Le transducteur à ultrasons

Le transducteur à ultrasons et les cristaux piézoélectriques

Le transducteur à ultrasons génère des ondes ultrasonores. Le transducteur est tenu d’une main et sa position ainsi que son angle sont ajustés pour envoyer des ondes ultrasonores à travers les structures à visualiser.

Les ondes ultrasonores sont émises rapidement par le transducteur. Ces ondes sonores traversent les tissus et les fluides. Une partie des ondes sonores est réfléchie vers le transducteur. En analysant les ondes sonores réfléchies, l’appareil à ultrasons crée une image des tissus. Le principe de l’imagerie par ultrasons est donc simple : des ondes sonores sont envoyées dans les tissus et les ondes réfléchies sont utilisées pour créer une image des tissus (figure 1).

Cristaux piézoélectriques

Les ondes ultrasonores sont générées par des cristaux de céramique présentant des propriétés piézoélectriques (c’est-à-dire des cristaux piézoélectriques). Des milliers de cristaux piézoélectriques sont fixés à l’avant du transducteur (figure 2). Les cristaux sont reliés à l’appareil à ultrasons par des électrodes.

Les cristaux piézoélectriques ont des propriétés électromécaniques uniques. Lorsqu’un courant électrique est appliqué à un cristal piézoélectrique, celui-ci se met à vibrer et ces vibrations génèrent des ondes sonores dont les fréquences sont comprises entre 1,5 et 8 MHz (c’est-à-dire des ultrasons). Les cristaux piézoélectriques peuvent donc convertir des courants électriques en ondes ultrasonores. Les cristaux peuvent également faire l’inverse ; lorsque les cristaux sont touchés par des ondes ultrasonores réfléchies, ils se mettent à vibrer et ces vibrations mécaniques sont converties en courant électrique qui est renvoyé à l’appareil à ultrasons, où le signal électrique est interprété et traduit en une image (figure 3).

Comme le montre la figure 2, le transducteur à ultrasons contient plusieurs composants. Le transducteur contient une isolation acoustique qui garantit qu’aucune autre onde sonore n’affecte le transducteur. Les cristaux sont soutenus par une couche arrière qui supprime les vibrations des cristaux, ce qui permet d’envoyer des ondes sonores en impulsions plus courtes et d’améliorer ainsi la résolution (voir ci-dessous). Devant les cristaux se trouvent des matériaux (couche d’adaptation) qui réduisent la différence d’impédance entre les cristaux et le tissu à étudier. Sans cette couche, la différence d’impédance devient importante, ce qui entraîne la réflexion d’une trop grande partie des ondes sonores (qui sont donc moins nombreuses à pénétrer dans les tissus). À l’avant du transducteur se trouve une lentille acoustique. Il s’agit du caoutchouc dur qui concentre les ondes ultrasonores, ce qui réduit la dispersion des ondes et augmente la résolution de l’image.

Les ondes ultrasonores sont émises par le transducteur sous forme d’impulsions. Chaque impulsion consiste en quelques ondes sonores émises en 1 à 2 millisecondes. Ces ondes sonores traversent la peau, le thorax, le péricarde, le myocarde, etc. Lors de la transition entre chaque milieu (tissu, sang, etc.), une partie importante de toutes les ondes sonores est réfléchie vers le transducteur. Lorsque le son réfléchi atteint les cristaux piézoélectriques, ceux-ci commencent à vibrer et à générer des courants électriques, qui sont transmis à l’appareil à ultrasons pour analyse.

Les ondes sonores réfléchies ont la même vitesse que les ondes sonores émises, mais l’amplitude, la fréquence et l’angle d’incidence peuvent différer des ondes sonores émises. L’appareil à ultrasons utilise les variations d’amplitude, de fréquence et de synchronisation des ondes sonores réfléchies pour créer une image du milieu (tissu).