TP Principe de l echographie

LA SANTE
Chap. 3 Les ondes au service de la médecine
Principe de l’échographie
Activité expérimentale TP
Objectifs :


Etudier les phénomènes de transmission, d’absorption, de réflexion des ondes ultrasonores pour différents
matériaux.
Comprendre le principe de l’échographie.
Pour modéliser l’échographie, nous avons dissimulé un objet dans une boite. Une sonde d’échographie préparée sur
votre paillasse vous permettra de localiser cet objet. Quelle doit être la propriété du milieu observé pour que l’objet
soit décelable par cette méthode ? Comment mesurer une longueur en mesurant un temps. Vous allez donc réaliser
des expériences pour répondre à ces questions et analyser vos résultats pour comprendre le principe de
l’échographie. Soyez patients et autonomes pour régler vos oscilloscopes.
Expérience 1 : Comportement de l’onde ultrasonore vis-à-vis d’un obstacle
Alimenter l’émetteur à ultrasons avec le générateur de tension continue (10 V environ). Sélectionner le mode
continu de l’émetteur.
Le signal émis sera visualisé sur la voie 1 de l’oscilloscope tandis que la voie 2 de l’oscilloscope sera utilisée pour
visualiser le signal reçu à l’aide du récepteur. L’oscilloscope fonctionne donc en mode « DUAL ».
En utilisant les obstacles constitués de différents matériaux, on réalise les deux séries d’expériences suivantes :
1.Transmission
2.Réflexion
Oscilloscope
CH1
Générateur
de tension
Oscilloscope
CH2
Emetteur
Récepteur
Générateur de
tension
Emetteur
Récepteur


Faire les réglages nécessaires pour avoir l’émission et la réception à l’écran de l’oscilloscope.
Pour chacune des propriétés testées, on classera chaque matériau dans une échelle comportant de zéro à
trois étoiles (*** : signal non modifié ; aucune * : signal fortement modifié).
Matériau
Air
1 mouchoir
2 mouchoirs
3 mouchoirs
Carton
Laine de verre
Verre
Tissu
Transmet
(exp1)
Réfléchit
(exp2)



-
-

-

-

+

+++
-
++
-



-

-
-
Absorbe
 La propriété d’absorption sera déduite des expériences 1 et 2.
La laine de verre transmet partiellement les ultrasons (exp 1) et ne les réfléchit pas donc ce qu’elle ne transmet pas
est absorbé.
Le carton réfléchit fortement les ultrasons donc il ne les absorbe pas.
nde
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C. Grange-Reynas
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Chaque fois qu’une onde ultrasonore rencontre un obstacle, dans le cas général, une partie de l’onde est réfléchie,
une autre est transmise. Ces phénomènes dépendent de la nature du matériau rencontré et de son épaisseur.
Lorsqu’aucun des deux phénomènes n’est présent, il y a un phénomène d’absorption des ondes ultrasonores.
« Transmettre les ultrasons » signifie ici qu’ils traversent le matériau.
« Réfléchir les ultrasons » signifie ici qu’ils « rebondissent » sur le matériau, que celui-ci renvoie les ultrasons en
écho.
« Absorber (…) » : Les ultrasons disparaissent dans le matériau, celui-ci ne les transmet, ni les réfléchit.
Expérience 2 : Mesurer un temps pour trouver une vitesse ou une distance
 Un émetteur à ultrasons est disposé à proximité immédiate d’un
récepteur à ultrasons. A d = 20 cm face au groupe émetteurrécepteur, placer un écran qui joue le rôle de réflecteur.
 Relier l’émetteur à une alimentation continue et sélectionner le
mode rafale. L’émetteur envoie des signaux très courts à
intervalle de temps régulier.
 Visualiser le signal émis sur la voie 1 de l’oscilloscope.
 Visualiser le signal reçu sur la voie 2 de l’oscilloscope.
 Régler l’oscilloscope : affichage des 2 voies (dual)
Base de temps telle que l’écart entre les deux signaux soit le plus
grand possible.
Combien y a-t-il de divisions d’écart sur l’écran x entre l’émission et la réception ? (se baser sur le début du signal)
x = ……2,6 div……
Noter la valeur de la base de temps B de l’oscilloscope en ms/division, et déduire l’écart de temps t entre les deux
signaux.
B = ……0,5 ms/div ………
t = … 2,6 x 0,5 = 1,3 ms……
Δt = nombre de divisions (ou carreaux) x vitesse de balayage = 2,6 x 0,5 = 1,3 ms = 1,3.10-3 s
Les ultrasons parcourent la distance 2d (aller-retour) en une durée égale à Δt à la vitesse v = 3,4.102 m.s-1
Exprimer littéralement v la vitesse de l’onde en fonction de d et t :
Calculer v :
v = ( d / t ) = ( 40.10-2 / 1,3.10-3 ) = 307 m.s-1
nde
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v = d/t
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Ou
Exprimer littéralement d en fonction de v la vitesse de l’onde :
On sait que v = d / t
donc
d = v x t
or la distance parcourue par l’onde est 2d (aller-retour)
Calculer d = ( v x t ) / 2 = ( 3,4.102 x 1,3.10-3 ) /2 = 0,221 = 2,2.10-1 m
soit d = 22 cm (proche de ce qui est donné dans l’énoncé)
Expérience 3 : Une application des ultrasons: l’échographie.
1.
Dispositif expérimental (ci-contre)
Oscilloscope
2. Objectif
On veut déterminer la forme de l’objet en
verre.
Déplacer le couple Emetteur/Récepteur
sur la mousse et interpréter
qualitativement les renseignements
donnés par l’oscilloscope.
Récepteur
Générateur de
tension
Emetteur
3. Manipulation
Mousse opaque
à la lumière
Objet en verre
Laine de verre
Proposer une méthode permettant de
déterminer la forme de l’objet.
Pour explorer la boîte, on y envoie des ultrasons et on étudie les échos en retour. Pour cela, on place l’émetteur et le
récepteur côte à côte et on étudie le signal à l’écran.
D’après les propriétés des matériaux mis en évidence au 1, on peut prévoir :
 Que les ultrasons peuvent pénétrer dans la boite à travers la mousse qui les transmet
 Que si les ultrasons rencontrent de la laine de verre ils seront absorbés et n’émettront aucun signal (pas
d’écho)
 Que si les ultrasons rencontrent du verre, celui-ci émettra un fort écho par réflexion et qu’on détectera alors
un signal important.
Moyennant ces propriétés, on balaye l’ensemble de la surface de la boite en identifiant les « lieux » qui émettent un
écho ou pas.
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