Ecografie biomedicală Inserm - Știință pentru sănătate

Subtitlu

O revoluție medicală în curs

Undele ultrasonice sunt unde mecanice care provoacă oscilații în mediile prin care trec. Semnalele create pot fi utilizate în scopuri de diagnostic (ultrasunete, ultrasunete Doppler, elastografie) sau terapie (litotriție, farmacemulsifiere etc.). Sunt deja utilizate pentru tratarea anumitor tipuri de cancer, fibroame uterine și glaucom. În plus, progresul tehnologic semnificativ realizat în ultimii ani deschide multe perspective pentru dezvoltarea de noi dispozitive puternice și precise, în diferite domenii de aplicare: cardiologie, neurologie, psihiatrie.

Timp de citit

20 min

Ultima actualizare

22.03.19

Mickaël Tanter, director al unității de Fizică a undelor pentru medicină (unitatea Inserm 979/CNRS/ESPCI Paris/Paris Sciences et Lettres Université) și director al acceleratorului de cercetare tehnologică Inserm Biomedical Ultrasound, câștigător al Premiului Opecst-Inserm 2014.

Înțelegerea ultrasunetelor și a utilizărilor sale biomedicale

La fel ca undele sonore, undele ultrasonice sunt unde mecanice care se materializează prin stabilirea moleculelor care constituie materia în vibrații. Dacă frecvența undelor câmpului sonor sonor este cuprinsă între 20 Hz pentru cea mai mică frecvență și 20 000 Hz pentru cea mai mare, cea a ultrasunetelor este mai mare, inclusă între 20 kHz și 10 THz. Dincolo începe câmpul hipersonilor.

Undele ultrasonice provoacă oscilația în jurul punctului lor de echilibru, molecule din mediul prin care trec. Această oscilație se difuzează treptat într-o direcție dată din punctul de inițiere. În funcție de densitatea mediului traversat, ultrasunetele se propagă cu o viteză mai mult sau mai puțin mare: rezistența unui material este calificată de impedanța sa acustică (notată Z și măsurată în Pascal secunde pe metru) care influențează această viteză. Pe de altă parte, o undă ultrasonică care trece printr-un mediu dat ricoșează și revine ca un ecou când ajunge la interfața unui nou mediu a cărui impedanță acustică este diferită de prima. Astfel, prin analiza semnalului retrodifuzat, este posibil să se obțină informații despre mediul analizat.

În domeniul medical, ecografia are o serie de avantaje:

Acestea sunt valuri care nu prezintă nici un pericol (fără radiații ionizante, în special).
Acestea pot fi implementate datorită echipamente cu volum redus și ieftine.
Permit obținereaimagini observabile și interpretabile simultan cu examinarea.

Franța, leagăn al tehnicilor cu ultrasunete

Câmpul ultrasunetelor este un domeniu în care Franța a fost în frunte: aventura a început cu Pierre Curie, care a teoretizat piezoelectricitatea făcând posibilă crearea ultrasunetelor dintr-un curent electric, în 1880. Un treizeci de ani mai târziu, elevul său Paul Langevin a dezvoltat primul dispozitiv transmițător și receptor cu ultrasunete, rezultând o primă utilizare militară în timpul celui de-al doilea război mondial (sonar).

A apărut apoi dezvoltarea utilizării ultrasunetelor în domeniul medical, în special prin ultrasunete dezvoltate de britanici. În anii 1950, a fost dezvoltată prima sondă cu ultrasunete, urmată de prima ecografie 2D la începutul anilor 1970, ambele fiind utilizate în obstetrică. Dezvoltarea și utilizarea ultrasunetelor Doppler în evaluarea fluxului sanguin și a rezistenței vasculare au fost conduse de un cercetător pionier, Léandre Pourcelot, director al unității Inserm 316 „Sistemul nervos al fătului la copil” de la Facultatea de Medicină din Tours (de la 1988 - 2003).

Tehnici de diagnosticare a imaginii

Utilizarea undelor ultrasonice în câmpul de diagnosticare se bazează pe formarea de imagini din semnale retransmise de țesuturi (ultrasunete) sau pe măsurarea fluxului sanguin (ecou Doppler).

ecografie constă în emiterea ultrasunetelor în direcția țesuturilor și organelor care trebuie observate, apoi colectarea și analizarea ecourilor ultrasunetelor în funcție de distanța și impedanța mediului pe care au revenit.

În ultrasunetele convenționale bidimensionale (2D), scanarea (manuală, mecanică, electronică) permite emiterea simultană a mai multor linii de foc în direcții diferite. Prelucrarea computerizată a ecourilor colectate face posibilă reprezentarea mediilor încrucișate în funcție de impedanța lor, pentru a recrea o imagine bidimensională reprezentând un plan de secțiune al zonei analizate:

mediile cu impedanță redusă (ecou slab) sunt afișate în negru: pot corespunde mediilor lichide sau țesuturilor moi,
mediile cu impedanță ridicată (ecou puternic) sunt afișate în alb.

În acest dispozitiv, undele mecanice sunt emise de materiale piezoelectrice: acestea sunt materiale cu capacitatea de a se deforma atunci când sunt supuse solicitării electrice. Această deformare are ca rezultat o undă mecanică care este focalizată în direcția țesuturilor de analizat. O sondă colectează apoi ecoul valurilor.

Gelul utilizat în mod convențional la efectuarea unei ultrasunete externe evită interferențele pe care le-ar putea genera aerul între sondă și piele, deoarece are o impedanță comparabilă cu cea a acesteia din urmă.

Mai recent, ultrasunetele 3D au fost dezvoltate și permit, așa cum sugerează și numele, să obțină o imagine tridimensională. În acest caz, o scanare mecanică sau electronică permite acumularea de informații obținute pe diferite puncte de ecou din diferite puncte de emisie. Procesarea lor pe computer face posibilă crearea imaginii 3D.

Îmbunătățirile în sondele piezoelectrice și în capacitățile de calcul și achiziție fac posibilă luarea în considerare a imaginii 4D, adică 3D în timp. Astfel de metode sunt deja utilizate în laboratoarele de cercetare, iar dezvoltarea lor ar putea oferi în curând o metodă de achiziție ultrarapidă, făcând posibilă observarea organelor sau a fătului cu o precizie de neegalat.

Ecograf Doppler este utilizat pe scară largă în examinarea neinvazivă a vaselor de sânge. Se bazează pe efectul Doppler: atunci când o sursă de undă (sau observatorul ei) este în mișcare, frecvența undei pe care o emite variază în funcție de direcția și viteza de direcție. Un exemplu iconic al efectului Doppler este sunetul unei sirene a mașinii care merge de la mare la jos pe măsură ce se apropie și apoi trece de un observator fix. Aplicat fluxului sanguin, acest principiu face posibilă măsurarea frecvenței reflectate și compararea acesteia cu frecvența emisă, în funcție de viteza de mișcare a globulelor roșii din vas.