
-- 30 KHz-- 100 KHz-- 1 MHz-- 2 MHz-- 3 MHz-- 10 MHz-- 30 MHz
-- 500 MHz
-- 3 GHz
Lithotritie transcutanée
Scalpel
Micro nettoyage
Physiothérapie
Imagerie
Microscope acoustique
Bases Physiques : mécanique des ondes
• Description ondulatoire
– Longueur d’onde l (mm, nm)
– Fréquence m (Hz) = nb oscillations/sec
m = c / l
distance
p
l
Bases Physiques : mécanique des ondes
• Description ondulatoire
– Amplitude Y(t) = A sin (t)
– Intensité acoustique
temps
i
A
Bases Physiques : mécanique des ondes
Intensité acoustique
– Pression Acoustique (Pascal)
= pression exercée sur une surface 1 m2
rapport seuil audible et douleur = 1/10000000
– le Bel ou Décibel
= 10 log base 10 d’un rapport de deux grandeurs
de niv. sonore par rapport à une référence
Intensité x 10 tous les 20 dB, Puissance x 100
dB = 10 Log10(W/W0)
Pa Bar dB SL Puissance (W) Correspondance2000 000 20 220 10 000 000 000
200 000 2 200 100 000 000
101 300 1.013 194 25 118 864 Pression atmosphérique.20 000 0.200 180 1000 000 Fusée.2000 0.020 160 10 000
200 0.002 140 100 Avion à réaction.20 0.000 200 120 1 Watt Seuil de douleur.2 0.000 020 100 0.01 Discothèque.
0.2 0.000 002 80 0.000 100 Grand orchestre.0.02 0.000 000 200 60 0.000 001 Rue, lieu public.0.002 0.000 000 020 40 0.000 000 010 Conversation normale.
0.000 200 0.000 000 002 20 0.000 000 000 100 Chuchotement.0.000 020 0.000 000 000 200 0 dB 0.000 000 000 001 Unité d’échelle de normalisation.0.000 002 0.000 000 000 020 -20 0.000 000 000 000 010
Bases Physiques : mécanique des ondes
Bases Physiques : mécanique des ondes
• Intensité acoustique
les Décibels en échocardiographie
+ Puissance à l’émission
+ Gains
+ Gamme dynamique
Bases Physiques : mécanique des ondes
• Propagation des US
Etat vibratoire en un point fonction de :
+ l’élongation
+ la vitesse vibratoire
+ la pression ultrasonore P
+ la masse spécifique
+ la température absolue
Bases Physiques : mécanique des ondes
• Propagation des US
– Célérité de l’onde
c = 1/sqr(r.m)
r : masse spécifique au repos
m : coefficient de compressibilité
unité : m/s
Exemples : tissu graisseux : 1450 m/seau 37° : 1510 m/s 120° : 1480 m/stissu sanguin : 1550 m/smuscle : => 1650 m/s
Bases Physiques : mécanique des ondes
• Propagation des US
– Impédance acoustique caractéristique Z (dB)
Z = r.c
Z <=> mesure de la raideur ou de la résistance
Si Z élevée (ex : eau) => milieu ‘dur’, vitesses et élongations
faibles, célérité élevée
Si Z faible (ex : air) => milieu ‘mou’, vitesses et élongations
élevées, célérité basse
Bases Physiques : mécanique des ondes
r c Z
os 1.74 2.77 4,81
muscle 1.07 1.57 1,67
foie 1.04 1.55 1,61
eau 1.00 1.50 1,50
graisse 0.94 1.48 1,39
air 0.001 0.34 0,00034
Bases Physiques : mécanique des ondes
• Réflexion et Transmission des US
Onde incidente V1
Onde réfléchie V1’ + onde transmise V2
Coefficient de réflexion : r = ((Z2-Z1)/(Z2+Z1))2
pour r = 0, abs de réflexion
pour r => 1, réflexion max.
Z1 Z2
V1
V1’
V2
Bases Physiques : mécanique des ondes
Coefficient de réflexion
os muscle foie eau graisse air
Z 4,81 1,67 1,61 1,5 1,39 0,00034
os 4,81 0 0,235 0,248 0,275 0,304 1
0 0 0 0 0
muscle 1,67 0,235 0 3E-04 0,003 0,008 1
foie 1,61 0,248 3E-04 0 0,001 0,005 1
eau 1,5 0,275 0,003 0,001 0 0,001 1
graisse 1,39 0,304 0,008 0,005 0,001 0 1
air 0,00034 1 1 1 1 1 0
Bases Physiques : mécanique des ondes
q1 q2
q3
Vi = Vr
d’où q2 = q1
si Vt > Vi, q3 < q1
si Vt < Vi, q3 > q1
Bases Physiques : mécanique des ondes
• Absorption
Coefficient d’absorption : a
dI = - 2 a I dx ou I = I0 e - 2 a x
NB : a lié à la fréquence d’émission
dx
I I+dI
Bases Physiques : mécanique des ondes
• Diffraction
= réflexion ultrasonore de direction diffuse au contact
d’un élément dont le diamètre est inférieur ou égal à
la longueur d’onde de l’onde émise
Bases Physiques : piezoélectricité
• Définition : capacité naturelle d’un quartz à
entrer en vibration mécanique sous l’effet d’un
courant électrique qui lui est appliqué
Bases Physiques : piezoélectricité
• Propriétés
– réversible
– cristaux naturels : quartz, tourmaline, sel de
rochelle
– cristaux de synthèse : titanate de barium, sulfate de
lithium, zirconiate de Pb, métaniobate de Pb
– traitement : cuisson 1500°C, découpe en disques,
polarisation, refroidissement dans un champ
électrique pour aligner les molécules
Le cristal est taillé pour vibrer en mode
AXIAL ou TRANVERSAL
Il possède une fréquence DOMINANTE
et une bande de fréquence utile
Il peut émettre en mode PULSE ou CONTINU
Bases Physiques : piezoélectricité
• Propriétés
Bases Physiques : effet Doppler
• Définition : déplacement de fréquence observé
après réflexion d’une onde (ultrasonore) par un
objet en mouvement
DF = 2 F v cosq / c
F : fréquence d’émission
v : vitesse de l’objet
q : angle entre v et c
c : célérité
Bases Physiques : effet Doppler
temps
i
Aspectre ultrasonore émis
spectre ultrasonore
réceptionné
Fe
temps
i
A
Fr
v = (Fr-Fe) c / 2 Fe cosq
Bases Physiques : effet Doppler
• Application : extrapolation des vitesses de
déplacement des objets à partir d’émissions
ultrasonores
– quantification des flux vasculaires
– quantification des flux intracardiaques
– quantification des déplacements de parois
• Modes :
– Doppler Pulsé
– Doppler Continu
– Doppler Couleur
Modes échographiques
• Mode A (amplitude)
– émission/réception d’un
spectre ultrasonore
– compteur temporel
– mesure d’intensité par
déflexion
Information distance
Intensité réfléchie
Modes échographiques
• Mode B (brillance)
– émission/réception d’un spectre ultrasonore
– compteur temporel
– mesure d’intensité par niveau de gris
Information distance
Intensité réfléchie
Modes échographiques
• Mode Bidimensionnel
– balayage spatial par une ligne B
– balayage continu => image dynamique
top related