matériel :
Accès
à internet
Dispositif
d’émetteur et de récepteur ultrasonore
L'échographie est une
technique d'imagerie employant des ultrasons. Elle est utilisée de
manière courante en médecine mais
peut être employée en recherche, en exploration vétérinaire, en industrie.
Le mot « échographie » provient de la nymphe
Echo dans la mythologie grecque qui personnifiait ce phénomène et d'une racine
grecque Graphô (écrire). Il se définit donc comme étant « un écrit par
l'écho ».
Le matériel
L'échographe est
constitué :
D’une
sonde, permettant l'émission et la réception d'ultrasons ;
D’un
système informatique, transformant le délai entre la réception et l'émission de
l'ultrason en image ;
D’une
console de commande, permettant l'introduction des données du patient et les
différents réglages ;
D’un
système de visualisation : moniteur ;
D’un
système d'enregistrement des données sous forme numérique généralement.
Le tout est disposé sur un chariot mobile, permettant d'effectuer l'examen au lit même du patient. Les besoins sont différents suivant l'organe étudié. Le plus exigeant est le cœur, mobile par essence, qui exige une bonne définition de l'image spatiale mais aussi temporelle.
La sonde : Les premières études sur les ultrasons n'étaient pas
appliquées à la médecine, mais visaient à permettre la détection des
sous-marins à l'occasion de la Première
Guerre mondiale. En 1951, deux britanniques, J.J. Wild (médecin) et J.
Reid (électronicien), présentèrent à la communauté médicale un nouvel
appareil : l'échographe. Il était destiné à la recherche des tumeurs
cérébrales mais fera carrière dans l'obstétrique. L'usage en obstétrique
date du début des années 1970 avec les appareils permettant de capter les
bruits du cœur fœtal. L'élément de base de l'échographie est une céramique piézoélectrique
(PZT), situé dans la sonde, qui, soumit à des impulsions
électriques, vibre générant des ultrasons. Les
échos sont captés par cette même céramique, qui joue alors le rôle de
récepteur : on parle alors de transducteur ultrasonore. La fréquence des ultrasons peut être
modulée : augmenter la fréquence permet d'avoir un signal plus précis (et
donc une image plus fine) mais l'ultrason est alors rapidement amorti dans
l'organisme examiné et ne permet plus d'examiner les structures profondes. En
pratique l'échographiste a, à sa disposition, plusieurs sondes avec des
fréquences différentes :
1,5
à 4,5 Mhz en usage courant pour le secteur profond (abdomen et pelvis), avec
une définition de l'ordre de quelques millimètres ;
5
Mhz pour les structures intermédiaires (cœur d'enfant par exemple), avec une
résolution inférieure au millimètre ;
7
Mhz pour l'exploration des petites structures assez proches de la peau (artères
ou veines) avec une résolution proche du dixième de millimètre ;
De
10 Mhz à 18 Mhz plus par exemple pour l'étude, en recherche, de petits animaux,
mais aussi, dans le domaine médical, pour l'imagerie superficielle (visant les
structures proches de la peau).
L'électronique de l'échographe se charge d'amplifier et de traiter les signaux provenant de la sonde afin de les convertir en signal vidéo. L'image se fait en niveaux de gris selon l'intensité de l'écho en retour.
Comment apparaissent les
différents tissus de l'organisme ?
Les
liquides simples, dans lesquels il n'y a pas de particules en suspension, se
contentent de laisser traverser les ultrasons. Ils ne se signalent donc pas par
des échos. Ils seront noirs sur l'écran (Structures hypoéchogènes).
Les
liquides avec particules, le sang, le mucus, renvoient de petits échos. Ils
apparaîtront donc dans les tons de gris, plus ou moins homogènes.
Les
structures solides, l'os par exemple, renvoient mieux les échos. On verra donc
une forme blanche avec une ombre derrière. Une exception cependant, la voûte crânienne, très
fine et perpendiculaire aux échos, en laisse passer.
Les
tissus mous sont plus ou moins échogènes : le placenta est plus blanc que
l'utérus, qui est plus blanc que les ovaires.
Le
gaz et l’air, sont comme l'os, très blanc.
Q1 A quoi sert l’échographie ?
Q2 Dans quel domaine est-elle le plus employé ?
Q3 Qui a mis au point l’échographe ? Quand ?
Q4 Faire un schéma donnant les différents éléments permettant d’obtenir une
échographie dans le monde médical
patient ---> sonde …
Q5 Qu’est-ce-que l’obstétrique ?
Q6 Qu’elle est la définition d’un ultrason ? Comment est-il produit
dans la sonde ?
Q7 La sonde est-elle un émetteur d’ultrason ? Un récepteur
d’ultrason ? Les deux ?
Q8 A quelle fréquence vibre la sonde quand on l’utilise pour visualiser
les artères du patient ?
Q9 A quelles teintes
correspondent les tissus mous et les os de l’organisme sur une
échographie ?
Accède
au lien suivant :
http://www.ostralo.net/3_animations/swf/echographie.swf
Q10
Accède au menu dessin puis dessine une forme quelconque correspondant à un gaz.
Déplace l’émetteur. L’onde ultrasonore est-elle renvoyée par le gaz ?
Quelle est la couleur d’une matière gazeuse à l’échographie ? Même
question pour un solide, un liquide homogène, hétérogène et un solide.
Q11
Expliquez pourquoi on observe une zone sombre derrière un solide.
Q12 Essayer les 2
exemples proposés dans l’animation. Quels sont les différents milieux (ainsi
que leurs teintes) fournis par l’échographie du ventre de l’heureuse
maman ?
|
Un
obstacle est éloigné de 15 cm de l'émetteur d’ultrason. Celui ci
est placé en mode continu, il est alimenté par un générateur de 15 V. L’onde
émise par l’émetteur est visualisée sur la voie A de l’oscilloscope. Le
récepteur R est placé de l’autre coté de l’obstacle, à 5 cm de celui ci. L’onde
reçue par le récepteur est visualisé sur la voie B de l’oscilloscope. On placera différents types d’obstacle entre
l’émetteur et le récepteur.
Q13 Mesurer l’amplitude de la tension de la voie A (tension émise par l’émetteur) notée Um(E). On réglera cette amplitude au maximum en tournant le bouton cylindrique placé sur la face supérieur de l’émetteur.
On rappelle que la valeur de l’amplitude
est donnée par la relation :
Q14 La tension produite par l’émetteur à la même fréquence et période que l’ultrason qu’il produit. A l’aide de l’oscilloscope, Calculer la période T et la fréquence f de l’ultrason produit par l’émetteur. Les valeurs de la période et de la fréquence de l’ultrason avant et après obstacle sont-elles différentes ?
Q15 Observer le signal du récepteur et mesurer à chaque
fois la valeur de son ’amplitude Um(R)
obstacle |
Votre main |
Une feuille de papier |
Dix feuilles de papier |
polystyrène |
Um(R) |
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Q16 Comparer l’amplitude de l’émetteur et du récepteur ? Que
peut-on en déduire ?
Q17 Quelle est le matériau qui absorbe le plus les ultrasons ?
Pourquoi ? Pour un même matériau, l’absorption dépend de quel
paramètre ?
Un obstacle est éloigné de 15 cm de l'émetteur d’ultrason. Celui ci est placé en mode continu, il est alimenté par un générateur de 15 V. L’onde émise par l’émetteur est visualisée sur la voie A de l’oscilloscope. Le récepteur R est distant de 5 cm de l’obstacle. L’onde reçue par le récepteur est visualisé sur la voie B de l’oscilloscope. Le récepteur est orienté vers l’obstacle. On reprendra les mêmes obstacles que dans l’expérience de l’absorption des ultrasons.
Q18 Observer le signal reçu par le récepteur sans obstacle puis en utilisant les différents obstacles utilisés dans l’expérience d’absorption. Quel phénomène physique met en évidence cette expérience ?
Q19 Quel est l’obstacle qui réfléchit le mieux les ultrasons ?
Pourquoi ? Pour un même matériau, la réflexion dépend de quel
paramètre ?
Q20
Les valeurs de la période et de la fréquence de l’ultrason émit et réfléchit
sont--elles identiques ?