CHAPITRE 2 : Imagerie médicaleOBJECTIFS :

- définition et distinction d’une onde sonore et d’une onde électromagnétique,

-connaitre la vitesse du son dans l’air et la vitesse de la lumière,

- - comprendre le principe de méthodes d’exploration et l’influence des propriétés

des milieux de propagation.

• Activité documentaire 1 :

• Les ondes sonores ne peuvent pas se propager dans le vide : c’est une perturbation mécanique qui nécessite un milieu matériel pour se propager. Elles se propagent plus rapidement dans les tissus du corps que dans l’air.

• Une onde électromagnétique peut se propager dans le vide et dans certains milieux matériels. Elles se propagent sensiblement moins vite dans les tissus du corps que dans l’air.

• Les ondes électromagnétiques se déplacent beaucoup plus vite que les ondes sonores.

Bilan

• L’imagerie médicale utilise deux types d’ondes : les ondes électromagnétiques, qui peuvent se propager dans le vide, et les ondes sonores, qui ont besoin d’un milieu matériel pour se propager.

• Les rayons X, la lumière et les infrarouges sont des ondes électromagnétiques ; les ultrasons sont des ondes sonores.

• Toutes les ondes, mécaniques et électromagnétiques, sont décrites par différentes grandeurs, principalement leur vitesse de propagation et leur fréquence.

TP principe de l’échographie

Petite parenthèse sur le son :

• Le son est une onde mécanique

• Un son est émis par un objet en vibration (cordes d’une guitare, cordes vocales, membranes d’un haut-parleur…). Les vibrations font osciller les molécules de l’air en contact avec l’objet et se communiquent aux molécules voisines qui oscillent à leur tour.

Vidéo cloche à vide :

• Les ondes mécaniques ne peuvent se propager que dans les milieux matériels alors que les ondes électromagnétiques se propagent dans les milieux matériels et dans le vide. C’est ainsi que nous recevons la lumière du Soleil, mais pas le son des explosions qui s’y produisent en permanence.

1. Vitesse de propagation

• Les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide à la vitesse de la lumière. Cette vitesse est notée c (célérité) et sa valeur est 3,00.108 m.s–1. Dans les milieux matériels ces ondes se déplacent plus lentement.

Milieu Vitesse de propagation de l’onde électromagnétique

Air 3,00.108 m.s-1

Eau 2,26. 108 m.s-1

verre 2,00. 108 m.s-1

• La vitesse de propagation d’une onde sonore dépend essentiellement des caractéristiques (densité, température…) du milieu de propagation.

• La vitesse de propagation du son dans l’air à température ambiante est : v = 340 m · s-1.

Milieu Vitesse de propagation de l’onde sonore

Air 340 m.s-1

Eau 1 480 m.s-1

Tissus organiques mous (peau, graisse, foie, muscle…)

1 450 à 1 600 m.s-1

Os 2 100 à 5 000 m.s-1

2. Fréquence• Une onde, qu’elle soit électromagnétique ou

mécanique, est un phénomène périodique. A ce titre, elle est caractérisée par une fréquence qui détermine le type d’onde.

1.a) les ondes électromagnétiques sont utilisées pour la radiographie.b) le pouvoir pénétrant de ces ondes dépend de leur fréquence.c) le plomb absorbe les rayons X, de ce fait le radiologue est protégé.

2.a) les ondes sonores permettent de réaliser une échographie.b) L’échographie utilisent les ultrasons qui ne sont pas audibles.

Activité documentaire page 31ou activité radiographie (selon le temps disponible, l’activité peut être préparée à la maison !)

c) La vitesse du son dépend du milieu de propagation.d) la réflexion des ondes sonores dépend du changement de milieu.e) La sonde est dans l’air et la peau est un tissu mou. Or, lorsque l’onde rencontre une interface tissu mou-air, la quasi-totalité de l’onde ultrasonore est réfléchie. Si les ultrasons ne pénètrent pas dans la peau, l’échographie est impossible : le gel évite cette réflexion quasi-totale et permet la transmission de l’onde.

3. a) Pour la radiographie on ne peut pas utiliser des ondes électromagnétiques de fréquence quelconque : il faut que la fréquence soit suffisamment importante pour que les ondes puissent pénétrer la matière.b) lors d’une échographie, les réflexions sur les interfaces ne peuvent être observées que si les ondes sonores ne sont pas trop absorbées par les organes explorés, d’où la nécessité d’utiliser des fréquences suffisamment élevées (supérieures à 1 MHz).

Ondes électromagnétiques :• La lumière visible n’y occupe qu’une bande

très étroite, de 4.1014 à 8.1014 Hz.

Ondes sonores :• L’oreille humaine ne perçoit les sons que dans une

certaine plage de fréquences, qui, selon les individus et leur âge, se situe environ entre 20 Hz et 20 kHz.

• Au delà de 20 kHz, ce sont les ultrasons, utilisés lors d’une échographie.

• La radiographie médicale utilisent les rayons X (ondes électromagnétiques) et le phénomène d’ABSORPTION : Les rayons X traversent le corps humain. Sur un film sensible aux rayons X apparait l’ombre projetée des tissus et des organes traversés : comme ces derniers atténuent plus ou moins les rayons X, ils seront plus ou moins foncés sur le film.

Plus la fréquence est élevée, plus l’onde possède de l’énergie et plus elle pénètre la matière.

BILAN

• L’échographie médicale utilise des ondes ultrasonores qui se propagent en ligne droite des les tissus et les organes.Lorsqu’une onde ultrasonore arrive à la surface séparant deux milieux de propagation différents, une partie de cette onde est réfléchie et l’autre est transmise. L’analyse de l’ensemble des ondes réfléchies permet de calculer les distances parcourues lors d’un aller-retour et ainsi de reconstituer les éléments traversés par l’onde.

Applications :ex 11 page 24

Exercice : les oragesLors d’un orage, la foudre tombe à 5 km d’un promeneur.L’éclair et le tonnerre sont émis simultanément au moment où la foudre tombe.Au bout de combien de temps le promeneur verra-t-il l’éclair ?Au bout de combien de temps entendra-t-il le tonnerre ?Justifier la technique qui consiste à compter les secondes entre éclair et tonnerre et à les diviser par 3 pour obtenir la distance (en kilomètres) à laquelle la foudre est tombée.

Le principe du sonarhttp://www.ostralo.net/3_animations/swf/sonar.swf