Un article du professeur Carr Everbach publié dans l'édition du mois de mars de la revue Physics Today distribuée aux membres de l'Association américaine des physiciens fait le tour des percées dans le domaine de l'imagerie par ultrasons et m'a permis de rafraîchir mes connaissances qui dataient un peu. Je ne peux pas résister à l'envie de partager ces développements avec vous!
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L'idée d'utiliser le son pour mesurer la distance à un objet ne date pas d'hier. Pour connaître la profondeur d'une voie navigable, les anciens Grecs avaient l'habitude de laisser tomber un morceau de plomb dans l'eau et de compter les secondes jusqu'à ce qu'ils entendent le « pong » émis lorsque le poids touchait le sol. C'est de là que viendrait le mot « sonder », d'ailleurs. Les techniques se sont raffinées avec le temps, bien sûr, et le sonar fit son apparition durant la Deuxième Guerre, pour permettre aux navires de repérer les mouvements sous-marins. Le principe est simple : on émet un son précis et on mesure le temps que l'écho met à nous revenir. Puisque le son se propage dans l'eau à environ 1500 m/s, il était assez facile d'obtenir une bonne précision même avec les instruments de l'époque.
Après la guerre, on se tourna vers les applications médicales. En effet, une onde est réfléchie lorsqu'elle change de milieu, défini par une impédance acoustique particulière (équivalente à un indice de réfraction pour la lumière). Donc si on envoie une onde sonore à travers le corps humain, on pourra entendre un écho chaque fois que l'onde arrive à la surface d'un nouveau tissu. Tout comme pour le sonar, chaque écho va nous parvenir avec un délai par rapport à l'écho suivant. On pourra donc reconstruire les différentes couches traversées par le son en comptant le temps entre chaque écho qui nous revient.
Les nouvelles techniques de l'ultrason poursuivent dans cette direction tout en utilisant une superposition de plusieurs signaux générés par une série d'émetteurs positionnés de manière à produire de trains d'ondes ciblés et optimisés au vol en fonction de la qualité des images, ce qui permet d'obtenir des images bien nettes d'un coeur battant ou du sexe d'un fétus. Tout récemment, à la fin des années 1990, on a mis au point des techniques non linéaires qui ne mesurent plus l'amplitude de l'écho à la fréquence de l'impulsion émise, mais à deux fois celle-ci. Les tissus du corps humain sont très mous sans être ni solide ni liquide. La mesure du transfert d'énergie à une fréquence deux fois celle du signal entrant permet justement de mesurer la différence entre un solide parfait et les tissus humains et amplifie le contraste entre les matériaux biologiques traversés. On obtient ainsi des images beaucoup plus nettes et plus précises.
Grâce à l'effet Doppler, la sonographie peut également mesurer le flux sanguin sans avoir à opérer. Tout comme pour le bruit de la cloche d'un train qui passe à côté de nous, la fréquence de l'écho change selon que le signal frappe un liquide qui s'approche ou s'éloigne. En mesurant ces changements de fréquence, il est donc possible de connaître la vitesse et la direction du sang dans les artères. Malheureusement, la mesure de changement de fréquence implique normalement la perte de l'information spatiale : on peut connaître la vitesse du sang, mais pas où il coule, ce qui n'est pas très utile. On a résolu ce problème dans les années 1970 en copiant les mécanismes utilisés par les chauves-souris et les dauphins. Au lieu d'envoyer une impulsion continue, il suffit d'émettre des trains d'ondes de longueur comparable à ce qu'on veut mesurer et le tour est joué! Les progrès se sont poursuivis depuis ce temps et les ultrasons permettent maintenant d'identifier les artères bloquées, les valves cardiaques qui fuient, et bien d'autres problèmes encore!
Et ce n'est pas fini. Voilà qu'on parle maintenant d'utiliser les ultrasons afin de cibler l'activité des médicaments! L'idée est d'envelopper des bulles de gaz du médicament qu'on veut distribuer et de l'injecter dans le corps. L'envoi d'ultrasons sur l'organe qui nous intéresse va faire vibrer les bulles qui passent par là et faciliter l'émission des molécules du médicament dans cette région seulement, tout en limitant la livraison ailleurs dans l'organisme.
Décidemment, les ultrasons ne sont pas aussi ringards qu'on pourrait le croire! Et ce n'est qu'un début. Qui sait ce que cette technique élégante nous réserve?
