Activité 3 : Voir à l`intérieur du corps humain par échographie

THEME : LA SANTE sous-thème : Le diagnostique médical
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Activité 3 : Voir à l’intérieur du corps humain par échographie (activité expérimentale 2h)
A. Les ultrasons :
Un générateur alimente un émetteur d’ultrasons en mode salves.
Les figures 1 et 2 du document 1 donnent l’évolution au cours du temps du signal ultrasonore émis.
vTravail à réaliser :
a) Déterminer la période T du signal émis.
b) Justifier à partir des informations fournies sur le document 1 qu’il s’agit bien d’un ultrason.
c) Mesurer la durée d’un son, ainsi que la durée d’un silence séparant deux sons consécutifs.
d) Décrire ce qui serait entendu si ces sons étaient audibles.
document 1 : information sur les ultrasons
L'ultrason est un son, c'est-à-dire une onde mécanique qui se propage en ligne droite dans les gaz, les
liquides, les tissus mous (chair, organes) ou les solides et dont la fréquence est supérieure à 20 000 Hz. Il ne se
propage pas dans le vide contrairement à la lumière.
Le nom vient du fait que leur fréquence est trop élevée pour être audible pour l'oreille humaine (le son est
trop aigu), de la même façon que les infrasons désignent les sons dont la fréquence est trop faible (inférieure à 20
Hz) pour être perceptible par l'oreille humaine.
C’est Lazzaro Spallanzani qui, en 1794, soupçonna le premier l’existence des ultrasons. Ils ont été
découverts en 1883 par le physiologiste anglais Francis Galton.
Figure 1
:
Signal d’émission alimentant l’émetteur à ultrasons
Figure 2
:
Zoom du signal pendant l’émission d’un son
temps (μs)

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B. La réflexion d’un son sur un obstacle pour mesurer une distance :
vTravail à réaliser :
a) Vous disposez du matériel expérimental figurant sur le document 2 ci-dessous : Divers matériaux sur
support, un émetteur d’ultrasons (relié à un générateur 10V), deux récepteurs (A et B) reliés par une carte
d’acquisition à un ordinateur capable ainsi de faire figurer à l’écran les signaux ultrasonores qu’ils captent et
une règle graduée de 50 cm sur laquelle est fixée l’émetteur et où peut coulisser librement un des deux
récepteurs (le récepteur B). L’émetteur et le récepteur A, placé à la graduation 0, seront fixes.
b) Décrire un protocole expérimental qui permet de tester la capacité des différents matériaux disponibles à
réfléchir les ondes ultrasonores. Compléter le schéma 1 du document 2.
c) Réaliser l’expérience avec les paramètres d’acquisition suivants : durée totale : 30 ms ; nombre de points
5000.
d) Afficher les deux courbes obtenues. Commenter ces courbes en expliquant précisément ce qu’elles montrent.
e) En utilisant le matériau qui réfléchit le mieux le son, décrire un protocole expérimental qui permet de
mesurer la valeur de la distance D qui sépare ce matériau (placé n’importe où sur le rail coulissant) de la
graduation 0 (les autres graduations du banc étant illisibles !). Compléter le schéma 2 du document 2.
Information : le son se propage dans l’air à la vitesse de 340 m/s.
f) Déterminer cette valeur en utilisant l’acquisition informatisée (courbes du document 3) et la comparer à la
valeur mesurée directement avec une règle graduée. Conclure.
Docume
nt 2
: Dispositif expérimental
(émetteur et récepteurs vus de dessus)
Matériel :
Vers entrée EA0 de
l’interface BORA (signal S0)
Vers entrée EA1 de
l’interface BORA
(signalS1)
Récepteur A Récepteur B
Schéma
1
:

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Document 3 : signaux (S0) capté à la graduation 0 et (S1) capté à la distance D
C. Application à l’échographie :
vSituation-problème :
Une jeune maman enceinte va effectuer sa première échographie de contrôle. Elle est très angoissée car il
faut que son médecin réussisse à « voir » son fœtus dans de bonnes conditions et ce avec une simple
sonde !
vTravail à réaliser en utilisant les documents 4 et 5 :
a) Quel(lles) mesure(s) doit effectuer le médecin lors de cet examen.
b) Rédiger en quelques lignes une présentation de la technique d’exploration médicale appelée :
échographie permettant de déterminer la taille et la position d’un objet caché avec des ultrasons.
t (ms)
Signal S0
Signal S1
Le décalage tempore
l
τ
entre les deux signaux noté
τ
et mesuré sur l’écran
(
en utilisant l’
outil réticule
du logiciel Latis Pro) permet de déterminer la distance D en utilisant la formule : D= v.τ/2
Schéma 2
:
τ

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Document 4 : la 1ère échographie … (source wikipédia)
« Elle permet :
· de s'assurer de la vitalité de la grossesse par la présence d'un embryon présentant une activité cardiaque.
· d'affirmer le caractère unique de l'embryon ou multiple.
· de dater, de façon précise, la grossesse par la longueur de l'embryon ;
· d'évaluer le risque que l'embryon soit porteur d'anomalie chromosomique comme la trisomie 21 par
mesure de la clarté nucale ;
· de voir certaines malformations ou pathologies à expression échographique précoce. »
Document 5 : principe simplifié de l’échographie http://www.ostralo.net/3_animations/swf/echographie.swf
Lancer l’animation flash. Mettre en marche, puis choisir l’exemple 2 illustrant l’échographie d’un fœtus. Orienter
l’émetteur (E) vers le ventre puis identifier sur le signal reçu (R) la partie associée à chacun des éléments suivants :
colonne vertébrale du fœtus, tissus de son abdomen, liquide amniotique et autres tissus. Déplacer ensuite l’émetteur
pour reconstituer l’ « image » du fœtus.