Les ondes ultrasonores et l'imagerie médicale

Une onde sonore est une vibration qui se propage dans un milieu matériel. Les ultrasons sont des sons de fréquence supérieure à 20 kHz : ils sont inaudibles pour l’oreille humaine. En médecine, on utilise souvent des fréquences de 2 à 15 MHz pour obtenir des images précises. Contrairement à la lumière, les ultrasons ont besoin d’un milieu matériel : ils ne se propagent pas dans le vide.

Lorsqu’un ultrason rencontre une interface entre deux milieux, une partie de l’onde est réfléchie : c’est l’écho. La sonde mesure la durée Δt entre l’émission et la réception de cet écho. Cette durée correspond à un aller-retour : la distance parcourue vaut donc 2d. Connaissant la vitesse v des ultrasons dans le milieu, on en déduit la profondeur d de l’interface. Dans les tissus mous, on prend souvent v ≈ 1540 m/s.

L’échographie utilise une sonde qui émet des pulses très courts d’ultrasons. Ces ondes se propagent dans les tissus et sont partiellement réfléchies aux interfaces entre des milieux différents. La sonde fonctionne ensuite en récepteur : elle détecte les échos et mesure leur retard. Un ordinateur transforme ces mesures en une image en niveaux de gris. Les zones qui réfléchissent beaucoup apparaissent claires, les autres plus sombres.

L’échographie est très utilisée en obstétrique, en cardiologie et pour examiner des organes mous. Elle présente l’avantage de ne pas utiliser de rayons X ionisants et de donner des images en temps réel. L’effet Doppler permet même de mesurer la vitesse du sang dans les vaisseaux. Cependant, les os et les gaz réfléchissent fortement les ultrasons et peuvent gêner l’examen. La qualité de l’image dépend aussi du réglage de l’appareil et du geste de l’opérateur.