Soutenance mémoire
Depuis une vingtaine d’année, l’électronique a connu une évolution extraordinaire. Et elle a changé la vie de l’être humain : domaine des transports, domaines de la communication, médecine, etc. Et depuis, l’homme ne cesse d’explorer le corps humain en vue de soigner, de diagnostiquer ou de prévoir des maladies. Un des techniques lui permettant cette exploration est l’échographie. En fait l’échographie permet l’étude de multiples organes de l’abdomen, du petit bassin, du cou (thyroïde, ganglions, foie, rate, pancréas, reins, vessie, organes génitaux) mais aussi les vaisseaux (artères et veines), les ligaments et le coeur. Elle recherche aussi des anomalies qui pourraient les atteindre (tumeurs, infections, malformations) et peut parfois guider un prélèvement en profondeur. Ceci a été possible, grâce au progrès de l’électronique sur les capteurs, émetteurs et le traitement du signal. Mais comme toutes méthodes, l’échographie connaît des limites : elle ne permet ni voir le sens de la circulation sanguine ni connaître le couleur de l’organe à échographier ni entendre la circulation sanguine. Cette restriction de l’échographie a suscité les chercheurs à la coupler à l’effet Doppler qui est un phénomène lié à un changement apparent de la fréquence d’une onde, causé par le mouvement relatif d’une source et d’un observateur http://ondessonorestpe.free.fr/doppler_anim.htmld’où le nom d’échographie Doppler.
L’échographie Doppler associe de ce fait une échographie et un doppler. L’échographie permet de voir un rétrécissement ou un élargissement d’une artère ou d’une veine et le doppler, sonore, permet de repérer à l’oreille des troubles de la circulation sanguine. On a plusieurs types d’échographie Doppler : Le Doppler continu, le Doppler pulsé et le Doppler couleur. Le Doppler continu renseigne sur l’analyse spectrale du vaisseau à analyser, le Doppler pulsé associe à cela la profondeur de la veine ou de l’artère tandis que le Doppler couleur permet de bien distinguer les différentes couleurs de la zone à explorer.
L’ECHOGRAPHIE
Introduction à l’échographie
L’échographie est une technique d’imagerie employant des ultrasons [1]. Elle est utilisée de manière courante en médecine mais peut être employée dans les domaines de la recherche, de l’exploration vétérinaire, et de l’industrie.
Le matériel utilisé pour faire une échographie est un échographe. Il est constitué :
• d’une sonde permettant l’émission et la réception d’ultrason.
• d’un système informatique transformant le délai entre la réception et l’émission de l’ultrason en image.
• de gel pour échographie
• d’une console de commande, permettant l’introduction des données du patient et les différents réglages ;
• d’un système de visualisation : moniteur ;
• d’un système d’enregistrement des données, soit de manière analogique (cassette vidéo, impression papier), soit de manière numérique .
Les ultrasons en échographie
Une onde ultrasonore est une onde de pression qui se déplace dans un milieu élastique. Il s’agit ici d’une propagation d’une énergie mécanique dans un milieu matériel. C’est une vibration longitudinale comparable à la compression extension d’un ressort soumis à un mouvement de va-et-vient sinusoïdal. En échographie, on travaille de façon discontinue en émettant des impulsions successives et brèves. La fréquence ultrasonore est caractérisée par la sonde utilisée. Sous l’effet d’une l’impulsion électrique la céramique utilisée vibre à sa fréquence propre. C’est l’effet piézo-électrique. La fréquence de résonance F de la céramique est directement liée à l’épaisseur de celleci. Plus l’épaisseur est faible plus la fréquence est grande et inversement. Par exemple pour la céramique P7- 62, Navy Type 1, Quartz et Silice-Nemours-France on a les caractéristiques suivantes :
Diamètre : 37,25 mm ; épaisseur e=4,9 mm ;
Fréquence propre de vibration F=420 kHz ; densité ρ=7550 kg/m3;
Impédance acoustique ZT=30,95 MrayI ;
Les relations avec la célérité du son sont :
e = c / (2.F) et c = ZT / ρ
ρ = masse volumique du matériau piézoélectrique
ZT = Impédance acoustique de ce matériau
c = vitesse du son dans ce matériau (m/s) .
D’autre part, rappelons que l’intensité sonore diminue de façon exponentielle avec le carré de la fréquence.
Les faisceaux ultrasonores
Un faisceau ultrasonore est un ensemble de rayons ultrasonore émanant de la même source et se propage dans la même direction , c’est une céramique piézo-électrique qui est la source de ces rayons. Dans tous ce qui suit, nous allons voir la genèse et les applications de ce faisceau dans le domaine de l’échographie.
Caractéristiques de l’effet piézo-électrique
Rappelons que l’effet piézo-électrique est caractérisé par :
• L’apparition de charges électriques sur les faces d’un matériau lorsque cellesci sont soumises à une contrainte mécanique.
• La modification de son épaisseur lorsque ses faces sont soumises à une différence de potentiel.
Autrement dit, lorsque l’on applique à un élément piézo-électrique d’épaisseur E, un signal électrique de fréquence F, celui-ci voit son épaisseur varier (E ± De) au rythme de la fréquence F. Cette variation d’épaisseur est maximale lorsque F est égal à la fréquence de résonance du matériau.
Génération du faisceau ultrasonique
La céramique piézo-électrique est soumise à des impulsions électriques. De ce fait, il vibre et génère des ultrasons. Le faisceau créé par des éléments piézo-électriques, non focalisé, de dimension d (ouverture), est constitué d’une zone de champ proche (zone de Fresnel) et d’une zone de champ lointain (zone de Fraunhofer) .
Diagramme de rayonnement des ultrasons
L’intensité du faisceau ultrasonore n’est pas homogène dans le volume d’émission. Chaque élément piézo-électrique est dès lors caractérisé par son diagramme de rayonnement caractérisant sa directivité dans l’espace [6]. Les systèmes piézo électriques étant réciproques, ce diagramme de directivité est identique en émission et en réception.
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre 1 : L’échographie
1.1 Introduction
a) Définition
i) L’échographie
ii) L’onde
iii) Son et ultrason
iv) La sonde
– La qualification de l’élément de la sonde
– Principe de l’émission
– Principe de réception
v) Le gel
b) Principe général de l’échographie
1.2 Les ultrasons en échographie
1.3 La profondeur d’exploration maximale
1.4 Propagation et réflexion d’un ultrason dans les tissus
– Précaution pour faire une écho
1.5 Les faisceaux ultrasonores
a) Introduction
b) Caractéristiques de l’effet piézo-électrique
i) Génération du faisceau ultrasonique
ii) Diagramme de rayonnement des ultrasons
c) Focalisation du faisceau
i) Focalisation mécanique
ii) Focalisation électronique
1.6 Constitution de l’image
a) Les sondes ultrasonores
i) Le balayage mécanique sectoriel
ii) Le balayage électronique 2D
b) Le balayage électronique linéaire
c) Le balayage électronique sectoriel
1.7 Les avantages et inconvénients de l’échographie Doppler
a) Avantages
b) Inconvénients
Chapitre 2 : Effet Doppler
2.1 Introduction
2.2 Rappels sur les propriétés physiques des ondes acoustiques
a) Définition
b) Vitesse de propagation des ondes sonores des divers milieux
c) Détermination de la longueur d’onde d’une onde périodique
d) Calcul de retard d’une onde
e) Les ondes acoustiques progressives
i) Onde progressive périodique
ii) Mesure de la période temporelle d’une onde progressive périodique
f) Propagation d’une onde acoustique
i) La réflexion des ondes acoustiques
ii) La Diffusion
iii) L’absorption
g) Onde ultrasonore
2.3 Effet Doppler
a) Explication Physique
b) Formulation mathématique
c) Calcul relativiste
d) Application
2.4 Mesure de vitesse par Effet Doppler
a) Introduction
b) Principe de fonctionnement
i) Cas ou la source est en mouvement
ii) Cas ou l’observateur est en mouvement
iii) Exemple d’application
Chapitre 3 : L’échographie Doppler
3.1 Généralités
3.2 Principe de l’échographie Doppler
3.3 Différents types d’échographie Doppler
a) Le Doppler continu
i) Principe
ii) Utilisation
iii) Traitement du signal appliquée à l’écho Doppler
b) Le Doppler pulsé
i) Caractéristiques du Doppler pulsé
ii) Allure temporelle des impulsions ultrasonores pour le Doppler
c) Le Doppler à codage couleur
i) Caractéristiques
ii) La fonction de corrélation
d) L’imagerie vasculaire : « Doppler puissance »
i) Introduction
ii) La fonction de corrélation
iii) Paramètres influençant le signal en Doppler puissance
iv) Applications potentielles
v) Développement actuel et futur
vi) Limite et solution
vii) Conclusion
3.4 Intérêt de l’échographie Doppler
a) Le Doppler Continu
i) Appareillage
ii) Le tracé normal
b) Le Doppler pulsé ou le Doppler couleur
i) Rappels des règles générales de l’hémodynamique. Aspect pathologique des courbes vélocimétriques et du sonogramme
ii) Constatation
c) Avantages de l’écho Doppler continu et pulsé
d) Inconvénients de l’écho Doppler pulsé et couleur
e) Application de l’écho Doppler
f) Limite
g) Traitement du signal
Chapitre 4 : Simulation
4.1 Echographie
4.2 Effet Doppler
4.3 Echographie Doppler
CONCLUSION
ANNEXES
REFERENCES
