Aurélie 05/06
Ondes : échographie, ondes électromagnétiques,

d'après concours manipulateur électroradiologie médicale Corbeil, Lyon

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Echographie ( 6 pts)

De quels paramètresOn peut examiner un foetus en faisant passer des impulsions ultrasonores au travers la paroi abdominale de la mère. Ces impulsions se propagent dans les tissus et se réfléchissent en partie chaque fois qu'elles changent de milieu.
A- Propagation des ultrasons dans l'air :

On peut modéliser un examen échographique par un dispositif expérimental où la sonde joue le rôle d'émetteur et de récepteur. L'expérience est réalisée dans l'air . L'émetteur E émet des salves ultrasonores. Une paroi réfléchissante ( jouant le rôle de l'organe) réfléchit l'onde incidente détectée par le récepteur R.

L'oscillogramme permet d'observer le signal de l'onde émise et le signal de l'onde réfléchie, cette dernière visualisée dans la partie inférieure de l'écran. La base de temps de l'oscilloscope vaut 1 ms/div.

  1. Calculer la durée Dt entre l'émission et la réception de l'onde.
  2. La célérité des ultrasons dans l'air est 340 m/s. En déduire la distance entre l'émetteur et la paroi réfléchissante.
  3. La température du laboratoire est q= 17°C. La célérité des ultrasons est donnée par : v= (gRT/M)½ avec : T température en kelvin, M masse molaire de l'air 29 g/mol, R=8,32 SI et g= 1,4. Calculer la célérité des ondes ultrasonores.

B- L'examen

Au cours d'une échographie. pour explorer le cœur, on utilise des ondes ultrasonores de fréquence f= 3,0 MHz. Une sonde réalise l'émission et la réception des ultrasons réfléchis par les tissus. La vitesse de propagation des ultrasons dans les tissus est de l'ordre de 1,5.103 m.s-1

  1. Calculer la longueur d'onde de ces signaux.
  2. L'examen porte sur une zone cœur est situé à d=7,5 cm de la sonde. Quelle est la durée entre l'émission et la réception des ondes ?
  3. Pour une image échographique, les différentes nuances de gris sont en relation avec l'absorption des ultrasons par les tissus. L'examen échographique présente-t-il des dangers pour le patient ? Si oui lesquels ? Si non justifier.
    - La radiographie est un autre examen médical utilisant les rayons X qui donne aussi une image avec une échelle de gris. Citer deux différences essentielles entre ces deux techniques d'imagerie.



corrigé
durée Dt entre l'émission et la réception de l'onde : 2 divisions soit 2 ms = 2 10-3 s.

distance entre l'émetteur et la paroi réfléchissante : durée de l'aller = durée du retour =½ Dt =10-3 s.

distance : v ½ Dt = 340 *10-3 = 0,34 m.

célérité des ondes ultrasonores à 17°C dans l'air : v= (gRT/M)½

T= 273+17 = 290 K ; M= 29 10-3 kg ; v=(1,4*8,32*290/29 10-3)½= 341,3 m/s.

longueur d'onde de ces signaux : l=v/f = 1,5 103/ 3 106 = 5 10-4 m.

durée entre l'émission et la réception des ondes : distance(m) = célérité (m/s) * durée aller (s)

durée aller = 7,5 10-2 / 1500 = 5 10-5 s ; durée aller et retour 10-4 s.

L'examen échographique ne présente pas de dangers pour le patient :

l'énergie transportée par les ondes de fréquence 3 MHz est insuffisante pour détériorer les tissus traversés ; de plus cette technique ne met pas en oeuvre de champs magnétiques.

différences essentielles entre ces deux techniques d'imagerie :

les rayons X sont des rayons ionisants qui déteriore les tissus alors que les ondes ultrasonores sont sans danger.

En radiographie on examine une zone bien précise afin de déceler des anomalies

L'échographie examine une zone plus étendue ( la sonde n'est pas fixe : examen dynamique ) . L'objectif est de suivre l'évolution de l'organe ou du foetus à différentes dates. L'échographie est capable de faire la distinction solide/liquide.



Ondes électromagnétiques
  1. Le spectre des ondes électromagnétiques est partagé en plusieurs parties.
    - Pour chacun des domaines A et B donner son nom.
    - Donner les valeurs des longueurs d'ondes l1 et l 2.
  2. On considère une onde de fréquence n= 640 1012 Hz. A quelle vitesse se déplace-t-elle dans le vide ?
    - A quel domaine appartient cette onde ? Justifier.
  3. On envisage le passage de cette onde dans un milieu d'indice n= 1,5. Déterminer sa vitesse dans ce milieu.
    - La fréquence de l'onde est-elle différente dans le milieu d'indice n ? Si oui préciser si elle est plus petite ou plus grande ? Même question pour la longueur d'onde.
  4. Proposer une source de lumière monochromatique.

corrigé
domaine A : infrarouge (IR) ; domaine B : ultraviolet (UV)

longueurs d'ondes l1 : 800 nm et l 2 = 400 nm

une onde de fréquence n= 640 1012 Hz se déplace dans le vide à la célérité de la lumière c = 3 108 m/s.

domaine auquel appartient cette onde : l = c/n =3 108 /640 1012 =4,7 10-7 m = 470 nm, valeur comprise entrel1 et l 2, donc domaine "visible".

vitesse de l'onde dans le milieu d'indice n=1,5 : c/n=3 108/1,5 =2 108 m/s.

La fréquence de l'onde caractérise l'onde : elle reste constante quel que soit le milieu traversé par l'onde.

l = c/n : n étant constant, la célérité c dépend du milieu , donc la longueur d'onde dépend du milieu traversé ; dans ce milieu d'indice n la longueur d'onde diminue et vaut l 0/n, l 0 longueur d'onde dans le vide.

La lumière "laser" est une source de lumière monochromatique.


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