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Spécial “ Acoustics’08 ”
Acoustique
&
Techniques n° 53
Imagerie et thérapie : applications médicales
des ultrasons
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 1 540 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 est le produit de leur
densité
ρ
par la vitesse de propagation c des ultrasons.
Cette impédance est voisine de celle de l’eau avec des
valeurs comprises en 1,3 et 1,7 MRa.(106 kg.m-
2
.s
-1
). 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
applicationsmédicales sont essentiellement réalisés à base
de céramiques ferroélectriques de type PZT (zirconate-
titanate de plomb). Ces céramiques à fort coefficient
de couplage électro-acoustiques 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. Les polymères piézo-
électriques ont une impédance acoustique plus faible que
les céramiques, mais malgré de nombreux travaux de
mise au point, ils présentent des coefficients de couplage
électro-acoustiques encore insuffisants.
Pour maintenir une bonne sensibilité et une large bande
passante, tout en abaissant l’impédance acoustique
du matériau piézo-électrique, il a donc été nécessaire
d’évoluer vers des matériaux composites. On associe
une phase résine inerte et légère à la phase piézo-
électrique. Le matériau obtenu a plusieurs caractéristiques
intéressantes :
- une impédance 2 à 3 fois plus faible que celle de la
céramique initiale ;
- un coefficient de couplage kt meilleur que celui de la
céramique ;
Léandre Pourcelot
Université F. Rabelais
UFR de Médecine
10, boulevard Tonnellé
37032 Tours CEDEX 1
E-mail : Leandre.Pourcelot@med.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 entre 200 et 300 par jour.