Qu'est-ce que l'échographie ?

Pour simplifier : comme son nom l’indique, un ultrason est une onde sonore. Les ondes sonores se propagent sous forme d’ondes mécaniques longitudinales, avec un mouvement de va-et-vient des particules parallèle à leur direction de propagation. Contrairement aux sons que nous entendons, l’ultrason est un son de haute fréquence inaudible, car sa fréquence est supérieure à 20 kHz. 

La sonde à ultrasons émet des ondes sonores et les détecte lorsqu'elles sont réfléchies par le tissu traversé. L'incidence désigne l'angle entre le faisceau ultrasonore et le plan du tissu. Pour la réflexion, l'angle d'incidence est inférieur à 90 degrés ; la réflexion se produit aux limites et interfaces des tissus. 

Voici comment les ultrasons sont réfléchis par les tissus : A. Ondes sonores émises (en bleu) par une sonde à ultrasons et réfléchies par un milieu (en violet). B. Image détaillée d'une onde sonore unique montrant son incidence, sa réflexion et sa transmission.

Les ondes réfléchies sont ensuite converties en images ultrasonores. Les réflexions fortes donnent des structures hyperéchogènes (brillantes et blanches), et les réflexions faibles des structures hypoéchogènes (gris foncé et noires).

Onde sonore

Les ultrasons sont constitués d'un faisceau d'ondes sonores. Examinons de plus près les propriétés physiques d'une onde sonore individuelle.

Voici à quoi ressemble une onde (ultra)sonore. En bas : différence entre une onde sonore de haute et de basse fréquence.

• Amplitude: La hauteur de la vague indique sa force ou son énergie. 
• Longueur d'onde: La longueur de l'espace sur laquelle se déroule un cycle ; la distance parcourue du début à la fin d'un cycle. En pratique, le cycle est important pour la résolution entre deux points de l'espace. 
• Période: Le temps nécessaire à une onde sonore pour effectuer un cycle complet ; il est mesuré en microsecondes (µs). 
• Fréquence : Le nombre de cycles répétés par seconde, mesuré en hertz (Hz).

Fait intéressant

L'oreille humaine, dans des conditions idéales, peut entendre les sons de 20 à 20 000 Hz. Les ultrasons étant situés au-delà de cette plage de fréquences, ils sont inaudibles. 

Vitesse acoustique

La vitesse acoustique est la vitesse à laquelle une onde sonore se propage par un certain milieu. Puisque l'appareil à ultrasons mesure le temps de retour des ultrasons, il peut calculer le position spatiale (profondeur) des tissus à partir desquels il est réfléchi vers le transducteur.

• Formule: c = fx λ
  • Vitesse acoustique : c, fréquence : f, longueur d’onde : λ. 
• Formule: c = (κ/ρ)½
  • Vitesse acoustique : c, densité : ρ, rigidité : κ.

Comprenons les facteurs qui influencent la vitesse et la propagation des ultrasons : la densité et la rigidité des tissus. 

• Densité: La concentration d'un milieu (par exemple, un tissu) à travers lequel se propage l'ultrason. 
• Rigidité: La résistance d'un milieu (par exemple, un tissu) à la compression. 

Faits intéressants

• La vitesse de propagation augmente avec la rigidité ou diminue avec la densité.
• La vitesse de propagation moyenne dans les tissus mous est de 1540 m/s (varie de 1400 à 1640 m/s). 
• Les ultrasons ne peuvent pas pénétrer les tissus pulmonaires ou osseux.

Impédance acoustique

L'impédance acoustique est le degré de difficulté pour une onde sonore de se propager à travers un milieu ou résistance/obstacle pour sa propagation. Les ondes sonores se réfléchissent lorsqu'il y a un changement de densité et donc d'impédance acoustique. Des différences de densité croissantes entraîneront davantage de réflexions.

Impédances acoustiques des tissus humains.

• Formule: z = ρc
  • Impédance acoustique : z, densité : ρ, vitesse acoustique : c. 

Faits intéressants

• Les tissus homogènes ne présentent que peu d'interfaces et, de ce fait, une faible impédance acoustique et une faible réflexion. Résultat: L'image américaine apparaît sous forme de structures hypoéchogènes.
• L'impédance acoustique augmente lorsque la vitesse de propagation ou la densité du milieu augmente, par exemple en augmentant la pression sur le transducteur à ultrasons. Résultat: L'application d'une pression sur la sonde à ultrasons peut améliorer la résolution de l'image. 
• L'os réfléchit ou absorbe la plupart des ondes ultrasonores. Résultat: Ombres foncées ou perte d'image derrière l'os. 

Coefficient d'atténuation

Le coefficient d'atténuation est le paramètre utilisé pour estimer diminution de l'amplitude L'atténuation des ondes ultrasonores après réflexion sur les tissus est proportionnelle à la fréquence. 

Résultat: La capacité à imager les tissus à des profondeurs croissantes diminue à mesure que la fréquence augmente.

L'atténuation augmente avec la fréquence de l'onde ultrasonore, et la distance parcourue par celle-ci diminue. Il est à noter que l'onde de 8 MHz pénètre plus profondément que celles de 10 MHz ou de 12 MHz.