L`échographie Document 1 : Principe de l`échographie. D

L’échographie
Document 1 : Principe de l'échographie. D'après C. Ray, J-C Poizat, La physique par les objets quotidiens.
La sonde de l'échographe émet des ultrasons et sert aussi de détecteur. Lorsqu'un écho (une onde réfléchie) arrive
sur la sonde, il crée sur les transducteurs une légère variation de tension. Les salves durent seulement quelques
microsecondes et se répètent environ toutes les millisecondes, ce qui laisse le temps à l'écho de revenir et d'être
détecté (le son parcourt environ 1,5 cm en 10 microsecondes dans les tissus mous).
Différentes fréquences sont utilisées en fonction de la zone à visualiser. Les ondes de basse fréquence sont moins
atténuées et pénètrent donc plus profondément dans les milieux. Par exemple à 5 MHz, on peut explorer des zones
jusqu'à 12 cm de profondeur, alors qu'à 10 MHz on atteint seulement 6 cm. Pourquoi alors ne pas se cantonner aux
ondes de plus basses fréquences ? Parce que la précision dépend également de la fréquence, mais en sens inverse,
c'est-à-dire que la résolution est d'autant meilleure que la fréquence est élevée (elle vaut par exemple 0,3 mm à 5
MHz, mais atteint 0,15 mm à 10 MHz).
Document 2 : Schéma du principe de l’échogramme du cerveau.
Document 3 : Oscillogramme obtenu lors d’un échogramme du cerveau. L'oscillogramme obtenu sur un patient
permet de tracer l'échogramme ci-contre : les tensions électriques étant redressées, seule la partie positive de cellesci est envoyée sur l'oscilloscope
Questions :
Répondre à l'aide de ses connaissances et des documents.
1. Que vaut la célérité des ondes dans les tissus mous ?
2. Si la fréquence de l’onde augmente, comment varie :
- la profondeur de la zone sondée L
- l'incertitude absolue sur la longueur ?
3. Calculer la période et la longueur d'onde pour des fréquences
et
.
4. Quel est le rapport entre la longueur d'onde et ?
5. Comment déduire la distance entre la sonde et le bord d'un organe du temps écoulé entre l'émission de
l'onde et sa réception par le détecteur ?
6. Exprimer la plus grande distance sondée si doit être inférieure à l'intervalle entre deux salves.
7. Exprimer de même la plus petite distance sondée si doit être supérieure à la durée d'une salve.
8. correspond à l’émission d’une impulsion à la date
. Relier chacun des pics
à une réflexion de
l'onde.
9. Quelle est la durée du parcours de l’onde ultrasonore :
- dans l’hémisphère gauche ?
- dans le droit ?
10. En déduire la largeur L de chaque hémisphère.
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Tous les exercices essentiels de physique-chimie de la Seconde à la Terminale condensés sur une seule page web de manière
optimale. L’exercice est d’autant plus difficile que son numéro est petit.
1. D’après le document 1, le son parcourt environ
son vaut donc :
en
microsecondes dans les tissus mous. La célérité du
2. Si la fréquence augmente, l’onde est moins pénétrante, la profondeur de zone sondée est plus faible.
L’incertitude absolue sur la longueur est meilleure car la résolution est meilleure.
3. Si la fréquence est
La longueur d’onde
, la période
est la distance parcourue par l’onde ultrasonore pendant une période
3. Si la fréquence est
La longueur d’onde
est :
, la période
.
est :
est la distance parcourue par l’onde ultrasonore pendant une période
4. L'incertitude absolue
.
sur la longueur est égale à la longueur d’onde .
5. Le son parcourt une distance
(un aller-retour) et :
La question et la réponse sont ici litigieuses. On devrait préciser qu’on considère que la sonde est « très proche du
cerveau ». En effet, la vitesse dans l’air des ultrasons est différente de celle dans les tissus mous. On devrait plutôt
écrire :
Cela dit, cela ne change rien pour la suite, à la question 10 où cette formule est utilisée.
6. Les salves durent seulement quelques microsecondes et se répètent environ toutes les millisecondes.
7. Les salves durent seulement quelques microsecondes :
8.
correspond à la réception du signal réfléchi par la surface la plus proche (juste avant que les ultrasons ne
pénètrent dans le cerveau).
correspond à la réception du signal réfléchi par la surface qui sépare les deux hémisphères cérébraux.
correspond à la réception du signal réfléchi par la surface externe du cerveau.
9. D’après le document 3, l’onde ultrasonore parcourt l’hémisphère gauche durant
De même, l’onde ultrasonore parcourt l’hémisphère droit durant
.
.
10. Les deux hémisphères ont la même largeur L puisque les ultrasons mettent la même durée pour les parcourir.
En utilisant la formule donnée à la question 5, il vient :
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