Imagerie par ultrasons à haute fréquence de l'aorte abdominale

L’échographie est une technologie d’imagerie non invasive couramment utilisée dans l’imagerie clinique et le diagnostic.

Les ultrasons émettent des ondes sonores et mesurent leur réflexion pour générer des images en direct des structures anatomiques et des organes. Il présente des avantages par rapport à d’autres modalités d’imagerie telles que la tomodensitométrie, l’IRM et les scanners NIRF, car il est relativement peu coûteux, portable et polyvalent et ne nécessite pas d’agents de contraste. Cependant, il a des limites en termes de résolution et de profondeur de pénétration.

Cette vidéo illustrera les principes clés de la technologie des ultrasons, démontrera l’utilité d’un système d’échographie à haute fréquence pour l’imagerie des vaisseaux sanguins chez les rongeurs et fournira des exemples d’applications d’imagerie par ultrasons.

Les images échographiques sont produites en émettant un faisceau d’ondes acoustiques à partir du transducteur et en enregistrant les échos créés lorsque les ondes se réfléchissent à la frontière entre des tissus dissemblables du corps. Les ondes peuvent également être réfractées, absorbées ou même dispersées par des objets plus petits comme les cellules sanguines.

La quantité d’ondes réfléchies est proportionnelle à la différence d’impédance acoustique entre les tissus. L’impédance acoustique, Z, dépend de la densité tissulaire et de la vitesse de l’onde sonore. Si la différence est élevée, comme avec l’os, les ondes sonores sont complètement réfléchies. Si la différence est plus faible, comme dans le cas d’un orgue, les ondes sonores ne sont que partiellement réfléchies.

L’intensité des ondes réfléchies reçues par le transducteur ainsi que la distance entre le transducteur et la limite tissulaire sont utilisées pour créer une image anatomique. Ces distances sont déterminées à l’aide de la vitesse moyenne de propagation du son à travers les tissus corporels, qui est d’environ 1540 mètres par seconde, et du temps nécessaire à la propagation de l’onde vers les tissus et inversement.

L’échographie peut être utilisée pour recueillir différents types d’images en utilisant des modes spéciaux qui répondent à des applications uniques. Le mode le plus courant est la luminosité ou le mode B, qui affiche l’impédance acoustique d’une tranche de tissu bidimensionnelle. Alternativement, l’imagerie du mouvement ou du mode M permet de voir le mouvement rapide des tissus, comme pour la fonction cardiaque. Enfin, le mode Doppler est utilisé pour évaluer le flux sanguin.

Maintenant que nous avons discuté du fonctionnement de l’échographie, voyons comment capturer des images à l’aide des différents modes d’imagerie par ultrasons avec un petit animal.

Tout d’abord, allumez le système d’échographie à l’aide de l’interrupteur situé à l’arrière. Ensuite, allumez le moniteur et l’ordinateur à l’aide du commutateur situé sur le côté gauche du système. Ensuite, branchez le transducteur sur le port actif dédié du système. Ensuite, faites passer le câble du transducteur à travers les supports en plastique au-dessus du support de la sonde.

Notez la ligne en relief sur un côté de la sonde. Utilisez-le comme point de référence lorsque vous vous référez à l’image affichée sur le moniteur. Au-dessus de la barre de gris de l’image se trouve un petit cercle représentant le sujet de l’image et une ligne verticale représentant la ligne en relief sur le transducteur. Pour commencer, le transducteur doit être fixé dans la pince et placé à 90 degrés par rapport à l’animal.

Assurez-vous que l’unité de surveillance physiologique est branchée et appuyez sur les boutons de fréquence cardiaque et de température pour allumer ces moniteurs. Ensuite, allumez le chauffe-gel et assurez-vous que son voyant est allumé.

Pour l’anesthésie animale, vérifiez d’abord le niveau d’isoflurane dans le vaporisateur et remplissez si le niveau est en dessous de la ligne vide. Ensuite, allumez le réservoir d’oxygène et ajustez le débit d’air sur le débitmètre à environ un litre par minute.

Maintenant, fixez la platine animale et branchez le cordon VGA pour collecter les signaux ECG et respiratoires. Fixez le cône nasal de l’animal en place et vérifiez que le tube d’isoflurane noir et le tube bleu des gaz résiduaires sont correctement connectés au cône nasal. L’animal peut maintenant être anesthésié et préparé pour l’imagerie. Tournez le cadran du vaporisateur à deux à trois pour cent une fois que l’animal est dans une chambre d’anesthésie sécurisée.

Une fois que l’animal semble profondément anesthésié, déplacez-le vers le cône nasal sur la scène, en vous assurant de changer le flux d’isoflurane. Effectuez un pincement des orteils pour confirmer que l’animal ne se réveille pas immédiatement, puis appliquez une pommade ophtalmique sur les yeux. Ensuite, fixez les pattes aux électrodes de la scène à l’aide d’un adhésif et retirez les poils abdominaux à l’aide d’une crème dépilatoire. Appliquez du lubrifiant sur la sonde rectale et insérez-la dans le rectum de l’animal pour mesurer la température corporelle. L’abdomen est ensuite recouvert d’un gel transducteur à ultrasons réchauffé.

Pour commencer, ouvrez le logiciel et sélectionnez « Nouvelle étude ». Une fois dans une nouvelle série, sélectionnez un utilisateur dans le menu et nommez votre série de manière appropriée. Une fois votre série créée, sélectionnez le mode B, qui signifie mode de luminosité, sur le clavier. Toutes les touches de modalité d’imagerie se trouvent sur la rangée inférieure du clavier noir.

Vous êtes maintenant prêt à commencer l’imagerie. Faites rouler le transducteur le long de l’abdomen de l’animal. Regardez l’écran pour surveiller la fréquence respiratoire. Une baisse de la vitesse sera observée si le transducteur exerce une pression trop importante sur l’animal. Tournez doucement les boutons des axes X et Y sur la platine pour ajuster le placement du transducteur. Faites-le jusqu’à ce qu’une image claire de l’aorte abdominale soit trouvée. Une fois les images souhaitées à l’écran, attendez que la barre blanche en bas de l’image se remplisse avant d’appuyer sur le bouton d’étiquette de l’image pour enregistrer l’image. La modalité sera automatiquement enregistrée avec l’étiquette de l’image et n’a pas besoin d’être incluse dans le nom enregistré.

Pour capturer des images en mode M ou en mode mouvement, sélectionnez le mode M à l’aide du clavier. Ajustez la démarche SV pour rétrécir ou élargir les barres jaunes et le curseur pour aligner les barres sur une section de l’aorte abdominale. Une fois placé correctement, appuyez à nouveau sur le mode M. Le placement des barres peut être ajusté en mode M. Comme pour le mode B, attendez que la barre blanche en bas de l’image se remplisse avant d’appuyer sur le bouton d’étiquette de l’image.

Pour effectuer une imagerie de visualisation en kilohertz EKV ou ECG-dépendre, sélectionnez d’abord le mode B sur le clavier, positionnez le transducteur sur une section de l’aorte abdominale et assurez-vous qu’il y a un signal ECG propre. Appuyez ensuite sur EKV, choisissez le type d’acquisition, la densité de ligne et la fréquence d’images souhaités, puis lancez le balayage. Après l’acquisition, les données de l’image seront affichées.

Pour utiliser le Doppler couleur, sélectionnez d’abord le mode B, vérifiez que le transducteur se trouve au-dessus de l’aorte abdominale, puis sélectionnez Couleur. Appuyez sur Mettre à jour, déplacez la boule de commande pour ajuster la taille de la boîte à la zone à numériser, puis appuyez à nouveau sur Mettre à jour pour verrouiller la taille. Ensuite, utilisez le curseur pour déplacer la boîte. Tournez le bouton de vélocité vers le haut pour augmenter le seuil de vélocité et diminuer le signal de fond.

Pour quantifier la vitesse du flux sanguin, le mode Doppler à ondes pulsées est utilisé. Démarrez en mode Doppler couleur, puis appuyez sur PW. Deux lignes angulaires jaunes apparaîtront à l’écran. Ajustez l’angle du faisceau et tournez le bouton d’angle PW pour amener la ligne pointillée la plus courte parallèlement à la paroi des vaisseaux antérieurs et postérieurs. La ligne jaune pointillée deviendra bleue si l’angle est trop tourné. Une fois l’alignement effectué, appuyez sur PW, puis ajustez les commandes de base, de vitesse et de jeu Doppler pour centrer et éclaircir les formes d’onde. Vous pouvez afficher les images précédemment acquises à tout moment pendant l’imagerie en appuyant sur la fonction de gestion de l’étude et en sélectionnant les images souhaitées.

Après avoir acquis toutes les images nécessaires à une série, sélectionnez Fermer la série dans l’écran de gestion de l’étude. Pour transférer des données à des fins d’analyse ultérieure sur un autre ordinateur, accédez à l’écran de gestion des études et cochez les cases des études ou des séries individuelles. Cliquez sur Copier vers, sélectionnez l’emplacement de fichier souhaité, puis appuyez sur OK. Enfin, tournez le cadran du vaporisateur à zéro, retirez l’animal de la scène et laissez-le se remettre de l’anesthésie.

Après chaque procédure, nettoyez le dispositif d’échographie et essuyez le stade animal et la sonde rectale. Ne vaporisez jamais le désinfectant directement sur la scène. Le transducteur doit être essuyé avec de l’éthanol à 70 % sur une serviette en papier avant d’être remis dans le support. N’oubliez pas d’éteindre le réservoir d’oxygène et de laisser le débit d’air se réduire à zéro sur le débitmètre.

Une fois que toute l’imagerie et l’exportation sont terminées, cliquez sur le bouton d’alimentation de l’écran de gestion de l’étude et attendez que le moniteur et l’ordinateur s’éteignent. Une fois le moniteur complètement éteint, mettez le bouton marche-arrêt à l’arrière du système sur « off ». Vous devriez entendre les ventilateurs s’arrêter une fois qu’il a été correctement éteint.

Une fois la séance d’imagerie terminée et le système arrêté, les résultats peuvent être analysés.

Avec cette procédure, une imagerie anatomique et fonctionnelle de l’aorte abdominale a été réalisée. Certaines données, telles que les balayages en mode B, sont facilement analysées pendant ou immédiatement après la collecte des données, tandis que les balayages dans d’autres modes sont mieux analysés après que les données ont été copiées pour être analysées avec le logiciel.

Les balayages bidimensionnels en mode B peuvent fournir des mesures du diamètre de l’aorte ou de la section transversale. Le diamètre peut être mesuré à l’aide de l’outil de mesure de longueur sur distance, et la surface à l’aide de l’outil de mesure de surface. Le mode M peut être utilisé pour déterminer la déformation cyclique circonférentielle sur le récipient. En regardant un balayage en mode M de l’aorte, un utilisateur peut voir où les lignes lumineuses correspondent à la paroi des vaisseaux antérieurs et postérieurs. La paroi antérieure présente plus de mouvement que la paroi postérieure.

La déformation cyclique circonférentielle est déterminée à partir des valeurs du diamètre intérieur de l’aorte pendant la systole de pointe, DS, et la diastole finale, DD. La systole de pointe se produit lorsque l’aorte est étendue à sa plus grande taille et la diastole finale lorsqu’elle est à sa plus petite taille. La déformation cyclique circonférentielle est donc calculée à l’aide de cette formule.

Le Doppler couleur peut être utilisé pour déterminer la direction et la vitesse du flux sanguin. Les images Doppler couleur fournissent à l’utilisateur une évaluation qualitative de la dynamique sanguine. L’échelle de couleur rouge et bleue indique la direction et l’amplitude de la vitesse du flux sanguin détecté. Le rouge indique le flux vers le transducteur et le bleu s’écoule. La couleur la plus foncée représente un écoulement à faible vitesse et la couleur plus claire un écoulement à plus grande vitesse.

Maintenant que les principes généraux et la procédure de l’imagerie par ultrasons ont été examinés, jetons un coup d’œil à certaines applications où cette modalité d’imagerie est utilisée.

Le placenta humain est très inaccessible pour la recherche lorsqu’il est encore in utero. L’échographie à haute fréquence peut être utilisée pour visualiser la veine ombilicale et l’artère utérine. Ceci est effectué pour mesurer le diamètre du vaisseau et la vitesse maximale du flux sanguin des deux côtés du placenta. Ces données sont combinées à celles d’échantillons de sang prélevés sur les côtés maternel et fœtal du placenta pour calculer les concentrations artérioveineuses de nutriments et de substances libérés dans la circulation. Cette étude donne un aperçu de la fonction placentaire humaine.

L’échographie crânienne est un outil fiable pour les nouveau-nés présentant des anomalies congénitales ou des lésions cérébrales. La méthode est non invasive et peut être pratiquée au chevet du patient dans les unités de soins intensifs néonatals. Des images échographiques sont collectées dans les plans coronal et sagittal pour aider à la visualisation du cerveau néonatal. Ces images peuvent aider à visualiser les lésions présentes dans le cerveau. Le mode Doppler couleur est généralement utilisé pour la visualisation des vaisseaux intracérébraux. Les sinus transverses sont imagés et tout caillot peut être détecté.

Vous venez de regarder l’introduction de JoVE à l’imagerie par ultrasons. Vous devriez maintenant comprendre les principes de l’imagerie par échographie, les méthodes générales de collecte et d’analyse d’images, ainsi que plusieurs applications. Merci d’avoir regardé !