Tout le monde connait les images d’échographie faites chez les femmes enceintes pour voir les futurs bébés. Mais comment ces images sont-elles obtenues ?
Echographie d’un fœtus de 3 mois mesurant 4,5 cm.
L’échographie est une technique d’imagerie médicale non invasive (pas de substance à injecter dans les patients) et complètement inoffensive pour l’organisme, contrairement aux autres techniques d’imageries médicales qui peuvent utiliser des rayons ionisants radioactifs (radiographies), de puissants champs magnétiques (IRM) ou des agents de contraste radioactifs (comme la Tomographie par Emission de Positrons).
Des ultrasons qui rebondissent
L’échographie utilise les ultrasons. Ce sont des ondes acoustiques hautes fréquences qui sont inaudibles par l’homme (les ultrasons ont une fréquence de 20kHz à 1GHz). Voir ce billet de blog sur le son pour plus de détails sur les ondes sonores.
Les ultrasons pénètrent plus ou moins bien dans les différents milieux qu’ils traversent. La résistance à la propagation d’une onde acoustique s’appelle une impédance acoustique (généralement notée Z) et se mesure en Pascale seconde par mètre (Pa.s/m). Cette impédance est en fait égale à la densité du matériau multipliée par la vitesse du son dans ce matériau (Z = D * c). Donc plus un matériau est dense et plus la vitesse du son est importante, plus l’impédance acoustique augmente.
Densité
(kg/m3)
Vitesse du son
(m/s)
Impédance acoustique
(Pa.s/m)
Air
1,204
343
413
Eau
1000
1480
1,48 millions
De plus, une partie des ondes sonores (et donc les ultrasons) rebondissent lorsque l’impédance acoustique change, c’est-à-dire aux interfaces entre les différents milieux. C’est pour cette raison que sous l’eau, on entend très peu ce qui se passe à la surface car une grande partie des ondes sonores rebondissent sur l’eau et très peu sont transmises sous l’eau car les impédances de l'eau et de l'air sont très differentes.
Le principe de l’échographie revient à balayer à l’aide d’ultrasons une zone à étudier (par exemple l’utérus d’une future maman) et de mesurer et d’analyser les ondes ayant rebondi aux différentes interfaces (l’écho des ultrasons) de manière à reconstituer une image des différents milieux traversés.
Les liquides vont renvoyer très peu d’écho et apparaitront alors en noir à l’écran, les tissus mous renverront un peu d’écho et apparaitront en gris selon l’impédance de ces derniers, et les os ayant une impédance très forte (entre 3,6 et 7 millions Pa.s/m) formeront une image bien blanche.
Réflexions des ultrasons aux interfaces des milieux traversés (dessin de Noémie).
L’échographe
Pour une échographie, le médecin utilise une sonde qui remplit 2 fonctions :
- Emission : La sonde balaye une zone à l’aide d’ultrasons. Ces derniers sont générés à l’aide de matériaux piézoélectriques comme des céramiques qui se déforment lorsqu’ils sont soumis à un champ électrique. Cette déformation entrainent des ondes ultrasonores et la fréquence réglable permet de pénétrer plus ou moins profondément dans le corps selon le type d’échographie réalisée (on augmente la fréquence pour pénétrer plus en profondeur). Le balayage est ensuite assuré soit par un système mécanique, soit par un dispositif électronique de manière à balayer un secteur. C’est pour cette raison que les échographies se présentent généralement sous forme d’une image dans un cône correspondant à la région balayée par la sonde.
- Réception : La sonde capte les échos des ultrasons réfléchis aux interfaces. L’écart de temps entre l’émission et la réception permet de connaitre précisément la profondeur où l’onde a rebondi. De plus, la sonde mesure l’amplitude de l’écho permettant de savoir si une partie importante a été réfléchie ou pas.
Le signal reçu par la sonde est ensuite amplifié par un système électronique puis chaque ligne de tir est reconstituée pour former une image en 2 dimensions. Un point variant entre le noir et le blanc est alors créé en fonction de l’intensité de l’écho. L’espace entre les lignes de tirs est alors complété par interpolation entre les différentes données obtenues de manière à créer une image continue.
Formation d’une image d’échographie ( Source: ENSTA)
On applique également un gel échographique sur la zone à analyser. Ce gel possède une impédance acoustique proche de celle de la peau de manière à ce qu’il n’y ait pas d’air entre la peau et la sonde car l’air ayant une impédance très faible fausserait les mesures. C’est également pour cette raison que l’échographie ne peut pas être utilisée comme méthode d’imagerie médicale pour les poumons ou la trachée qui contiennent de l’air.
Echographie 3D
Une nouvelle technique d’échographie dite « 3D » a vu le jour durant la dernière décennie et est désormais monnaie courante dans les examens gynécologiques pour voir les fœtus en 3D ! La technique de balayage diffère de l’échographie 2D classique car 3 plans de balayages perpendiculaires sont réalisés pour obtenir des informations volumiques. Des techniques perfectionnées de traitement des données et de rendu surfacique permettent ensuite de reconstituer une image en 3 dimensions.
Echographie 3D d’un fœtus de 3 mois (Source : Le journal des Femmes)
Cette « échographie en relief » permet de diagnostiquer plusieurs malformations du fœtus qui sont extrêmement difficiles à diagnostiquer en échographie 2D, particulièrement les malformations de la face, de la colonne vertébrale et des membres.
En conclusion
L’échographie utilise la réflexion des ultrasons aux interfaces des différents milieux pour reconstituer une image interne de notre corps en noir et blanc. Cette méthode est donc entièrement inoffensive et convient particulièrement bien aux femmes enceintes pour voir le fœtus dans l’utérus (échographie gynécologique). De plus, l’échographie est facile à mettre en œuvre et peu chère pour une imagerie médicale.
Par Benjamin Bradu - Publié dans :