L’échographie est une technique d’imagerie employant des ultrasons. Elle est utilisée de manière courante en médecine humaine et vétérinaire, mais peut aussi être employée en recherche et dans l’industrie.

Le mot « échographie » provient de la nymphe Écho dans la mythologie grecque qui personnifiait ce phénomène et d’une racine grecque Graphô (écrire). Il se définit donc comme étant «un écrit par l’écho».

Le terme « échographie » désigne aussi bien l’acte médical que l’image qui en découle, abrégé au féminin en « une écho ».

L’appareil permettant l’échographie est un « échographe ». Les appareils modernes comportent tous une fonction Doppler. C’est pourquoi on parle d’« échographie Doppler » (abrégée en « écho-doppler »).

Le médecin, le manipulateur en électroradiologie médicale, ou la sage femme qui pratique une échographie est un « échographiste».

Histoire d’échographie 

L’échographie moderne est le fruit de plus de 200 ans de recherche scientifique multidisciplinaire, associant physiciens, mathématiciens, biologistes, médecins et informaticiens. En effet, en 1828, Jean-Daniel Colladon, un physicien suisse, parvient à déterminer la vitesse de propagation du son dans l’eau.

Cette découverte fut essentielle dans le développement de plusieurs outils reposant sur l’émission et la réception d’ondes sonores. En 1838, un chercheur de l’université de Virginie aux États-Unis, tenta de cartographier les fonds marins grâce à un outil basé sur cette méthode.

Sa tentative fut un échec, mais son idée inspira les inventeurs du sonar pendant l’entre-deux-guerres, qui disposaient alors de moyens technologiques plus avancés1.

Le sonar (acronyme issu de l’anglais “sound navigation and ranging”) est une technique développée pour détecter et localiser les objets sous l’eau. Un sonar émet une impulsion sonore et reçoit l’écho qui est produit lorsque cette impulsion rencontre un objet.

Le temps écoulé entre l’émission de l’impulsion sonore et la réception de l’écho est mesurée, et connaissant la vitesse de propagation du son dans l’eau, il est possible de déterminer la distance entre l’émetteur et l’objet. L’échographie moderne repose sur les mêmes principes physiques que le sonar.

Les recherches sur un tel système furent catalysés notamment par le naufrage du Titanic, par la nécessité de cartographier les fonds marins pour le déploiement des lignes télégraphiques, et par la volonté de détecter les sous-marins ennemis lors de la première et de la deuxième Guerre Mondiale. Les industriels jouèrent également un rôle important dans l’amélioration de la précision des dispositifs.

En effet, les industriels s’intéressaient à cette technologie pour détecter les défauts de fabrication dans les carrosseries de voitures et les coques de bateaux. Leurs recherches permirent d’augmenter la fréquence d’émission des impulsions sonores et de mesurer le temps plus précisément entre l’émission de l’onde et la réception de l’écho1.

Les premières expérimentations dans le domaine médical datent de la fin des années 1930, lorsque Karl Dussik, neurologue, et son frère Friedrich Dussik, physicien, essayèrent d’utiliser les ultrasons pour diagnostiquer des tumeurs cérébrales, mais sans succès.

Concernant l’utilisation de l’échographie dans le domaine médical, les avancées majeures eurent lieu dans les années 1950. Le britannique John Wild s’intéressa à l’utilisation des ultrasons pour détecter des tumeurs et des calculs, et publia la première image échographique en 2D en 1952.

A Denver, Douglas Howry développa un système, le Pan Scanner, qui nécessitait une immersion de la zone étudiée. Pendant ce temps, à l’université de Glasgow en Écosse, l’obstétricien Ian Donald modifiait un échographe industriel conçu pour détecter les défauts dans les coques de bateaux.

En 1958, il publia un article fondateur dans le domaine de l’échographie médicale en gynécologie, contenant les premières images échographiques d’un foetus en 2D.

Depuis les avancées majeures des années 1950, l’utilisation de l’échographie dans le domaine médical s’est développée considérablement, notamment grâce aux avancées technologiques qui ont permis de réduire la taille et le coût des échographes tout en améliorant leur précision1.

Le fonctionnement de l’échographie

A) Matériel nécessaire

L’appareil permettant d’effectuer une échographie est l’échographe (cf : représentation ci-dessous).

Voici plus en détail les différents éléments composant l’échographe :

• La sonde : Elle permet l’émission et la réception des ultrasons.
• Le moniteur : C’est sur lui que l’image s’affiche.
• Le gel : Il est appliqué sur le ventre de la femme afin que l’atténuation des ultrasons, due à la fine couche d’air entre la sonde et le ventre, soit plus faible. En effet, son impédance acoustique avoisine celle de la peau.

Les autres éléments de l’échographe servent à recevoir et à traiter les données, ce que nous allons détailler dans les parties qui suivent.

B) Déroulement de l’examen

L’échographie se pratique toujours dans une pièce sombre afin de faciliter la lecture des images (il est également conseillé de ne pas avoir la vessie vide pour que l’image obtenue soit de meilleure qualité). C’est une pratique qui, en plus d’être indolore et de ne pas nécessiter d’anesthésie, est sans danger ni pour la femme et ni pour le fÅ“tus. Elle dure généralement entre 15 et 30 minutes.

• Une fois la femme allongée, le médecin enduit son ventre de gel.
• Il passe ensuite la sonde sur le ventre de la femme (il est généralement conseillé de retenir sa respiration quelques secondes durant cette étape afin d’immobiliser les organes et de s’affranchir des mouvements respiratoires). Cette sonde envoie des ultrasons à travers les tissus et les organes du ventre de la femme, qui sont renvoyés sous forme d’écho. Ces ultrasons sont ensuite amplifiés et transformés en signaux par le système informatique de l’échographe et sont retransmis sous forme d’images sur le moniteur.

Intéressons-nous désormais au le fonctionnement de la sonde :

La sonde sert à la fois à envoyer et à émettre des ultrasons. Elle effectue deux étapes : tout d’abord, elle transforme l’impulsion électrique, fournie par un générateur, en ultrason. Puis, elle convertit les informations ultrasonores, obtenues par réflexion, en signaux électriques qui sont envoyés à l’échographe.

Pour commencer, il faut savoir que la sonde utilise un effet appelé effet piézo-électrique. Cette propriété, comme vous pouvez le voir sur le schéma ci-contre, consiste en la polarisation d’un matériau dit piézo-électrique lorsque celui-ci est soumis à une contrainte mécanique, c’est-à-dire une force exercée sur ce matériau.

Certains matériaux ont cette propriété (le plus connu et le plus utilisé, notamment en horlogerie, est le quartz). En l’occurrence, les sondes utilisées en échographies sont constituées en leur sein d’une couche de céramique, qui est un matériau piézo-électrique.

L’émission des ultrasons par la sonde

La céramique, qui reçoit les impulsions électriques du générateur, se déforme et se polarise grâce à sa propriété piézo-électrique. Cela engendre des vibrations mécaniques qui se transmettent de proche en proche, permettant alors la production d’ultrasons.

La réception des ultrasons par la sonde

C’est l’effet inverse qui se produit : lorsque les ultrasons sont réfléchis dans l’organisme, la céramique se déforme d’une manière particulière à cause des différentes pressions exercées sur elle (dues à la rencontre de différents milieux et/ou organes par la salve d’ultrasons émise).

Ces différences de pressions, dépendant de l’intensité de l’écho, sont interprétées. Puis, les informations sont envoyées au système informatique de l’échographe, qui s’occupe de les traiter.

Nous allons maintenant voir comment l’image est formée à partir de ces informations.

C) Formation de l’image

Echographie signifie littéralement : « écriture par l’écho ». En effet, pour former une image, l’échographe utilise le principe de réflexion des ultrasons : une sonde émet une salve d’ultrasons puis se met à l’écoute des échos réfléchis.

Le corps étant un milieu notamment constitué d’eau, les ultrasons s’y déplacent à une vitesse de 1460 m.s-1. Lorsque les ultrasons rencontrent des tissus, graisses ou organes, leur vitesse de propagation change, elle peut alors varier entre 1480 et 1600 m.s-1.

Grâce à ces différences de vitesse de propagation, couplées à la masse volumique de l’organe, chaque organe de notre corps a une impédance acoustique qui lui est propre. Cela permet donc une réflexion partielle des ultrasons entre deux tissus de caractéristiques acoustiques différentes.

L’image ci-contre illustre bien le fonctionnement de l’échographie. On peut observer que grâce au temps entre l’émission et la réception des ultrasons, et connaissant les vitesses de propagation dans les tissus, l’échographe peut mesurer la distance qui sépare les différentes interfaces.

Cependant, lorsque les ultrasons ne sont envoyés que dans une seule direction, l’échographe n’obtient qu’une ligne d’image. Afin d’avoir une image complète, il faut effectuer un balayage sur la surface à échographier. Si, autrefois, c’était au praticien de faire le balayage, de nos jours les sondes le font automatiquement.

C’est grâce à l’automatisme du balayage que l’on dit souvent que l’échographie est « dynamique ». En effet, un blayage manuel exigeait de s’attarder plusieurs secondes sur chaque image.

En sachant qu’il faut environ 250 µs pour explorer une seule ligne d’image à 20 cm de profondeur, un balayage de deux secondes offre un enregistrement possible de 8000 lignes d’image, ce qui est largement trop important puisque quelques centaines de lignes seraient suffisantes : c’était un gaspillage de l’information.

L’automatisme, et donc l’accélération, du blayage a permis d’obtenir une cadence suffisante pour réduire ce gaspillage de l’information et par conséquent de donner cette impression de simultanéité (à l’échelle de la vision humaine) entre l’information reçue par la sonde et l’image apparraisssant sur le moniteur.

L’image obtenue n’est pas en couleur, elle est en nuances de gris. Chaque écho est représenté par un point sur le moniteur et en fonction de l’amplitude de l’écho, le point est plus ou moins brillant.

Ainsi, lorsque l’amplitude est grande, cela signifie que l’ultrason est fortement réfléchi, le milieu est dit échogène et la couleur tend alors vers le blanc, tandis que, dans le cas contraire, la couleur tend vers le noir.

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En outre, la qualité de l’image dépend de la fréquence des ultrasons. Plus la fréquence est élevée, plus la résolution de l’image est bonne. Cependant, une fréquence élevée entraîne une atténuation des ultrasons plus rapide c’est pourquoi il faut régler la fréquence en fonction de la profondeur de ce qui doit être analysé.

Ainsi, demandons-nous comment l’image obtenue grâce à l’échographie permet de détecter la trisomie 21.