4. Echographie / électrocardiogramme (DS 19/03/2013)

Chapitre 12: les ondes au service du médical
DS n° 6 19/03/2013
corrigé I. Mesure sur un E.C.G. normal (/9) Voici l'enregistrement d'un électrocardiogramme. La vitesse de déroulement
du papier vaut : v = 25 mm/s 1. Quel est l'organe du corps humain concerné par cet examen ?
2. Les signaux enregistrés sont-ils d'origine ultrasonore ou électrique ?
Pourquoi ?
3. Montrer que la durée écoulée quand le papier a parcouru la distance
entre 2 traits verticaux épais du papier d'enregistrement, soit d = 5
mm, correspond à une durée de [pic]=0,2 s (on pourra se servir de la
vitesse de déroulement du papier, v = 25 mm par seconde)
4. Définir la période d'un phénomène en physique.
5. Tracer une période du signal sur le schéma et déterminer sa
valeur.
6. Définir la fréquence d'un phénomène périodique.
7. Calculer alors la fréquence f des signaux périodiques
8. En déduire la fréquence cardiaque f' en battements par minute
II. Principe de l'échographie Article tiré de Wikipédia
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 terme « échographie » désigne aussi bien l'acte médical que
l'image qui en découle. Il est abrégé de manière courante en « écho » (au
féminin : « elle a eu une écho »).L'appareil permettant l'échographie est
un « échographe ».Le médecin, le manipulateur en électroradiologie
médicale, ou la sage femme qui pratique une échographie est un
« échographiste ».L'échographe est constitué des éléments suivants :
- une sonde, permettant l'émission et la réception d'ultrasons ;
- un système informatique, transformant le délai entre la réception et
l'émission de l'ultrason en image ;
- un système de visualisation : le moniteur ;
- un système d'enregistrement des données Le tout est disposé sur un
chariot mobile, permettant d'effectuer l'examen au chevet même du patient.
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 c?ur f?tal (voir Effet Doppler). L'élément de base de
l'échographie est généralement une céramique piézoélectrique (PZT), située
dans la sonde, qui, soumise 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. Un
échographe est muni d'une sonde échographique, nommée barrette
échographique, pourvue à l'origine de 64, 96 voire 128 transducteurs
ultrasonores en ligne. Les sondes des échographes modernes possèdent
aujourd'hui jusqu'à 960 éléments. En échographie cardiaque le nombre
d'éléments est amené à 3 000 éléments. Enfin, les sondes de prochaines
générations (courant 2009) auront plus de 12 000 éléments piézoélectriques
soit 64 fois plus que celle encore utilisée à ce jour. L'émission se fait
de manière successive sur chaque transducteur.Les ultrasons sont envoyés
dans un périmètre délimité (souvent trapézoïdal), et les échos enregistrés
sont des signatures des obstacles qu'ils ont rencontrés. 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 (c?ur 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 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).
. Jusqu'à 50 MHz pour les appareils de biomicroscopie de l'?il.
À quoi sert le gel qu'applique l'échographiste ? Pour des raisons
mécaniques, on considère que le contact entre la sonde et le ventre ne peut
pas être parfait et qu'il existe donc une fine couche d'air entre la sonde
et le ventre.
1) Quel est le rôle de la sonde dans l'échographe?
2) Comment l'onde est-elle produite par la sonde?
3) Combien de transducteurs ultrasonores peuvent contenir actuellement les
sondes échographiques?
4) Expliquer le terme transducteur ultrasonore
5) Quels sont 'les avantage et l' inconvénient d'augmenter la fréquence des
ultrasons?
6) Sachant que la célérité des ondes ultrasonores dans le corps humain est
v = 1,5x103 m/s, calculer la longueur d'onde [pic](m) des ultrasons de
fréquence f = 7,0 MHz employées pour les petites structures. On rappelle
que la longueur d'onde [pic](m) vaut:
[pic]
7)Pourquoi applique-t-on un gel entre la sonde et la peau ?
[pic]8) Lors d'une échographie la sonde émet des salves ultrasonores de
courte durée. La même sonde enregistre les échos renvoyés par les surfaces
de séparation des différents milieux. Sur le graphe ci dessous 1 division
correspond à une durée [pic]
[pic]
a) Déterminer la durée ?t séparant les réceptions de B et de C.
b) Quelle est la distance parcourue par les ondes ultrasonores pendant
cette durée ?t ?
c) Quelle relation lie la vitesse de propagation v, la distance parcourue
L et la durée de parcours ?t ?
d) Calculer la dimension L du corps à explorer, sachant que v = 1,5.103
m.s-1
DS n°6
Mars 2013
Nom : Prénom : III. Mesure sur un E.C.G. normal (/9) Voici l'enregistrement d'un électrocardiogramme. La vitesse de déroulement
du papier vaut : v = 25 mm/s 1) L'organe du corps humain concerné par cet examen est la tète 2) Les signaux enregistrés sont d'origine électrique car il s'agit d'un
électrocardiogramme. 3) d = 5 mm = v. [pic]= 25x0,2 = 5 mm 4) Vidéo: définition de la période T
La période d'un phénomène en physique est l'intervalle de temps minimale
séparant 2 phénomènes identiques. 5) Tracer une période du signal sur le schéma et déterminer sa valeur.
[pic]
T = 5,6x0,2= 1,1 s
6) vidéo: définition de la fréquence f
La fréquence d'un phénomène périodique est égale à l'inverse de sa période
T:
f = 1/T. 7) Fréquence fdes signaux périodiques:
f = 1/T = 1/1,1 = 0,91 Hz 8) Fréquence cardiaque en battements par minute:
f' = 60xf = 55 battements / minute IV. Principe de l'échographie A: Article tiré de Wikipédia
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 terme « échographie » désigne aussi bien l'acte médical que
l'image qui en découle. Il est abrégé de manière courante en « écho » (au
féminin : « elle a eu une écho »).L'appareil permettant l'échographie est
un « échographe ».Le médecin, le manipulateur en électroradiologie
médicale, ou la sage femme qui pratique une échographie est un
« échographiste ».L'échographe est constitué des éléments suivants :
- une sonde, permettant l'émission et la réception d'ultrasons ;
- un système informatique, transformant le délai entre la réception et
l'émission de l'ultrason en image ;
- un système de visualisation : le moniteur ;
- un système d'enregistrement des données, soit de manière analogique
(cassette vidéo, impression papier), soit de manière numérique
(formatDICOM) ;
Le tout est disposé sur un chariot mobile, permettant d'effectuer l'examen
au chevet même du patient. 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 c?ur f?tal (voir Effet
Doppler). L'élément de base de l'échographie est généralement une
céramique piézoélectrique (PZT), située dans la sonde, qui, soumise 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. Un échographe est muni d'une sonde
échographique, nommée barrette échographique, pourvue à l'origine de 64, 96
voire 128 transducteurs ultrasonores en ligne. Les sondes des échographes
modernes possèdent aujourd'hui jusqu'à 960 éléments. En échographie
cardiaque le nombre d'éléments est amené à 3 000 éléments. Enfin, les
sondes de prochaines générations (courant 2009) auront plus de 12 000
éléments piézoélectriques soit 64 fois plus que celle encore utilisée à ce
jour. L'émission se fait de manière successive sur chaque transducteur.Les
ultrasons sont envoyés dans un périmètre délimité (souvent trapézoïdal), et
les échos enregistrés sont des signatures des obstacles qu'ils ont
rencontrés. La fréquence des ultrasons peut être modulée : augmenter la
fréquence permet d'avoir un signal plus précis (et donc une