Nous allons envisager ici, dans un premier temps, la caractérisation morphologique (grosseur, forme) de certains organes (prostate, reins par exemple) ou la recherche de corps étrangers, de relativement faibles dimensions parfois, dans ces mêmes organes ou le sein pour la femme.
Examen échographique en ondes longitudinales
Au passage de l’onde, à un instant t, le bloc de matière situé à droite de la cote z subit, de la part de la matière située à gauche de la cote z, une force par unité de surface appelée contrainte 
Cette contrainte engendre un déplacement 
de chaque plan par rapport à sa position d’équilibre (en l’absence d’onde). Avec l’hypothèse de petites déformations, dans le domaine élastique du matériau, on peut montrer que, pour un élément de volume (de section S et d’épaisseur dz) soumis à une compression, on a :
E, appelé module de Young, est une caractéristique de la matière solide traversée. Ce module est tout à fait comparable au module de compression des gaz. L’onde longitudinale plane qui se propage dans le tissu mou rencontre en incidence normale une plaque osseuse de grandes dimensions latérales (selon Ox et Oy).
Emission de l’onde ultrasonore – Caractéristiques du faisceau émis
Préoccupons-nous maintenant de la génération de l’onde ultrasonore et des caractéristiques des faisceaux envoyés dans les tissus à partir de l’émetteur. Les ondes acoustiques sont générées par un disque piézoélectrique que l’on excite en appliquant une tension électrique de durée très brève entre ses bases. Une face de ce disque, collée sur un socle rigide est considérée comme fixe, l’autre sera considérée, dans un premier temps, comme libre.
Focalisation ultrasonore
Que ce soit dans l’optique de rechercher de très petits corps «étrangers» ou bien pour casser des calculs rénaux, ou bien encore pour détruire des cellules cancéreuses (c’est une voie thérapeutique pour le traitement du cancer de la prostate, mis en application clinique depuis quelques années par une équipe lyonnaise), on a cherché à focaliser les ultrasons sur l’élément de volume du tissu concerné. Une méthode consiste à utiliser une lentille ultrasonore dont une des faces, plane, est collée sur l’élément piézoélectrique.
Examen échographique en ondes transversales
Si la détection de corps étrangers de nature chimique différente de celle de l’organe examiné est efficace avec des ondes longitudinales, celles-ci ne permettent pas de déceler des déviances pathologiques de ces tissus comme c’est le cas des tumeurs cancéreuses qui présentent sensiblement le même module d’Young que celui des tissus sains.
De nouvelles méthodes d’échographie utilisant des ondes transversales sont, depuis quelques années seulement, en voie de développement; elles permettront notamment à terme de remplacer la palpation réalisée par le médecin avec ses mains, sur le corps du patient (en particulier, palpation du sein chez la femme) ; cette méthode de diagnostic exige de l’expérience et de l’adresse, et elle n’est pas infaillible...
Les ondes transversales ne peuvent se propager dans les gaz ou les liquides; en revanche, elles peuvent se propager dans les solides comme les métaux, les matériaux composites et aussi les tissus mous (et les os bien sûr) du corps humain. La contrainte qui s’exerce parallèlement aux plans atomiques (moléculaires), appelée contrainte de cisaillement,
représente la force qui s’exerce par unité de surface d’un plan (xOy). Comme pour les ondes longitudinales, dans l’hypothèse de déformations de faible amplitude (domaine élastique), il y a proportionnalité entre σx (z,t) et la déformation induite ux(z, t). On a alors la relation:
Dans les tissus mous, le module de cisaillement est bien plus faible que le module d’Young: G est de l’ordre de 10^2 à 10^7 Pa. L’intérêt médical du module de cisaillement tient au fait qu’il varie beaucoup selon l’état pathologique des tissus. Ainsi dans le sein, la valeur du module de cisaillement peut être multipliée par 10 quand on compare un carcinome avec les tissus glandulaires normaux.
Toutefois ces ondes de cisaillement relativement lentes (entre 1 et 10 m/s) ne sont observables qu’aux fréquences sonores (f < 1000 Hz); au-delà elles sont beaucoup trop atténuées. Ceci entraîne une faible résolution spatiale de l’ordre de quelques centimètres.
Une technologie très récente permet d’améliorer la résolution; elle consiste à suivre l’évolution spatiale de ces ondes de cisaillement à l’aide d’un faisceau ultrasonore capable de réaliser des milliers d’images par seconde. La résolution est alors celle liée aux ultrasons c’est-à-dire de l’ordre du mm.
L'examen magnétoencéphalographique - les clefs du cerveau
Le cerveau humain est le siège d’une activité spontanée biochimique et électrique. Cette activité électrique intracérébrale donne naissance à des fluctuations de différences de potentiel entre deux points du scalp de l’homme. L’enregistrement de ces fluctuations constitue l’électroencéphalographie (E.E.G). Cette même activité électrique provoque également des fluctuations du champ magnétique au voisinage de la surface du scalp. L’enregistrement des variations du champ magnétique en plusieurs sites du scalp est appelé magnétoencéphalographie (M.E.G). Les applications de ces techniques en neurophysiologie sont très nombreuses. Les plus importantes concernent l’étude de l’activité liée à un événement: perception d’un son, d’une image, d’une odeur ou la programmation d’un acte moteur. D’autres applications concernent l’évaluation fonctionnelle pré-chirurgicale ou bien la plasticité neuronale consécutive à des lésions centrales. Enfin, la M.E.G. constitue une technologie fiable et précise pour les sciences cognitives dont les objectifs sont le décodage des mécanismes de la pensée, de la mémoire, des émotions, des sentiments.
Cet article n'est qu'une courte introduction au livre présenté ci-dessous, comprenant quant à lui une analyse complète du sujet.
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Extrait du titre : La Physique autour de nous : De l'observation à l'innovation
Par : Daniel Babot et Véronique Massardier-Jourdan
Collection : METIS Lyon Tech
Publié chez EPFL PRESS