MD Imagerie Harmonique & Contraste DIUE 2012

L’Imagerie Non Linéaire
Les Produits de Contraste
Michel Dauzat
(avec de nombreux emprunts aux autres enseignants du Diplôme
Inter-Universitaire d’Échographie et Techniques Ultrasonores)
Service d’Exploration & Médecine Vasculaire - CHU de Nîmes
EA 2992 – UFR de Médecine de Montpellier – Site de Nîmes
Montpellier – Nîmes - Novembre 2012
Imagerie Non Linéaire
Ce comportement non linéaire a pour conséquence une distorsion
progressive de la forme de l’impulsion ultrasonore, qui, de sinusoïdale,
devient peu à peu en dents de scie. Son spectre s’enrichit alors en
fréquences multiples et sous-multiples de la fréquence fondamentale :
les « harmoniques »
Imagerie Non Linéaire
La plupart des tissus biologiques présente un comportement non linéaire vis-à-vis
des ultrasons: les pics positifs de pression de propagent à plus grande vitesse
que les pics négatifs.
En effet, sous l’effet de la pression acoustique, les tissus présentent des variations
locales transitoires de densité, donc de célérité des ultrasons. Ce phénomène est
à l’origine du comportement « non linéaire » des tissus.
Intensité
Acoustique
Imagerie Non Linéaire
Profondeur d’Exploration
La génération de fréquences harmoniques augmente avec l’épaisseur
de tissus traversés, mais les harmoniques supérieures sont plus
fortement atténuées que la fréquence fondamentale.
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Imagerie Non Linéaire
Du fait de cette distorsion progressive de la forme de l’impulsion
au cours de son trajet, son spectre de fréquence s’enrichit en
fréquences multiples et sous-multiples de la fréquence
fondamentale : les « harmoniques »
Imagerie Non Linéaire
L’élimination de la fréquence fondamentale f 0 par filtrage, permet de construire
une imagerie fondée sur la seconde harmonique 2f 0 (les autres harmoniques
se situent généralement au-delà de la bande passante de la sonde).
Imagerie Non Linéaire
Cette distorsion de l’impulsion acoustique entraîne l’apparition, dans le spectre,
des fréquences multiples et sous-multiples de la fréquence d’émission : les
« harmoniques ». C’est principalement la fréquence double de la fréquence
d’émission, ou 2 nde harmonique, qui est exploitée en échographie.
Imagerie Harmonique
En fréquence fondamentale, les lobes latéraux sont à
l’origine d’artefacts (inclusion dans la coupe d’échos de
structures situées dans les plans éloignés)
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Imagerie Harmonique
La production d’harmonique étant surtout le fait des puissances
acoustiques élevées, l’imagerie harmonique « privilégie »
l’axe du faisceau et améliore ainsi la résolution latérale
(« auto-focalisation »)
Imagerie Harmonique
Les bénéfices de l’Imagerie Harmonique :
• Amélioration de la résolution latérale
• Réduction de la gamme dynamique utile: renforcement du contraste
• Amélioration de la résolution spatiale axiale sans accroissement de
l’intensité acoustique émise
Imagerie Harmonique
Bénéfices de l’Imagerie Harmonique :
• Amélioration de la résolution latérale
• Réduction de la gamme dynamique utile : renforcement du contraste
• Amélioration de la résolution spatiale axiale sans accroissement de
l’intensité acoustique émise
Imagerie Harmonique
Les bénéfices de l’Imagerie Harmonique :
• Amélioration de la résolution latérale
• Réduction de la gamme dynamique utile: renforcement du contraste
• Amélioration de la résolution spatiale axiale sans accroissement de
l’intensité acoustique émise
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Intensité
Acoustique
Émission conventionnelle
(impulsion simple, unique)
Fréquence
Il y a chevauchement partie des brandes de fréquences
fondamentale et harmonique, dégradant l’image
Amplitude
Impulsion n°1
Fondamentale
Harmonique
Inversion de phase
Impulsion n°2
Somme 1 + 2
t
t
t
Amplitude
Echo n°2
Echo n°1
Somme 1 + 2
Technique d’inversion d’impulsion avec deux impulsions déphasées de
180°: La somme algébrique des échos est non nulle en cas de propriétés
non linéaires des tissus
t
t
t
Amplitude
Impulsion n°1
Inversion de phase
Impulsion n°2
Somme 1 + 2
t
t
t
Amplitude
Echo n°1
Echo n°2
Somme 1 + 2
Technique d’inversion d’impulsion avec deux impulsions déphasées de
180°: La somme algébrique des échos est quasi nulle en cas de propriétés
linéaires des tissus
Imagerie Harmonique avec
inversion de phase
Mode B conventionnel
(fréquence fondamentale)
Mode Harmonique en inversion de
phase
Inconvénients: réduction de la cadence d’imagerie,
donc sensibilité aux artefacts de mouvement
t
t
t
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Réception sur deux lignes
Double formateur de faisceau : 1 tir « large », réception simultanée
sur deux lignes bien « focalisées » : augmentation de la cadence
d’imagerie permettant de surmonter la « perte de temps »
consécutive à l’utilisation de la technique d’inversion de phase
Produits de Contraste
Micro-bulles (Lévovist)
Réflecteurs de taille inférieure à 8 µm, d’impédance
acoustique très différente du plasma, de durée de
vie courte ou moyenne, non toxiques :
- Air + cristaux + tensioactif
- Gaz entrant à ébullition
- Microsphères…
Les produits de contraste
• Principe
• Application
• Intérêt
• Limites
• Retombées
technologiques
Examen Doppler Trans-Crânien
après injection de Levovist
Produits de Contraste
1 µm
• Diamètre 2 à 15 µm
• Persistance : de quelques minutes à plusieurs heures
• Contenu : air ou gaz de haut poids moléculaire
• Enveloppe : albumine (!) – Lipide – Polymère (10 nm)
• Réflectivité 10 7 fois celle du sang
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Produits de Contraste Produits de Contraste
Produits de Contraste
SonoVue (Bracco)
- Gaz : Sulfur Hexafluoride (SF6) :
faible solubilité dans le sang
- Enveloppe : monocouche phospholipidique
- Bulles : Diamètre = 2,5 µm –
Nombre jusqu’à 500 x 10 6 / ml
- Contre-indication :
syndrome coronarien récent, ischémie myocardique instable,
insuffisance cardiaque aiguë III/IV, trouble du rythme sévère.
Durée de persistance des microbulles dans la circulation
T = ρ ρ ρ
ρ R 2 /2DC s
T : temps de dissolution d’une microbulle
P : densité du gaz
R : rayon initial de la microbulle
D : coefficient de diffusibilité du gaz dans le plasma (fonction
du volume molaire du gaz et de la viscosité du plasma)
C s : concentration du gaz dissous à saturation dans le
plasma
Produits de Contraste : SonoVue ®
• SF6 : Hexafluorure de souffre (peu soluble)
• Enveloppe : mono-couche phospho-lipidique
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Produits de Contraste : bulles
Le comportement des microbulles dans le faisceau ultrasonore
dépend de la puissance acoustique.
• Puissance faible: oscillations de volume
• Puissance moyenne: vibrations harmoniques (résonance)
• Puissance forte: éclatement
Ces phénomènes surviennent essentiellement avec les basses
fréquences d’émission
Réponse
Non Linéaire
Microbulles
Tissus mous
Imagerie Non Linéaire
Puissance
Acoustique
Le comportement non linéaire des micro-bulles des produits de
contraste apparaît pour une puissance acoustique moindre que dans
tissus biologiques et permet donc de les différencier à bas indice
mécanique.
Imagerie Harmonique et Produits de Contraste
Selon l’indice mécanique (MI), le produit de contraste se comporte comme un
simple renforçateur du signal, ou produit des harmoniques.
Imagerie Harmonique et Produits de
Contraste
Imagerie Harmonique – Détection de Métastases Hépatiques
après injection de Lévovist 400 mg / ml
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Visualisation des petits vaisseaux
Imagerie « historique » : vascularisation corticale rénale
(marmotte) en Doppler de puissance avec Levovist ®
(P Burns)
Produits de Contraste
Visualisation en Doppler couleur et
enregistrement en Doppler pulsé
en arrière d’une plaque calcifiée
grâce au produit de contraste
Echo-Doppler cervical
Produits de Contraste
Anévrisme de la carotide interne endocrânienne.
Le contraste permet la
visualisation du collet et la démonstration
du succès de l’embolisation
Examen Doppler Trans-Crânien
Effet sur le signal en Doppler pulsé
La présence des microbulles renforce le signal Doppler et
produit des distorsions et saturations
(pouvant fausser les mesures de vitesse circulatoire)
Albrecht et al. Radiology 1998
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Produits de Contraste Ultrasonore
Etude de la perfusion tissulaire
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Détermination du taux de vascularisation et de la réponse au
traitement
Effet sur le signal Doppler
Temps artériel Temps portal Temps tardif
La cinétique de perfusion révélée par le produit de contraste
peut contribuer à la caractérisation des tumeurs
Leen E. et al. Eur Radiol 2007
Produits de Contraste
La cinétique de « prise de contraste » renseigne sur
la Perfusion Tissulaire
From Dr Anna Karin Siosteen,
Stocholm, Sweden
Hémangiome Hépatique
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Hyperplasie Nodulaire Focale Hépatique
From Dr Anna Karin Siosteen,
Stocholm, Sweden
Produits de Contraste
Endoprothèse aortique – Pas de fuite.
Produits de Contraste
Examen Doppler Trans-Crânien
AVC Sylvien – Sténose de l’artère cérébrale moyenne
Produits de Contraste
Endoprothèse aortique – Fuite dans le sac anévrismal.
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Produits de Contraste
Sténose de l’artère cérébrale moyenne chez une
jeune femme (AVC sylvien régressif)
Imagerie Harmonique et Produits de Contraste
Imagerie « cumulative » avec contraste en Doppler transcrânien
Produits de Contraste
Sténose de l’artère cérébrale moyenne chez une
jeune femme (AVC sylvien régressif)
Produits de Contraste
Imagerie de reperfusion (myocarde)
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Produits de Contraste
Imagerie de reperfusion (myocarde)
Produits de Contraste Ultrasonore
L’émission d’impulsions ultrasonores de haut indice mécanique
permet de « casser » les microbulles et délivrer in situ le
principe actif qu’elles renferment
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Imagerie Harmonique et Produits de Contraste
Imagerie « destructive » par « Flashs » de fort index mécanique
Produits de Contraste
Anticorps monoclonaux – fixation spécifique – libération par US à haut MI
Imagerie Thérapeutique ?
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Contenu :
Imagerie Thérapeutique
- Médicament (anticoagulant, cytotoxique…)
- Fragment d’ADN (thérapie génique)
L’Imagerie Non Linéaire
Les Produits de Contraste
Michel Dauzat
(avec de nombreux emprunts aux autres enseignants du Diplôme
Inter-Universitaire d’Échographie)
Service d’Exploration & Médecine Vasculaire - CHU de Nîmes
EA 2992 – UFR de Médecine de Montpellier – Site de Nîmes
Montpellier – Nîmes - Novembre 2012
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Imagerie Thérapeutique ?
Biodistribution orientée vers une cible (thrombus, néoplasie, thérapie
génique)
Paroi de la bulle
Incorporation d’un principe actif dans la microsphère (agent cytotoxique,
fibrinolytique, DNA). Libération sélective, contrôlable de l’extérieur,
visualisable
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