Comment étudier l'intérieur du corps humain en utilisant des ultrasons ?

nc inaudibles pour l'oreille humaine. Ils se propagent parfaitement en milieu liquide (ex: le sang), mais également dans les tissus biologiques naturellement riches en eau. Selon la nature du milieu, les ultrasons se propagent à une vitesse particulière. Sachant que l'organisme humain est composé d'environ 70% d'eau, les ultrasons se propagent à une vitesse qui avoisine les 1500 m/s, selon la nature des organes traversés.

Il existe deux types de propagation des ondes à travers les milieux :

-Le premier type correspond aux ondes longitudinales, qui sont caractérisées par le fait que la direction de la vibration des particules est parallèle à la direction de propagation de l’onde. Cependant celles-ci ont une particularité, elles ne se propagent que dans les solides et dans les liquides. On peut donc comparer le premier type d’ondes à un ressort, car il est soumis à une succession de surpressions et de dépressions et ses particules constitutives sont alors animées d’un mouvement de va-et-vient dans l’axe de déplacement des ultrasons, de type sinusoïdal

- Le second type de propagation est les ondes transversales. Elles sont caractérisées par le fait qu’elles se déplacent perpendiculairement à la direction de la propagation. Ces ondes ne se propagent que dans les solides et les liquides. Mais on sait qu’en général les ultrasons ne se déplacent que dans les solides et liquides seulement très visqueux. Par contre les ultrasons ne se déplacent pas dans le vide.

II-L’échographie

L’échographie permet d’étudier de nombreux organes de l’abdomen, du petit bassin, du cou (thyroïde, foie, rate, pancréas, reins, vessie) ainsi que les vaisseaux sanguins, les ligaments et le cœur.

Elle permet plus précisément de rechercher des anomalies (telles que des tumeurs, des kystes et des malformations) et de guider des prélèvements.

Pendant une grossesse, plusieurs échographies sont réalisées afin de vérifier la vitalité et le développement du fœtus, de dépister des anomalies et de déterminer le sexe de l’enfant. Cette technique permet en effet d'obtenir une image monochrome(1) du fœtus à l'intérieur du ventre de sa mère.

Il existe aussi l’échographie Doppler qui est souvent le premier examen que l’on fait lorsque l’on a un problème car celui-ci à l’avantage d’être peu coûteux et il possède une très bonne sensibilité. Il est en effet utilisé dans les pathologies du cœur et des vaisseaux sanguins, c’est-à-dire cœur, artères et veines. Il existe deux types de Doppler :

Le Doppler continu ou pulsé qui analyse la vitesse des flux sanguin en les synthétisants par un graphique ou un son. Actuellement ces deux échographes admettent un codage couleur. Il permet d’analyser la vitesse des flux sanguin en colorant le sang en bleu et en rouge en fonction de son sens de circulation

Cette technique d’imagerie est aussi employée dans d’autres domaines : en recherche, en exploration vétérinaire et même dans l’industrie.

1) Monochrome : d’une seule couleur

1) Le principe de l’échographie :

L’échographie consiste à appliquer une sonde contre la peau en face de l’organe à explorer. Cette sonde émet des ultrasons qui traversent les tissus et sont renvoyés sous la forme d’un écho.

Ce signal est recueilli et analysé par un système informatique qui retransmet en direct une image sur un écran vidéo.

En effet, les échos renvoyés et enregistrés par l’appareil sont des signatures des obstacles qu'ils ont rencontrés.

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2) La sonde échographique :

1) Ca composition :

La sonde classique contient une "barrette" composée d'un émetteur d’ultrasons et d’un récepteur d'échos inaudible par l'oreille humaine, disposés côte à côte.

La sonde échographique, contient une céramique piézoélectrique. Cette céramique est en fait un matériau composé de grains soudés entre eux. La céramique est un élément actif de la sonde, sa forme et sa structure varient considérablement d'une sonde à l'autre mais le principe reste le même. Elle est constituée, le plus souvent de titanate ou de zircon ante de plomb aux fortes propriétés piézo-électriques. Le caractère piézoélectrique de la sonde échographique lui permet d’assurer une double-fonctionnalité : Elle peut émettre des ultrasons, autant qu’elle peut en recevoir. Chaque céramique se caractérise par une fréquence de résonance conditionnée par la nature du matériau et par son épaisseur. Cette céramique est faite d'un ou de plusieurs éléments placés côte à côte et isolés acoustiquement les uns des autres. Leur taille est de 1 mm environ et ils sont séparés par une distance de 0,6 l. La face avant et la face arrière sont recouvertes d'une couche métallique : l'électrode antérieure est mise à la masse alors que l'électrode ou les électrodes postérieures sont connectées à un générateur de courant électrique de haute fréquence.

Derrière cette céramique existe un amortisseur, composé essentiellement de plomb, qui empêche les ultrasons de se diriger vers l’arrière de la sonde.

L’amortisseur amortir les vibrations de la céramique après l'impulsion électrique afin d'obtenir une durée d'impulsion courte.

Il absorbe le rayonnement ultrasonore émis vers l'arrière car il entraînerait des échos parasites.

Il influe sur la bande passante de la sonde et sur son rendement :

- la bande passante correspond aux fréquences du faisceau situées de par et d'autre de la fréquence de résonance, permettant de produire des ultrasons avec une perte d'intensité inférieure à 6 dB. Plus fort est l'amortissement, plus large est la bande passante mais moins bon est le rendement de la sonde.

- le rendement correspond au rapport des énergies électrique et acoustique

Entre la céramique et le patient se trouve l’adaptateur d’impédance, qui a pour but de faire barrière entre la céramique et le patient, ce qui protège la céramique.

La sonde offre la particularité remarquable d'être à la fois un émetteur et un récepteur : elle transforme l'impulsion électrique en onde ultrasonore puis convertit les informations ultrasonores en signaux électriques. C'est un transformateur d'énergie, un transducteur.

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Les sondes ont bénéficié récemment de nombreuses évolutions techniques et plusieurs types sont actuellement proposés sur le marché, ce qui rend leur choix très difficile.

L'émission et la réception des ondes ultrasonores se fait à différentes fréquences : plus la fréquence est élevée, plus les structures étudiées sont représentées sur l'image avec beaucoup de finesse et de détails, mais au détriment de la profondeur d'exploration. L'examen des organes profonds nécessite des sondes de moindre fréquence. C'est pourquoi pour une même région anatomique explorée, il peut être utilisé plusieurs types de sonde, même si les sondes modernes sont multifréquences. La plupart de ces sondes sont utilisées en surface de la peau, mais certaines dites endocavitaires sont utilisées par voie rectale (échographie de prostate) ou par voie vaginale (échographie gynécologique).

Voici comment apparaît les différents tissus de l'organisme:

• Les liquides simples restent noirs sur l'écran du fait qu'ils se contentent de laisser passer les sons

• Les liquides avec particules (comme le sang) renvoient de petits échos. Ils apparaîtront donc dans les tons de gris, plus ou moins homogènes.

• Les structures solides (comme les os) renvoient mieux les échos. On verra donc une forme blanche avec une ombre derrière.

• Les tissus mous sont plus ou moins écho gène : le placenta est plus blanc que l'utérus, qui est plus blanc que les ovaires.

• Le gaz et l’air, sont comme l'os, très blanc.

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2) Production d’ultrasons :

Un générateur de courant délivre des impulsions électriques de haute fréquence qui sont appliquées à la surface d'une céramique : cette dernière voit son épaisseur varier si la fréquence des impulsions est de l'ordre de grandeur de sa fréquence de résonance. Ces vibrations mécaniques se transmettent de proche en proche : production d'ultra-sons si la fréquence est comprise entre 2 et 10 MHz. L'excitation de la céramique avec ce courant de haute fréquence se fait par courtes impulsions