TP : Echographie
1/ Le principe de l’échographie.
Un échographe est composé d’une sonde qui permet l’émission et la réception d’ultrasons, d’un système de visualisation (un écran) et d’un système informatique.
La sonde est constituée d’un cristal piézo-électrique. Sous impulsions électriques, les grains qui composent le cristal se compressent et se dilatent plusieurs centaines de fois par seconde. Ce phénomène provoque des vibrations à très haute fréquence, qui sont la cause d’émission d’ultrasons. Ces ultrasons sont des sons inaudibles à l’oreille humaine, dont la fréquence est supérieure à 20 000 Hz (10 MHz environ pour l’échographie médicale).
Une fois émis, les ultrasons traversent un gel, préalablement réparti sur la surface de la peau et qui permet de mieux faire pénétrer les ultrasons.
Ensuite, l’onde ultrasonore atteint la peau du corps humain (onde incidente). Une partie de l’onde est réfléchie par la peau, tandis qu’une autre partie est transmise (ou réfractée) dans le corps. Les ultrasons vont alors rencontrer différents tissus qui vont plus ou moins les réfléchir selon leur composition et leur densité.
Selon les milieux traversés, le son ne se propage pas à la même vitesse : 340 m.s-1 dans l’air, 1500 m.s-1 dans l’eau du corps…
Ces échos (impulsions réfléchies) émis par les tissus parviennent jusqu’à la sonde et font vibrer cristal piézo-électrique. On obtient un signal électrique qui, traité par des
dispositifs électroniques et informatiques, permet de reconstituer l’image correspondante à la zone explorée.
Sur l’écran on peut visualiser l’image en noir et blanc. Les liquides, ne renvoient pas les échos, ils apparaîtront alors en noir sur l’écran. Les matières solides, tels que les os, réfléchissent très bien les ultrasons, elles apparaîtront donc en blanc brillant.
Les tissus mous apparaîtront en nuance de gris.
L’image est donnée en temps réel et permet au médecin de mesurer la taille des organes examinés. Lors
d’une grossesse, pour surveiller la croissance du fœtus, on mesure la taille du fémur, à différentes dates. Ces examens peuvent être répétés, ils sont inoffensifs (pas sûr !!!!)
En médecine, les ultrasons sont aussi utilisés pour détruire des tissus malades, des calculs rénaux, ou pour soigner des tissus endommagés. Ils permettent également de guérir certains types d'arthrose et de rhumatismes. De plus, certains chirurgiens utilisent des scalpels ultrasoniques : la précision des ondes ultrasonores leur permet d'opérer de façon plus fine qu'avec un scalpel normal, notamment dans des zones sensibles comme le cerveau et l'oreille.
Cette technique a ses limites : ainsi, les os, les muscles et les organes remplis d'air tels que les poumons ou le tube digestif ne laissent pas passer les ondes ultrasonores. Au contraire, les liquides sont de bons conducteurs d'ultrasons, c'est pourquoi on peut observer facilement l'appareil urinaire, le cœur, le pancréas ou le fœtus dans le liquide amniotique….
Les ultrasons sont aussi utilisés pour fabriquer des sonars, par les dauphins et les chauves-souris pour s’écho localiser dans l’espace, les pêcheurs et les océanographes pour visualiser les poissons et cartographier les fonds sous-marins. Les chiens et les grenouilles chinoises sont capables de détecter les ultrasons.
Questions ( à faire sur la 4ème page)
1/ Quel est le domaine de fréquence des ultrasons ?
2/ Quel objet place-t-on sur la mère pour faire une échographie ? Quel est son rôle ? 3/ Quelle est le rôle du gel échographique mis sur le ventre de la mère ?
4/ Que se passe-t-il lorsque un ultrason traverse un nouveau milieu ?
5/ Sur une échographie, on observe des zones blanches et des zones noires. Précise, pour ces zones, si l’écho est fort ou faible.
6/ Les ultrasons se déplacent-ils toujours à la même vitesse dans tous les milieux ?
2/ Mesure de la vitesse de ultrasons.
1/ Régler l’émetteur E en position salves et le placer assez loin du récepteur R.
2/ Visualiser :
sur la voie B de l'oscilloscope le signal reçu par le récepteur R ;
sur la voie A de l'oscilloscope le signal de l’émetteur E.
3/ Remplir le tableau ci-dessous dans lequel :
d : représente la distance entre l’émetteur E et le récepteur R.
∆t : représente le temps mis par l’ultrason pour parcourir la distance d (à mesurer avec l’oscilloscope).
V : vitesse calculée des ultrasons.
d 40 cm 60 cm 80 cm
∆t v
4/ En déduire, par moyenne des 3 valeurs, la vitesse de propagation des ultrasons dans l’air.
3/ Comportement des ultrasons face à un obstacle.
Le montage reste le même que précédemment.
On fait en sorte que les ultrasons rencontrent différents obstacles.
5/ Complète le tableau-ci-dessous en faisant l’expérience.
Matériau rencontré Feuille de papier Morceau de carton
Un papier
mouchoir La main
Observation
Interprétation
6/ Émettre une hypothèse sur ce que deviennent les ultrasons qui ne traversent pas l’obstacle :
7/ Proposer un protocole qui permette de vérifier cette hypothèse :
Appeler le professeur pour lui faire valider le protocole.
8/ Réaliser la manipulation proposée.
9/ Noter les observations faites
4/ Mise en évidence du phénomène de l’écho 10/ Placer maintenant l’émetteur et le récepteur côte à côte.
Placer un obstacle (plaque de carton,…) devant le dispositif.
Dans un premier temps, l'obstacle peut être une simple plaque de carton.
11/ Esquisse une ébauche de l’oscillogramme obtenu :
12/ Détermine la distance d entre l’obstacle et le système d’émetteur/ récepteur.
13/ Place maintenant un objet quelconque (mouchoir, playmobil ou bâton de colle) entre l’obstacle et le système d’émetteur récepteur. Qu’observes-tu ?
14/ Esquisse une ébauche de l’oscillogramme obtenu :
15/ Déduis à quelle distance l’objet (playmobil, mouchoir ou bâton de colle) se situe du système émetteur récepteur.
I. Mesure de la célérité des ultrasons Exemple de mesure :
Pour d = 12 cm = 12.10
-2m, on trouve Δt= 0,35 ms soit Δt =0,35.10
-3s. La vitesse des ultrasons est donc .
Dans le cas d'une différence importante avec le résultat trouvé par les élèves, le professeur leur donne le résultat, sur lequel ils se basent pour la suite.
II. Comportement des ultrasons face à un obstacle
Matériau rencontré Feuille de papier Morceau de carton
Un papier mouchoir
La main
Observation
Pas de signal reçu
Pas de signal reçu
Faible signal reçu Pas de signal reçu
Interprétation
Les ultrasons ne traversent pas l’obstacle
Les ultrasons ne traversent pas l’obstacle
Les ultrasons traversent l’obstacle
Les ultrasons ne traversent pas l’obstacle
Les ultrasons subissent un phénomène de réflexion, d’écho.
On peut vérifier l'hypothèse en plaçant le récepteur du côté de l’émetteur.
III. Mise en évidence du phénomène de l’écho On obtient l’oscillogramme suivant :
Il y a de multiples retours d’ultrasons mais on peut faire l’analyse suivante : 1 : retour des ultrasons après réflexion sur le devant de la boite.
2 : retour des ultrasons après réflexion sur l’arrière de la boite.
V. Application à l’échographie
L’oscillogramme obtenu a l’allure suivante :
1 : Le signal du retour des ultrasons réfléchis sur le papier est noyé dans celui de l’émetteur (peu importe).
2 : Signal retour des ultrasons réfléchis sur le personnage.
3 : Ce signal plus fort représente les ultrasons réfléchis sur le fond de la boite.
1 2
Δt
