Cours - PhyZik

Chapitre 2
Imagerie médicale
Il existe différents types d’ondes pour différents types de diagnostiques.
Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation des propriétés
physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.
I – Onde sonore
a) Définition
Expérience : réveil dans une cloche à vide, membrane d’un haut parleur à basse fréquence à l’horizontale avec
des billes en polystyrène.
Les ondes sonores sont produites par la vibration mécanique d’un support ( air, solide … ).
Elles nécessitent donc un support matériel et ne se propagent pas dans le vide.
Expérience : mesure de la vitesse du son à l’aide d’un émetteur et d’un récepteur à ultrasons.
d
Emetteur
Récepteur
L’émetteur et le récepteur sont reliés à un oscilloscope ou à un
logiciel d’acquisition (Généris) qui représente l’onde sonore
émise et l’onde reçue en fonction du temps.
Soit d la distance entre l’émetteur et le récepteur : d = 1 m
t est le temps mis à parcourir cette distance
t
vson air =
d
t
=
34.10−3
5x20.10−6
= 340 m. s −1
b) Applications
Domaines de fréquence :
Expérience : Haut parleur avec GBF pour audiogramme sommaire.
Seules les ondes sonores comprises entre 20 Hz et 20 kHz sont audibles par l’homme.
Audiogramme :
Dans le domaine des fréquences audibles, nous pouvons réaliser un audiogramme, c'est-à-dire un graphique qui
permet de visualiser la capacité auditive d’une personne.
Echographie :
Expérience : Emetteur et récepteur à ultrasons placés côte à côte devant
différents obstacles (papier, carton…) et observation des signaux émis et
reçus.
C’est une technique qui utilise des ultrasons. Lorsqu’ils se propagent dans le
corps, ils sont plus ou moins réfléchis par les parois séparant deux milieux
différents. L’onde réfléchie est analysée pour construire une image en 3D du
corps à analyser.
Il est nécessaire de mesurer le temps aller-retour tar entre l’émission et la
réception.
Ultrasons émis
Sonde
Ultrasons reçus
Obstacle
( cœur )
La position de chacun des points est déterminée par :
d=
dar
2
avec dar = v. t ar (v : vitesse des ultrasons dans le corps).
II – Onde électromagnétique
a) Définition
Une ondes électromagnétique est un signal périodique pouvant se propager sans support matériel.
Elle se propage donc dans le vide.
Sa vitesse de propagation dans le vide est notée c, sa valeur est c = 3,00.108 m.s-1
C’est la vitesse de la lumière qui est une onde électromagnétique visible.
Dans des milieux transparents, la lumière se propage avec des vitesses plus petites :
vair ≈ c = 3,00.108 m. s −1
veau = 2,26.108 m. s −1
vverre = 2,00.108 m. s −1
b) Applications
Domaines de fréquence :
Fibroscopie :
C’est une technique de diagnostique qui utilise la propagation de la lumière visible dans
les fibres optiques.
La lumière subit une succession de réflexions totales :
âme
cœur
âme
Dans une fibre optique, après réflexion, la lumière ne change pas de milieu.
Dans le cas contraire, elle est réfractée et est déviée par rapport à la normale.
Exemple :
normale
air
eau
Le rayon réfracté se rapproche de la normale car la lumière
se propage plus lentement dans l’eau que dans l’air
Animation : Descartes.swf
Radiographie à rayons X et scanner:
Ces techniques utilisent des rayons X (fréquence de l’ordre de 1018 Hz). L’absorption plus ou moins importante de
ces ondes par les différentes parties du corps permet d’en obtenir une image.
Plus la matière est dense et constituée de gros atomes, plus elle absorbe les rayons X.
Ainsi, dans le corps, les atomes réagiront différemment :
Atomes majoritaires
Action sur les rayons X
« Matière molle »
organes
C, H, O, N
Transmis
« matière dure »
Os
Ca
absorbés
Les rayons X traverseront donc les organes, pas les os, d’où la “photographie” du
squelette du patient sur la plaque.
Imagerie par résonnance magnétique – IRM :
Cette technique utilise l’interaction entre de atomes d’hydrogène du corps, des ondes radio
( fréquence de l’ordre de 50.106 Hz) et un champ magnétique important créé par un aimant.
Scintigraphie :
C’est une méthode d'imagerie médicale qui procède par l'administration,
dans l'organisme, d'isotopes radioactifs afin de produire une image médicale
par la détection des rayonnements gamma émis par ces isotopes après
captation par les organes à examiner.