Classification et principe de fonctionnement d'une sonde à ultrasons

Une sonde à ultrasons est un dispositif qui convertit l'énergie électrique en ondes ultrasonores et les signaux d'écho en signaux électriques. Son composant principal est un cristal piézoélectrique, capable de générer des vibrations mécaniques à haute fréquence sous l'action d'un courant alternatif, puis d'émettre des ondes ultrasonores. Lorsque les ondes ultrasonores rencontrent l'interface des tissus et des organes, elles sont réfléchies, puis reçues par la sonde et converties en images.

1. Principe de fonctionnement d'une sonde à ultrasons
Un instrument de diagnostic à ultrasons génère des ondes ultrasonores incidentes (ondes transmises) et reçoit des ondes ultrasonores réfléchies (échos) via la sonde, élément essentiel de l'équipement de diagnostic. La sonde à ultrasons a pour fonction de convertir les signaux électriques en signaux ultrasonores, ou inversement. La sonde peut transmettre et recevoir des ultrasons, effectuer des conversions électroacoustiques et de signaux, et convertir les signaux électriques envoyés par l'hôte en signaux ultrasonores oscillants à haute fréquence. Elle peut également convertir les signaux ultrasonores réfléchis par les tissus et les organes en signaux électriques et les afficher sur l'écran de l'hôte. La sonde à ultrasons fonctionne selon ce principe. Sous tension, la puce de la sonde produit une déformation élastique, générant ainsi des ondes ultrasonores ; à l'inverse, lorsque l'onde ultrasonore traverse la puce, elle produit une déformation élastique, ce qui entraîne une variation de tension. Enfin, la carte de traitement du signal traite les variations du signal électrique correspondantes pour finaliser la détection de l'objet détecté. Ce processus est appelé effet piézoélectrique (effets piézoélectriques positifs et négatifs).

2. Composition de la sonde
Composant à noyau de cristal piézoélectrique
Fonction : Convertir l'énergie électrique en ondes ultrasonores et convertir l'écho reçu en signaux électriques. Matériaux courants : PZT (zirconate de plomb titanate), matériaux composites piézoélectriques, etc.
Principe de fonctionnement : Sous tension, le cristal se déforme et vibre pour émettre des ondes ultrasonores ; à la réception de l’écho, le cristal se déforme en sens inverse pour générer des signaux électriques.
Chaque sonde peut contenir des dizaines, voire des centaines de réseaux de cristaux piézoélectriques.

Couche d’adaptation
Fonction : Améliore l’adaptation d’impédance acoustique entre les cristaux piézoélectriques et les tissus humains, réduit la réflexion de l’énergie acoustique et améliore l’efficacité de pénétration des ondes ultrasonores.
Matériau : Généralement en résine ou en matériau composite, l’impédance acoustique se situe entre les cristaux et les tissus humains.
En général, il s’agit d’une structure à une ou deux couches : une couche d’adaptation multicouche offre un meilleur effet.

Lentille acoustique ou élément de focalisation
Fonction : Contrôle la direction de propagation du faisceau ultrasonore, focalisation et amélioration de la résolution de l’image.
Type : focalisation fixe ou électronique.
Site d’action : Installé à l’avant de la sonde (côté en contact avec le patient).

Couche de support
Fonction :
Absorber les ondes sonores émises par l’arrière du cristal pour éviter les interférences d’écho ;
Réduire la durée de l’impulsion ultrasonore et améliorer la résolution axiale.
Matériau : Généralement en résine époxy contenant des particules métalliques.

Fenêtre acoustique/film protecteur
Fonction : Protéger le cristal des dommages externes tout en permettant aux ondes ultrasonores de se propager en douceur.
Matériau : Film polyuréthane ou autres matériaux biocompatibles.

Système de fils et câbles
Fonction : Transmettre les impulsions électriques émises par l’hôte au cristal piézoélectrique, puis renvoyer le signal d’écho reçu par le cristal à l’hôte.
Structure : Câble coaxial multicanal haute densité pour garantir l’intégrité du signal.
Précautions : Éviter de tirer et de plier le câble de la sonde pour éviter toute perte de signal due à un endommagement du fil.

Coque et poignée
Fonction : Protéger la structure interne de précision et offrir une sensation d’utilisation optimale.
Matériau : Plastique médical, silicone, etc., résistant à l’eau, à la poussière et à la corrosion.
Conception : Structure ergonomique, pratique pour les médecins pendant de longues périodes.

Dispositif de guidage (uniquement pour les sondes spéciales)
Fonction : installer un guide d'aiguille de ponction pour guider l'aiguille de biopsie ou le dispositif de ponction. Application : ponction guidée par échographie (biopsie de nodules thyroïdiens, ponction hépatique, etc.)

3. Classification des sondes échographiques

Classification par site diagnostique
On distingue les sondes ophtalmiques, cardiaques, abdominales, crâniennes, intracavitaires et pédiatriques. Il existe des sondes intracavitaires caractéristiques.
Classification par nombre de transducteurs utilisés : sondes unitaires et sondes multi-éléments.
Classification par méthode de contrôle du faisceau
On distingue les sondes à balayage linéaire, les sondes multiéléments, les sondes à balayage mécanique par ventilateur et les sondes multi-éléments.
Classification par géométrie de la sonde
On distingue les sondes rectangulaires, diverses sondes pour sections colonnaires, les sondes arquées (également appelées convexes), les sondes circulaires, etc.
Classification par nombre de puces piézoélectriques
On distingue les sondes monocristallines, les sondes bicristallines et les sondes polycristallines. Parmi elles, les sondes monocristallines sont coûteuses en termes de matériaux et complexes de fabrication. Comparées aux sondes traditionnelles, elles permettent d'obtenir des images plus uniformes, moins atténuées et à bande passante plus large. Yichao appliquera pleinement cette technologie à l'abdomen, à l'obstétrique-gynécologie, au cœur et à d'autres domaines.
Autres sondes d'applications spéciales
Ces dernières années, l'échographie a connu un essor considérable, avec l'apparition de sondes de ponction, de sondes à double plan, de sondes transœsophagiennes, de sondes peropératoires et de sondes laparoscopiques, etc.

4. Choix de la sonde
La fréquence d'émission de la sonde est l'un de ses paramètres caractéristiques les plus importants. En diagnostic échographique, différentes sondes sont souvent sélectionnées en fonction des différents objets et parties de l'examen, par exemple 2 MHz, 2,5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, etc. La fréquence d'émission de la sonde est déterminée par l'épaisseur du cristal. La forme de la puce détermine des caractéristiques importantes telles que la forme du faisceau sonore et la distribution du champ sonore. Sonde à balayage sectoriel mécanique
La sonde à balayage sectoriel mécanique, dont le nom complet était autrefois couramment utilisé pour les échographies abdominales et cardiaques, est aujourd'hui presque exclusivement réservée à l'échographie ophtalmique A/B.
Réseau linéaire plan
Avant l'apparition des réseaux convexes, elle était la principale source d'imagerie pour les examens abdominaux, avec une fréquence généralement de 3,5 MHz. Après leur apparition et leur adoption, elle a été principalement utilisée pour l'examen des petits organes et des tissus superficiels, avec une fréquence généralement comprise entre 5 MHz et 7,5 MHz (voire 9 MHz).
Réseau convexe
Le grand rayon de courbure (R) du réseau convexe est généralement supérieur à 30 mm, ce qui est utilisé pour l'examen abdominal ; le petit R (10 à 20 mm, souvent appelé micro-convexe) est utilisé pour l'examen cardiaque.
Réseau phasé
Il est utilisé pour l'imagerie cardiovasculaire couleur du flux sanguin en échographie Doppler couleur. L'image étant incrustée (superposée) sur l'image en niveaux de gris de la structure anatomique, les images noir et blanc, couleur et le spectre Doppler sont obtenus grâce à différents modes de fonctionnement de la même sonde.


5. Balayage du faisceau sonore et échographies formées par différentes sondes
Ceci est une brève introduction. Je suis convaincu qu'avec le développement continu de la technologie échographique, de plus en plus de sondes offrant d'excellentes images et de nouvelles fonctionnalités apparaîtront pour faciliter le diagnostic échographique.

Élément essentiel du système d'échographie médicale, les sondes échographiques sont non seulement de types et de fonctions variés, mais jouent également un rôle irremplaçable dans le processus de diagnostic. Comprendre les caractéristiques et le fonctionnement des différentes sondes peut aider les médecins à prendre des décisions plus précises et plus rapides dans les applications cliniques, et aider les acheteurs d'équipements à faire des choix judicieux.