Pr Alexandre OUATTARA Service d’Anesthésie Réanimation II, Hôpital du Haut-Lévêque,

Pôle d’Anesthésie-Réanimation, Groupe Hospitalier Sud, CHU de Bordeaux

Adaptation Cardiovasculaire à l’ischémie (Unité INSERM 1034)

alexandre.ouattara@chu-bordeaux.fr

Principes de fonctionnement des techniques Principes de fonctionnement des techniques

ultrasoniquesultrasoniques

1

Enseignement thEnseignement thééorique orique

DU Echocardiogrpahie

Journée initiation US

SpSpéécificitcificitéés s ppéériopriopéératoiresratoires

� Précordium rapidement inaccessible

� Patient

– Obésité

– Emphysémateux (Z de l’air ≈0)

– Ventilation mécanique (haut niveau de Peep +++)

– Mobilité réduite (KTC, drains, câbles de monitorage,…)

– Incisions chirurgicales et pansements

� Encombrement échographe

Cook CH et al. J trauma 2002;52:280-4

RRèègles de bonne rgles de bonne rééalisation alisation

� ECG (cycle cardiaque)

� Identification du patient

� Examen « systématisé »

� Enregistrement fiable (archivage)

� Compte rendu (idéalement informatisé)

EchocardioscopeStéthoscope ultrasonique

Peu encombrant

Rapidement fonctionnel

(s’allume et s’éteint vite)

Résistant

Mode 2D pas de TM

Fréquence Sonde (1,7-3,8 MHz)

Doppler couleur

Mesures possibles

Pas de doppler pulsé, continu ….

Principes physiques des US Principes physiques des US

� Connaissance théorique

� Appréhender options de réglage disponibles sur

les échographes

� Acquisition optimale images

Imagerie ultrasonore

� Pr Spallanzani, Professeur de sciences naturelles (chauves-souris)

� Ondes ultrasonores = ondes sonores dont f entre 20 KHz et plusieurs MHz

� Principe de piézo-électricité (Pierre et Marie CURIE 1880)

� Stimulation mécanique d’un quartz

� Phénomène de polarisation (déplacement de charges électriques)

� Utilisation de quartz piézo-électrique pour générer des ultrasons (utilisation

sous-marins militaires)

� Première utilisation médicale 19421942 par Dussik (déviations structures médianes

intra-craniennes)

Onde ultrasonore

� Succession de perturbations d’un milieu matériel

élastique

� Modification de la pression dans le milieu, des

déplacements et des vitesses des particules du

milieu

� Propagation de l’onde de proche en proche sans sans

transport de matitransport de matièère re

� Particules du milieu animées d’un mouvement

sinusoïdal dans l’axe de déplacement des

ultrasons

� Ultra-sons se propagent très mal dans l’AIR car

nécessité d’une structure anatomique à

«perturber» (molécules excitables)

� Support matériel pour leur propagation

(successions de variation de pression)

Caractéristiques de l’onde ultrasonore

Domaine temporel

� Fréquence (f)

� Nombre de fois que le phénomène

périodique se reproduit

� Hertz (1 Hz= 1 cycle/s)

� Ultrasons entre 20 kHz et 3 GHz

Domaine spatial

� Longueur d’onde (λ)

� Distance séparant deux points de l’onde

à pression identique

– 4 catégories de sons :

• Infrasons : 0 - 20 Hz

• Sons audibles : 20 Hz - 20 kHz

•• Ultrasons :Ultrasons : 20 kHz 20 kHz -- 1 GHz1 GHz

• Hyper-sons : > 1 GHz

– En échographie, la gamme de fréquence

d’émission utilisée entre 1 MHz 1 MHz àà 10 MHz 10 MHz

(parfois plus)

C= λ X fC est une constante pour un milieu C est une constante pour un milieu

donndonnéé et det déépend du milieu explorpend du milieu exploréé . .

Donc plus la frDonc plus la frééquence est grande, plus quence est grande, plus

la longueur dla longueur d’’onde est petite. onde est petite.

Meilleure est la rMeilleure est la réésolution axiale.solution axiale.

Vitesse de propagation de l’onde ultrasonore

= célérité (c) mm/s

Pénétration du milieu par ultrasons

� Impédance acoustique Z (kg/m2/s)

� Constante pour le milieu considéré +++

� Aptitude du milieu à la pénétration des ultrasons et donc sa vitesse

de propagation

� Relation proportionnelle entre l’impédance acoustique et la vitesse

de propagation des ultrasons

� Relation inversement proportionnelle avec la masse volumique

C = Z /ρρρρ(ρ =masse volumique)

ImpImpéédance du milieu et cdance du milieu et cééllééritritéé des des ultrasons dans diffultrasons dans difféérents milieuxrents milieux

Relation inversement proportionnelle entre masse

volumique et impédance

Plus la masse volumique est faible, plus l’impédance est

importante et plus la vélocité est grande.

Coefficient d’absorption

Le degrLe degréé dd’’absorption dabsorption d’’éénergie par le tissu dnergie par le tissu déépend du pend du coefficient coefficient

dd’’absorption absorption αααααααα. Il est proportionnel . Il est proportionnel àà la frla frééquence dquence d’’éémission. mission. Plus la Plus la

frfrééquence est quence est éélevlevéée plus le plus l ’’ absorption des Ultraabsorption des Ultra--Sons sera Sons sera

importante (choix de la sonde).importante (choix de la sonde).

Forme du faisceau ultrasonore

� Zone de Fresnel (partie utile du faisceau ultrasonore)

Ln = d2/4λ (Ln = longueur de la zone de Fresnel)

Augmente avec diamètre et diminue avec la longueur d’onde

� Zone de Fraunhofer (zone de divergence de l’onde)

� Qualité image optimale = zone de transition (Zone de focalisation)

A= Zone de FresnelA= Zone de Fresnel

B=Zone de FraunhoferB=Zone de Fraunhofer

Focalisation mécanique

� Nécessité de la focalisation provient de la morphologie divergente de l’onde

ultrasonore (zone de Fraunhofer)

� Concentration onde ultrasonore dans zone déterminée par l’examinateur

� Amélioration de la résolution latérale

� Réduction de la cadence de renouvellement des images

Production d’US

� Générateur de courant

� Impulsions électriques de haute fréquence

(durée d’impulsions faible 1 1 àà 2ms2ms)

� Surface d’une céramique piézo-électrique

(déformation)

� Polarisation (effet piézo-électrique)

� Emission d’ondes ultrasonores

�� Puissance Puissance àà ll’’éémission (en dB)mission (en dB)

� Réception le reste du temps (998 ms998 ms)

Fréquence des sondes

� 2 à 10 Mhz

� Si haute fréquence, bonne résolution axiale mais mauvaise

pénétration (absorption élevée)

� Choix conditionnconditionnéé par profondeur des structures par profondeur des structures à explorer

� Sondes large bande

- 2-5 MHz ou 3-6 MHz ou 4-8 MHz

� Changement de fréquence sur la console d’échographie

ou

2-5 MHz

Formation des images échographiques

� Traduction de la présence d’interface acoustique

� Frontière entre deux milieux dd’’impimpéédance acoustiques diffdance acoustiques difféérentes rentes

(=aptitudes à la pénétration différentes Z1 et Z2)

� Interfaces macroscopique (plèvre-poumon, membrane paroi

anatomique…)

� Interfaces tissulaires (myocarde-endocarde)

Phénomène de réflexion

Si l’interface (delta de Z) est trop forte (hyperréflexion) comme pour l’air ou os cela se

traduit par une absence de visualisation de la structure (gel sur sonde).

QualitQualitéé dd’’images images

• Résolution axiale

– Aptitude à différencier deux points sur axe de propagation de l’onde

– Plus la longueur d’onde diminue, meilleure est la résolution axiale

– Résolution axiale meilleure pour haute fréquence mais peu profonde

(pénétration moindre car coefficient d’absorption)

• Résolution latérale

– Dépend de la focalisation et de la profondeur

Modes échographiques

Phénomène Doppler

� Décrit par Christian doppler en 1842

� Basé sur la variation de fréquence d’une onde après sa

réflexion sur une structure animée d’un mouvement

� Loi mathématique qui relie cette variation de fréquence à la

vitesse de l’élément en mouvement

� Accéder à la vélocité érythrocytaires ou structures

tissulaires (doppler tissulaire)

Doppler pulsé

� Emission de courte durée

� Analyse d’un échantillon

Représentation schématique de l’instrumentation Doppler continu

Doppler couleur

� Détection multisite doppler

� Création d’une cartographie bidimensionnelle des vélocités

EQUATION DE CONTINUITE

� Dérive de la loi de conservation de la masse

� En deux points distincts (A et B)

SA X VA = SB X VB

SA = (SB X VB)/VA

Application à l’orifice aortique

SA X VA = SAo X VAo

SAo = (SA X VA)/VAo (Vmax)

AoA

EQUATION DE BERNOULLI

� Dérivée de loi de conservation d’énergie

� Liaison entre gradient de pression entre deux cavités et gradient

de vitesses entre ces deux points

Δ Pression = 4 V2

Applications

�Mesure PAPs sur IT

�Mesure de la dP/dt maximal sur IM

Jet de régurgitation (IM ou IA)

� Zone de convergence (vitesse de plus en plus importante

pour maximale à l’orifice) ave ligne d’iso-vitesse

� Vena contracta (zone flux laminaire à haute vélocité.

Dimension proche de l’orifice)

Echocardiographie Echocardiographie transthoraciquetransthoracique

Echocardiographie Echocardiographie transoesophagiennetransoesophagienne (ETO)(ETO)

Major Complications Related to the Use of TEE in Cardiac Surgery

Piercy M et al. J Cardiothorac Vasc Anesth 2008

Etude observationnelle sur 2 ans: Etude de l’incidence lésions œsophagiennes

ou gastriques

1 pour 1000 patients 1 pour 1000 patients

Practice guidelines for perioperative transesophageal echocardiography

A report by the american society of anesthesiologists (ASA) and the society of

cardiovascular anesthesiologists (SCA) task force on transesophageal

echocardiography

Anesthesiology 1996; 84: 986-1006

Hahn RT et al. J Am Soc Echocardiograph 2013;26:921-64

Oesophage moyen (35 cm/12 coupes )

OM 4 chambres ME bicommisurale

OM 2 chambres OM grand axe

Transgastrique (40 cm/6 coupes)

TG basale petit axe

TG profonde

TG 2 chambres TG médian petit axe

TG grand axe TG VD « inflow »

Conclusion

� Propagation d’une perturbation du milieu de proche en proche

sans transport de matière

� Conditionnée par des propriétés physiques (f, λ, c, Z…)

� Optimisation de réglages

� Acquisition d’images optimale