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CFA - Tours 2006
Acoustique
&
Techniques n° 45
Généralités
Les fréquences ultrasonores les plus utilisées en médecine
sont situées dans la gamme allant de 3 à 15 MHz, ce qui
correspond à des longueurs d’onde d’une fraction de
millimètre, la vitesse des ultrasons dans les tissus mous étant
de 1540 m. s
-1
+/– 5%.
Les ultrasons se propagent assez bien dans les tissus du
corps humain, le coefficient d’atténuation varie de 0,5 à 3,5 dB
cm
-1
MHz
-1
. Cette atténuation est sensiblement proportionnelle
à la fréquence ultrasonore utilisée.
L’impédance acoustique z des tissus (produit de leur densité
ρ
par la vitesse de propagation c des ultrasons) est voisine
de celle de l’eau avec des valeurs comprises entre 1,3 et 1,7
MRa. La différence d’impédance acoustique entre deux milieux
est à l’origine des échos renvoyés par les tissus traversés.
Des échos dits spéculaires (un peu comme la réflexion sur
un miroir pour la lumière) sont obtenus sur les capsules
d’organes, les fibres tendineuses ou musculaires et les parois
vasculaires, mais ils n’ont pas un intérêt majeur en diagnostic.
En effet, ce sont les échos de diffusion (speckle en anglais) qui
contribuent à créer l’image de la « texture ultrasonore » d’un
organe (le verre dépoli pour la lumière), et permettent donc
de différencier un tissu sain d’un tissu malade.
Les capteurs
Les capteurs d’imagerie et de détection Doppler à applications
médicales sont essentiellement réalisés à base de céramiques
ferroélectriques de type PZT (zirconate titanate de plomb). Ces
céramiques à fort coefficient de couplage électroacoustiques
kt ont des impédances acoustiques 15 à 20 fois supérieures
à celles des tissus biologiques, ce qui pose des problèmes
d’adaptation d’impédance entre ces deux milieux. Pour
maintenir une bonne sensibilité et une large bande passante,
tout en abaissant l’impédance acoustique du matériau piézo
électrique, il a été nécessaire d’évoluer vers des matériaux
composites incorporant une phase inerte à base de résine.
Le matériau obtenu présente une impédance 2 à 3 fois plus
faible que celle de la céramique initiale, et un coefficient de
couplage kt meilleur que celui de la céramique.
De nouveaux capteurs à base de silicium et basés sur
l’effet diélectrique (CMUTs pour « capacitive micromachined
ultrasonic transducers »), sont en cours de développement.
Les cellules élémentaires des condensateurs élémentaires
ont des dimensions de quelques dizaines de microns. Elles
sont constituées d’une fine membrane métallisée recouvrant
une cavité, la membrane se déformant sous l’effet d’un champ
électrique. Les premières barrettes de transducteurs utilisant
cette technologie donnent des résultats très encourageants.
Ultrasons et médecine : un mariage réussi
GIP Ultrasons
LUSSI CNRS FRE 2442
Université F. Rabelais
UFR de Médecine
Bat. Vialle
10, boulevard Tonnellé
37032 Tours CEDEX 1
htpp://www.lussi.univ-tours.fr
Les techniques ultrasonores appliquées à la médecine ont
été développées dans les années 1950 et ont commencé à
être utilisées en routine vers le début des années 1970. Ces
techniques dérivent de celles qui ont été mises au point pour
le radar, le sonar sous-marin et le contrôle non destructif
des matériaux. Cependant en raison de leur application
particulière en milieu médical, certaines d’entre elles ont
été considérablement modifiées pour rendre leur utilisation
simple et efficace.
Les techniques ultrasonores ont de nombreux avantages
par rapport aux autres méthodes d’exploration du corps
humain : elles sont non ionisantes, non dangereuses, et
faciles à mettre en œuvre. D’autre part, elles autorisent une
visualisation en temps réel des organes comme le cœur et
le sang circulant. Leur prix de revient est très compétitif, de
sorte que le rythme d’examens par ultrasons dans un Centre
Hospitalo-Universitaire français de taille moyenne devrait
osciller autour de 200 par jour.