Échographie médicale
Qu'est-ce que l'échographie
L'échographie n'est pas très différente des ondes sonores que nous connaissons, sauf que nous ne pouvons pas entendre son "son". Lorsque la fréquence des ondes sonores atteint plus de 20 kHz, ce qui est au-delà de la plage que les gens normaux peuvent percevoir, ce type d'ondes sonores est appelé ultrason. De même, si la fréquence d'une onde sonore est inférieure à la plage que les humains peuvent entendre, il s'agit d'une onde infrasonore. Ainsi, dans d'autres propriétés physiques, les ondes ultrasonores sont fondamentalement les mêmes que les ondes sonores. L'onde ultrasonore/sonore est un type d'onde mécanique, d'onde longitudinale et d'onde de pression. Il se propage par la vibration des particules, et la vibration des particules continuera à générer des zones de pression relativement élevée et basse (comme indiqué dans la figure ci-dessous), et sa direction de vibration est cohérente avec la direction de propagation, donc la propagation des ondes ultrasonores nécessite un médium. Sous différents supports, la vitesse des ondes ultrasonores est différente. Par exemple, la vitesse dans l'air est d'environ 340 mètres par seconde, dans le corps humain, elle est d'environ 1540 mètres par seconde et la vitesse dans le vide est de 0. L'échographie a un large éventail d'applications, notamment dans le domaine médical. En tant que méthode non radioactive, l'échographie peut aider les médecins à établir un meilleur diagnostic des patients. Il sera développé en détail plus tard.
Comment générer des ultrasons
La génération d'ondes ultrasonores et la génération d'ondes sonores reposent sur le même principe. Pour les ondes sonores, nous utilisons généralement le téléphone comme exemple. Lorsque vous parlez, le son (énergie mécanique) est converti en signaux électriques (énergie électrique) qui voyagent à l'autre extrémité, puis lors de l'écoute, les signaux électriques sont reconvertis en son. C'est exactement le même que le processus de génération et de réception des ondes ultrasonores, et leur principe est l'effet piézoélectrique. L'effet piézoélectrique est que certains matériaux, comme le quartz, vont générer une certaine tension à sa surface lorsqu'il est soumis à une pression mécanique ; et si nous appliquons une tension à sa surface, elle générera un certain degré de déformation mécanique. Ensuite, grâce à un contrôle précis du signal électrique, nous pouvons générer et recevoir des ondes ultrasonores. À l'heure actuelle, le PZT est le matériau le plus couramment utilisé dans les instruments à ultrasons. Dans le fonctionnement normal de l'instrument, les ondes ultrasonores apparaissent généralement sous la forme d'impulsions plutôt que d'ondes continues, donc en général, le PZT reçoit le signal d'impulsion électrique, génère une onde ultrasonore, puis commence à surveiller, et la réception renvoie un après un autre. Les signaux ultrasonores sont convertis en signaux électriques correspondants pour un traitement ultérieur des données, et le cycle est répété jusqu'à ce que le balayage soit terminé.
Propagation des ultrasons dans le corps humain
Comme mentionné précédemment, la vitesse des ondes ultrasonores dans le corps humain est d'environ 1540 mètres par seconde, ce qui est en fait une valeur moyenne et est également la vitesse d'étalonnage utilisée par les instruments à ultrasons dans la plupart des cas. Comme cela sera mentionné plus tard, l'imagerie par ultrasons repose sur l'estimation de la vitesse des ultrasons, et sa précision aura un impact direct sur la qualité de l'image. Ensuite, pour différents organes et tissus, la vitesse de transmission est différente. Par exemple, c'est environ 1510 mètres par seconde dans le cerveau, environ 1560 mètres par seconde dans le foie et les reins, 1570 mètres par seconde dans les muscles, etc. Ce ne sont pas très différents de la moyenne. Cependant, la vitesse des ultrasons dans la graisse n'est que d'environ 1440 mètres par seconde. Cette différence de vitesse fait que la qualité de l'image ultrasonore diminue considérablement pour les patients obèses, donc dans ce cas, l'instrument recalibrera ou ajustera dynamiquement la vitesse.
Étant donné que les ultrasons sont une sorte d'onde, ils produiront également des phénomènes physiques liés aux ondes avec divers tissus et organes lors de la propagation du corps humain. Ces phénomènes sont à la base de l'imagerie par ultrasons. Principalement transmission, réflexion, diffusion et réfraction. Lorsque le PZT émet des ondes ultrasonores et rencontre des organes/tissus humains, une partie des ondes peut pénétrer et continuer à se propager profondément dans le corps humain le long de la direction d'origine, qui est la transmission et l'énergie des ondes sera partiellement absorbée dans le processus ; la partie restante des ondes Revenant en sens inverse et étant reçue par le PZT, cette partie est l'onde réfléchie, et le signal de ces ondes réfléchies est la principale matière première pour l'imagerie ; l'énergie des ondes diffusées est généralement très faible et les ondes réfractées interfèrent avec l'imagerie. Fondamentalement, la capacité de transmission des ultrasons et la capacité des organes/tissus à absorber les ultrasons déterminent la profondeur à laquelle les ultrasons peuvent "voir". Parce que plus la fréquence est basse, plus la pénétration des ultrasons est forte, donc lorsque les médecins ont besoin de voir plus profondément, ils utilisent souvent un détecteur à basse fréquence (transducteur), mais la basse fréquence entraîne généralement une dégradation de la qualité de l'image. C'est un compromis qui doit être fait et sera discuté en détail plus tard lorsque nous parlerons des détecteurs.
Introduction à l'échographie médicale
Avec l'approfondissement de la recherche et des besoins médicaux, les images échographiques sont passées de la seule 1D à la 3D/4D. Les instruments à ultrasons peuvent désormais prendre en charge une variété de modes d'imagerie pour répondre aux besoins des différents patients et médecins. Ce qui suit présente plusieurs modes d'imagerie grand public.
A-mode : C'est le soi-disant 1D, qui est le mode le plus simple. Le détecteur émet une onde d'ondes ultrasonores dans une certaine direction, et l'instrument présente l'équation entre le signal réfléchi et la profondeur, et l'image est similaire au signal que nous voyons habituellement sur un oscilloscope. Le mode A était le mode principal des premiers instruments à ultrasons et est moins utilisé maintenant, mais il peut également être utilisé pour guider des ondes à haute énergie pour traiter les tumeurs pendant la chirurgie.
Mode B : B est la luminosité ici. Dans ce mode, le détecteur balaye une zone et génère une image 2D en niveaux de gris. C'est l'un des modes les plus couramment utilisés. Plus la couleur est claire (blanc), plus le signal réfléchi est fort, généralement la surface de l'organe/tissu, et plus la couleur est foncée (noir), plus le signal réfléchi est faible.
Mode M : M est le mouvement ici. En mode mouvement, l'instrument effectue une numérisation et une imagerie rapides en mode B, de sorte que le médecin peut voir le mouvement de l'organe, ce qui est particulièrement important pour le diagnostic lié au cœur.
Mode Doppler : mode Doppler, du nom de l'utilisation du phénomène Doppler pour mesurer la vitesse d'objets en mouvement. En mode Doppler, les médecins peuvent surveiller le flux et la direction du sang pour identifier d'éventuelles lésions dans les vaisseaux sanguins.
Doppler couleur : ce mode peut être simplement compris comme mode B/mode M plus Doppler, c'est-à-dire que, sur la base d'images en niveaux de gris 2D, le mode doppler et l'étalonnage des couleurs sont utilisés pour afficher la position, le flux sanguin, le débit et direction des vaisseaux sanguins.
3D/4D : Le mode 3D est une image 3D qui peut présenter des organes/tissus. Quant à la 4D, il s'agit d'une image 3D en temps réel. Alors que de nombreux instruments à ultrasons avancés déploient les modes 3D et 4D, ils ne sont généralement pas beaucoup utilisés.
