B.1 Normes et limitations pour l’application médicale

Les effets secondaires d’un champ acoustique sur un tissu biologique sont bien moindres que ceux induits par d’autres techniques d’imagerie et de diagnostic telles que la mammographie. Il ne faut cependant pas les négliger, d’autant que les compagnies industrielles n’hésitent pas à augmenter de plus en plus les puissances acoustiques délivrées par les transducteurs pour améliorer la qualité des images. Beaucoup d’études sont aujourd’hui menées pour comprendre les effets des ultrasons de grande amplitude sur la dynamique cellulaire [114]. Sans attendre leurs résultats, la Food and Drug Administraion (FDA) aux Etats-Unis a défini des normes au-delà desquelles l’exposition aux ultrasons est considérée comme nocive pour l’homme. Ces normes dépendent bien évidemment de l’application pour laquelle l’appareil échographique est utilisé (vasculaire, cardiaque, obstétrique etc….). La FDA définit ainsi trois indices et leur impose des limites qui ne doivent pas être dépassées par un échographe commercial médical :

- L’ISPPA (Intensity, spatial-peak pulse-average)

Elle est définie comme la valeur de l’intensité moyenne du train d’onde acoustique au point du champ acoustique où celle-ci est maximale. Elle s’exprime en W.cm-2. Précisons que l’intensité moyenne du train d’onde acoustique (ou IPA) est l’intégrale de l’énergie acoustique sur la durée du train d’onde normalisée

par la durée de ce dernier. Dans notre cas l’ISPPA peut s’exprimer de la façon suivante :

c p ISPPA

_ρ

où p0 est la surpression maximale créée par le champ acoustique, ρ la densité du milieu et c la vitesse de

propagation des ultrasons. Pour l’imagerie ultrasonore d’organes humains tels que le sein, le foie ou la prostate, l’ISPPA doit rester inférieure à 190 W.cm-2. Cette valeur limite est à considérer dans un milieu où

ultrasonore liée à l’échographe ultrarapide et utilisée lors des expériences élastographiques, une mesure de champ de pression induit dans l’eau par un faisceau ultrasonore focalisé a été réalisée avec un hydrophone calibré (Golden Lipstick, PVDF, 0.4 mm de diamètre de surface active, SEA). L’expérience est résumée sur le schéma Figure VII-6. La barrette est immergée dans un cuve d’eau dégazée et le faisceau ultrasonore est focalisé à une profondeur de 30 mm (profondeur typiquement utilisée en SSI). Le train d’onde envoyée par les éléments de la barrette est le signal temporel quasi monochromatique typique d’une expérience de pression de radiation : une train d’onde de 100 µs à 4.3 MHz.

Figure VII-6: Mesure du champ de pression créé par un faisceau ultrasonore focalisée à 30 mm

Le maximum spatio-temporel du champ de pression créé par la barrette ultrasonore a été mesuré à 40 bars dans l’eau, où l’atténuation ultrasonore est supposée quasi nulle. On en déduit le maximum de pression générée dans les mêmes conditions dans un milieu dont l’atténuation est de 0.3 dB/cm/MHz :

A 4.3 Mhz,

α

=0.3×4.3=5,16dB

On en déduit la valeur de l’ISPPA créée par notre matériel :

ISPPA=160 W.cm-2 < 190 W.cm-2.

La valeur est donc bien inférieure à la limite imposée par la FDA. Notons que cette limite n’est pas caractéristique de la séquence de palpation, puisque la valeur du champ de pression produit au foyer ne dépend pas de la longueur du train d’onde focalisé. Elle limite donc autant les séquences d’imagerie que celles de palpation.

- MI (Mechanical index)

Cet indice fixe la limite énergétique pour éviter la cavitation, souvent dévastatrice, dans le milieu. Il est défini comme le maximum de pression négatif le long du faisceau normalisé par la racine carrée de la fréquence centrale du train d’onde acoustique. Il n’a pas d’unité. Dans notre cas, on peut écrire :

96

.

0

₌

=

f

p

MI

MI = 0.96 < 1.9

- L’ISPTA (Intensity, spatial-peak temporal-average)

Cet indice est défini comme la moyenne temporelle de l’intensité acoustique en un point de l’espace. C’est une grandeur qui prend donc en compte la durée d’illumination. On la déduit directement de l’ISPPA selon

l’expression suivante :

s

t

I

I

1

∆

∗

=

∆t étant la longueur du train d’onde acoustique. Pour une séquence typique de palpation, celle-ci est de 100 µs et la valeur de l’ ISPTA atteint 16 mW.cm-2 ce qui est largement inférieur aux 720 mW.cm-2 imposés

par la FDA.

ISPTA=16 mW.cm-2 << 720 mW.cm-2.

Un calcul correct de l’ISPPA doit également prendre en compte la séquence d’imagerie qui suit la palpation.

Celle-ci, dans le cas de l’imagerie ultrarapide, a le gros avantage d’être très peu coûteuse en énergie acoustique puisqu’elle consiste en l’émission d’ondes planes (donc non focalisées). Le conditions de la FDA limitent ainsi le nombre de séquences de palpation typiques à environ 50 par seconde en un endroit donnée. Ceci valide non seulement le couple de séquences palpation-imagerie mais également le mode supersonique qui ne nécessite qu’entre 3 et 20 séquences de palpation étalées à des endroits différents du milieu. Enfin signalons que l’index thermique (TI), paramètre quantifiant l’échauffement des tissus soumis à un éclairage ultrasonore est lui aussi très en deçà des normes. Des simulations sortant du cadre de ces travaux ont été menées et prévoient une échauffement tissulaire de l’ordre de 0.1 à 0.2 °C pour une séquence supersonique typique. Ce qui est tout à fait négligeable.

Cette étude montre que l’utilisation d’un échographe satisfaisant les normes imposées par l’imagerie peut sans aucune restriction sanitaire effectuer des séquences de SSI, qui sont finalement très peu coûteuses en terme d’énergie acoustique délivrée dans le corps. Ces caractéristiques contrastent avec celles de techniques similaires comme l’ARFI (cf. chapitre IV) où les séquences de palpation, beaucoup plus nombreuses (128 par seconde par image échographique), sont couplées avec des séquences d’imagerie classique avec émissions focalisées. Le tout étant très coûteux énergétiquement et entraînant un échauffement des tissus non négligeable [85](de l’ordre de 1.5°C pour chaque image).