Comme un écho

18.07.2013 par Cédric Ray, dans Médical

Pour initier la série sur le fonctionnement des dispositifs médicaux je vais répondre à la question d'une amie enceinte depuis quelques semaines : comment fonctionne l'échographie ?

Les ondes ultrasonores sont des ondes acoustiques, ie des variations locales de la densité de l'air, qui possèdent des fréquences élevées en dehors des capacités auditives de l'être humain (qui peut percevoir entre 20Hz et 20 000Hz). Ces ondes, générés par un transducteur (ou sonde) grâce à l'effet piézoélectrique, se propagent dans le milieu avec une vitesse qui dépend de ce dernier (Jules Verne décrit parfaitement dans son ouvrage "20 000 lieux sous les mers" que le son se propage plus vite dans l'eau que dans l'air). Lorsque le milieu change d'impédance acoustique (grandeur qui dépend en particulier de la densité du milieu et de la vitesse de propagation de l'onde dans ce milieu) une partie de l'onde est réfléchie (voir la figure ci-dessous). Le gel (à base d'eau) appliqué sur le ventre de la maman sert justement à éliminer les réflexions parasites de l'onde lors du passage à l'interface air/organe (une couche d'air est toujours présente entre la sonde et le ventre si l'on applique pas de gel) qui ne présentent pas d'intérêt (on veut imager l'intérieur du ventre pas la forme du ventre !)

En fonction du temps mis par cette réflexion pour revenir au transducteur (qui fait émetteur et détecteur) on en déduit la position de ce changement de milieu. Il suffit donc d'envoyer des pulses ultrasonores et d'écouter les échos pour savoir où sont situés les changement de milieu. A l'aide de algorithmes  de traitement d'image il est possible de reconstituer une image (un bébé par exemple). Il est possible d'ajuster la fréquence de l'onde ultrasonore pour ajuster la résolution et la profondeur de l'examen que l'on souhaite effectuer.

Principe de l'échographie

Schéma de principe de l'échographie. Les interfacent entre zones d’impédance différentes réfléchissent bien les ondes ultrasonores. L'image visible en (d) peut ainsi être décomposée grossièrement en 3 zones distinctes image (a), qui produisent chacune une réflexion partielle de l'ondes ultrasonore images (b) et (c). [schéma de l'auteur]

Enfin pour rassurer les femmes enceintes, aucune étude n'a pour l'instant montré une quelconque dangerosité des ultrasons (en imagerie 2D) pour le futur bébé.

Pour conclure rappelons que cette technique est inspirée du monde animal puisque l'échographie est en particulier utilisée par les chauve-souris pour se repérées dans l'espace. Les chauves-souris arrivent d'ailleurs à repérer la distance de leur proie grâce à cette technique mais aussi la vitesse grâce à l'effet Doopler et la direction grâce au signaux différents arrivant dans leurs deux oreilles.

Chauve-souris [d'après Wikipedia]

Petit rappel d'un fait pour tout le monde : "BATS AREN'T BUGS !"

[source : "The Essential Calvin and Hobbes: A Calvin and Hobbes Treasury", Bill Watterson]

 


2 commentaires pour “Comme un écho”

  1. David statucki Répondre | Permalink

    Bonjour,

    Merci pour cette présentation informative. Juste quelques précisions, l'impédance acoustique dépend aussi de la vitesse particulaire de l'onde au travers du milieu traversé (il s'agit de la vitesse du son pour une température donnée du milieu traversé). Il y a interaction entre les tissus et fluides du corps constitué et l'onde, l'absence de nocivité de la pratique s'explique pour beaucoup par un temps d'exposition très bref et un déplacement périmétrique de la sonde sans focalisation sur une zone. Toutefois, comme indiqué par le CNGOF, les échographies commerciales 3D/4D posent des problèmes sanitaires, car les ultrasons lorsque focalisés trop longtemps sur une zone du foetus, ont un effet thermique et mécanique sur les tissus humains et peuvent poser des problèmes, des études sont en cours aux USA. N' oublions pas qu'une des premières applications des Ultrasons reste le nettoyage ou désinfection (bain à ultrasons) même si sans comparaison avec l'application présentée ici.
    Amicalement

  2. Cédric Ray Répondre | Permalink

    Bonjour,
    Merci pour ces précisions, j'ai modifié un peu le texte pour en tenir compte. Nous sommes d'accord que les ultra-sons servent aussi au nettoyage et même à la destruction de calculs rénaux mais avec des intensités et des focalisation sans comparaison avec ce qui est utilisé en imagerie. C'est d'ailleurs l'effet de cavitation qui explique l'effet nettoyant et destructeur des ultra-sons.
    Concernant les aspects sanitaires, je parlais uniquement de l'imagerie 2D, mais je ne savais pas qu'une étude avait mis le doute sur l'utilisation des 3D/4D. Merci pour cette information.
    Amicalement.

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