Échographie · The Last Codex

L'échographie dessine l'intérieur du corps à partir d'échos. Une sonde posée sur la peau envoie de brèves salves de son, bien au-delà de ce que l'oreille entend, et écoute les faibles échos qui reviennent des limites entre organes et tissus. Le temps de retour de chaque écho donne sa profondeur, sa force donne sa luminosité. En 1948, George Ludwig, à l'Institut de recherche médicale de la marine américaine, commença à détecter par leurs échos ultrasonores des calculs biliaires dans des tissus animaux ; les images en deux dimensions suivirent en 1952, et la méthode sert aujourd'hui du suivi de grossesse au cœur.

Ce que c’est

L’échographie montre sur un écran les organes, les vaisseaux et le fœtus qui grandit, pendant que le patient reste allongé, immobile et éveillé. Une sonde tenue à la main glisse sur la peau sur un film de gel, et l’image change à mesure qu’elle se déplace. Les médecins s’en servent pour examiner l’abdomen, le sein, l’œil, le cœur et la circulation du sang, pour suivre une grossesse et pour guider une aiguille pendant une biopsie.

La méthode utilise le son à la place des rayons X. Comme elle n’envoie aucun rayonnement ionisant dans le corps, c’est l’examen habituel pendant la grossesse.

Comment ça marche

Coupe de l’extrémité d’une sonde d’échographie courbe vue de trois quarts : une rangée de fines plaques de céramique derrière une lentille caoutchouteuse, posée sur une couche de gel sur la peau, avec des fronts d’onde courbes qui s’étalent dans les tissus en dessous Les éléments de céramique de la sonde envoient le son et en captent aussi les échos.

La sonde contient une rangée de petites plaques de céramique piézoélectrique. Une brève impulsion électrique fait vibrer chaque plaque, qui émet une salve de son, bien au-delà de ce que l’oreille entend. Le gel comble l’espace entre la sonde et la peau pour que le son entre dans le corps. Chaque fois que le son rencontre la limite entre deux tissus, une partie revient en arrière. Les mêmes plaques captent ces échos et les changent de nouveau en signaux électriques.

Le son traverse les tissus mous à environ 1540 m/s. L’appareil chronomètre chaque écho : un écho qui revient deux fois plus tard vient de deux fois plus loin. Sa force règle la luminosité d’un point sur l’écran, et les échos forts apparaissent plus clairs. En tirant ligne après ligne le long de la rangée de plaques, l’appareil compose une coupe du corps, l’éventail gris qu’on appelle mode B. Répétées de nombreuses fois par seconde, les coupes donnent une image animée d’un cœur qui bat ou d’un fœtus qui bouge. Un mode Doppler mesure le léger changement de hauteur des échos renvoyés par le sang en mouvement pour montrer son écoulement. Les fréquences plus élevées donnent un faisceau plus étroit et plus de détail, mais pénètrent moins profond, car les tissus les absorbent davantage.

Comment faire

Un petit module télémètre à deux cylindres argentés, monté debout sur un disque de carton gradué en degrés, relié à une carte à microcontrôleur, avec trois boîtes posées sur la table devant lui et, à côté, une feuille de papier polaire portant trois arcs de points reportés Tourné pas à pas, un télémètre à ultrasons trace le contour des objets placés devant lui.

Un télémètre à ultrasons bon marché montre le principe de l’écho dans l’air. Le module HC-SR04, par exemple, fonctionne sur l’alimentation de 5 volts d’une carte à microcontrôleur comme une Arduino Uno alimentée par USB.

Reliez la broche VCC du module au 5 V, GND à la masse, Trig à une broche numérique et Echo à une autre. Dans le programme, envoyez sur Trig une courte impulsion de la durée indiquée par la fiche technique du module : il émet alors une salve d’ultrasons et maintient Echo à l’état haut jusqu’au retour de l’écho. Mesurez ce temps, divisez-le par deux, puisque le son a fait l’aller et le retour, et multipliez-le par la vitesse du son dans l’air pour obtenir la distance. Laissez une pause entre deux mesures pour que le dernier écho se soit éteint.

Collez le module debout sur un disque de carton gradué tous les 10 degrés et posez quelques boîtes sur la table devant lui, dans la plage de mesure indiquée par la fiche technique. Tournez le disque d’un cran à la fois de 0 à 180 degrés, notez la distance à chaque angle et reportez les points sur du papier polaire. Les points dessinent la face avant des boîtes. Le faisceau s’élargit en quittant le module, si bien que les bords sortent flous.

Histoire et évolution

Une expérience des années 1940 dessinée de trois quarts : un patient assis, le haut de la tête plongé dans un bain d’eau, deux transducteurs cylindriques face à face de part et d’autre de la tête sous l’eau, et des câbles menant à un meuble d’électronique à lampes Karl et Friedrich Dussik faisaient traverser la tête au son d’un transducteur à l’autre, tête et transducteurs plongés dans l’eau.

Pierre Curie décrit l’effet piézoélectrique en 1880. En 1915, Paul Langevin construit un hydrophone à ultrasons pour détecter les sous-marins, et en 1928 Sergueï Sokolov propose d’utiliser les ultrasons pour trouver les défauts dans le métal. En janvier 1940, H. Gohr et Th. Wedekind, de Cologne, suggèrent dans la Klinische Wochenschrift que des échos, comme dans le contrôle des métaux, pourraient révéler tumeurs, épanchements ou abcès, mais ils ne peuvent publier de résultats convaincants. Karl Dussik, neurologue à Vienne, commence vers 1937 à étudier les ultrasons pour le diagnostic. Son article de 1942 sur les vibrations mécaniques à haute fréquence comme aide au diagnostic traite de la distinction des tissus par le son qui les traverse et rapporte ses premiers essais. Avec son frère Friedrich, il construit un appareil qui envoie un faisceau d’ultrasons à travers la tête d’un transducteur à l’autre, le haut de la tête et les deux transducteurs plongés dans un bain d’eau, et enregistre le résultat sous forme de taches lumineuses sur du papier thermosensible. En 1947, ils obtiennent ce qu’ils prennent pour des images des ventricules du cerveau, mais en 1952 W. Güttner et ses collègues de Siemens montrent que ces figures sont des artefacts.

Les échos donnent des résultats plus sûrs. En 1948, George Ludwig, jeune officier à l’Institut de recherche médicale de la marine à Bethesda (Maryland), commence des expériences sur des tissus animaux avec un transducteur conçu pour déceler les défauts des métaux, et détecte des calculs biliaires par leurs échos. Il rend compte de ces travaux en juin 1949, puis travaille avec le laboratoire de bioacoustique du MIT. En 1952, John Wild et son ingénieur John Reid publient des images d’écho en deux dimensions, et Douglass Howry, à Denver, publie les siennes, obtenues en plongeant la partie du corps examinée dans de l’eau dégazée. À Glasgow, Ian Donald, John MacVicar et Tom Brown remplacent la cuve d’eau par une sonde au contact de la peau ; leur article du Lancet de 1958 marque le début de l’échographie obstétricale, et leurs travaux mènent à l’appareil Diasonograph.

Le Vidoson, mis au point par Richard Soldner chez Siemens au milieu des années 1960, montre des images animées en temps réel. Le convertisseur de balayage de George Kossoff, à la fin des années 1960, apporte les niveaux de gris, le second appareil ADR à barrette linéaire, le modèle 2130, suit en 1975, et l’Acuson 128 de Sam Maslak en 1983.