L’échographie est une méthode d’imagerie médicale qui repose sur la physique ondulatoire. C’est une technique qui s’est démocratisée et est devenue partie intégrante de nombreux domaines de la médecine comme la cardiologie ou l'obstétrique depuis sa création en 1965.
La physique ondulatoire est la physique qui utilise les ondes de manière générale (l'électromagnétisme, la mécanique, l'électronique, l'optique ou encore l'acoustique…) Dans le cas de l’imagerie médicale, et plus précisément pour l'échographe, ce sont les ondes acoustiques, ou ondes sonores, qui sont concernées et en particulier les infrasons et ultrasons qui sont inaudibles pour l’oreille humaine (respectivement, fréquences inférieures à 20 Hz ou supérieure à 20kHz). Ces ondes sont envoyées par des sondes contenues dans l’échographe. Une onde sonore est la propagation d’une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière mais avec un transfert d’énergie. En connaissant la manière dont les ondes sonores se propagent dans le corps humain, il est possible d’analyser le signal reçu pour obtenir des images très précises de l’intérieur de l’organisme (organes et tissus). L'avantage de l’échographie est qu’il s’agit d’un examen indolore et non invasif.
Il y a deux parties à l’imagerie médicale : la partie clinique, le moment où les informations sont prélevées sous formes d’échos, et la partie technique, lorsque les données sont analysées pour former des images en 2D, 3D voire 4D.
L’échographie est une méthode qui repose sur l’image par réflexion. En fonction de la densité, de la température et de la composition d’un matériau, la réflexion ne se fait pas de la même manière. L'impédance acoustique d'un milieu pour une onde acoustique caractérise la résistance du milieu au passage de cette onde. Entre autres, elle mesure la capacité d’un matériau à réfléchir le son/l’onde. Elle est propre à chaque matériau et organe. Plus l’impédance acoustique est élevée, plus le matériau est résistant à la transmission du son. Ainsi en fonction des caractéristiques du signal reçu, on peut associer les données à une partie du corps et détecter des anomalies qui ne seraient pas cohérentes avec les valeurs théoriques. La vitesse de propagation d’un son dans un milieu donné est fonction de son impédance, c’est-à-dire sa capacité à résister ou non au passage de l’onde sonore. D’après la formule Z = ρc où Z est l’impédance acoustique en Pa.s/m (Pascal seconde par mètre) , ρ est la densité acoustique en kg/m3 et c est la vitesse acoustique en m/s. En règle générale, la vitesse des sons dans les tissus biologiques est d'environ 1600 m/s. Cette vitesse de propagation est variable selon les tissus ou les milieux traversés, dans l'air elle est de 300 m/s, à l'inverse dans l'os elle est de 7000 m/s. De ce fait, l'interface constituée entre l’os et les tissus mous constitue une barrière infranchissable aux ultrasons. Pour qu'une interface soit visible sur l'image, il faut, en plus, que cette interface soit perpendiculaire au faisceau ultrasonore.
Le choix de la fréquence est aussi important et doit être adapté à la zone étudiée. L’atténuation des ondes sonores en échographie est déterminée par plusieurs facteurs, notamment la fréquence des ondes sonores et la distance parcourue par les ondes.
Dans les premiers centimètres, le son est beaucoup plus atténué. Cette absorption dépend des caractéristiques biophysique des tissus tout comme de la vitesse de propagation. Ainsi, on utilise des ondes à haute fréquence, qui ont une période très courte, dans l’échographe pour les parties du corps proximales où il n’y a pas besoin de pénétration. Il s’agit des parties du corps situées à environ cinq centimètres sous la peau. Quand les hautes fréquences traversent les tissus elles sont plus atténuées que les basses fréquences, ces dernières sont donc utilisées quand il faut aller en profondeur et pénétrer au niveau des tissus, par exemple pour un examen de l’abdomen.
De plus, pour obtenir une bonne qualité d’image sur chaque patient, il faut adapter/régler la fréquence de l’échographe puisque la vitesse de propagation et donc l’impédance de chaque partie du corps pour chaque personne sera différente.
Un fois que les données sont collectées par l’échographe, il faut traiter l’image. Pour cela, il existe un filtre, le Rejet, qui élimine les échos de faible intensité afin de clarifier l’image. En revanche, le risque est de perdre des informations en cas d’utilisation d’un filtre élevé. La Gamme dynamique quant à elle permet de régler la nuance dans les niveaux de gris. Si elle est basse, le contraste est plus important et si elle est augmentée, plus de détails sont visibles car il y a davantage de nuances de gris.
Mais le réglage qui a permis la plus grande évolution dans l’échographie est l’imagerie Harmonique, qui est utilisée dans des examens du cœur. Elle consiste à ne sélectionner que le signal réfléchi de seconde harmonique, donc à éliminer la fréquence de base ou harmonique principale :
La fréquence de base est généralement située autour de 1,8 ou 2 MHz et la fréquence de réception obtenue correspond au double de celle de départ (3,6 ou 4 MHz). La raison pour laquelle la seconde harmonique permet une meilleure qualité d’image est que les tissus du cœur sont un milieu de propagation non linéaire des ondes acoustiques, le signal obtenu à la réception est donc complexe. Le mode Harmonique présente des avantages non négligeables : il permet d’améliorer considérablement le rapport signal sur bruit, le bruit correspondant aux échos parasites qui diminuent la précision de l’image et d’optimiser la résolution du contraste des échos réfléchis.
Pour conclure, l’échographie est une application directe d’un principe physique plutôt simple, la réflexion des ondes acoustiques. Les principales difficultés viennent du réglage de l’appareil et du choix de la fréquence ainsi que du traitement de l’image après la collection des données. La connaissance actuelle permet déjà une qualité d’image exceptionnelle mais l’échographie présente toujours des limites, la principale étant qu’elle dépend fortement de la personne réalisant l’examen.
Blog écrit par : Axelle Mano, Ibtyssam Seddiki, Clémence Pereira
Source image : https://i0.wp.com/clemedicine.com/wp-content/uploads/2017/05/B9782294706066000058_f05-01-9782294706066.jpg?w=960
Sources :
https://www.cabine-acoustique.fr/tout-savoir-sur-limpedance-acoustique/
PowerPoint Presentation (univ-paris5.fr)
https://bluegyn.com/gynorama/wp-content/uploads/2014/08/2014_08_29_13_51_24.pdf
https://clemedicine.com/5-imagerie-dharmonique/
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