Thème la santé : Les ondes au service du diagnostic médical. La thermographie : Mettre doc p 113 du nathan sti2d

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1 La thermographie : Mettre doc p 113 du nathan sti2d

2 Doc5 : Ondes mécaniques progressives Une onde mécanique progressive correspond à la propagation d'une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière mais avec transport d'énergie. Au passage de l'onde, le bateau s'élève d'une hauteur h mais le bateau est resté à la même abscisse: il n'y a pas de transport de matière. Une onde est transversale lorsque le déplacement des points du milieu de propagation s'effectue perpendiculairement à la direction de propagation. Sens de propagation Déformation Exemples : Déformation d une corde Houle marine Une onde est longitudinale lorsque le déplacement des points du milieu de propagation s'effectue dans la même direction que celle de la propagation. Sens de propagation Exemples : Déformation d un ressort Son (déformation de l air, ou d un autre matériau) détente compression Déformation Doc6 :

3 Doc7 : Rédiger une réponse argumentée : Comparer les types de techniques de diagnostic médical en précisant la nature et les propriétés des ondes utilisées. Remarque : Tous les documents doivent être exploités et cités! Questions préliminaires : 1. Qu est-ce qu une onde mécanique progressive? 2. Qu est-ce qu une onde longitudinale? Transversale? 3. Qu est-ce qu une onde électromagnétique? 4. Comparer ces deux types d ondes? 5. Comparer les différentes techniques en faisant un tableau récapitulatif (nature de l onde ; propriété ; gamme de fréquence ; énergie, etc Application à l échographie : 1. Sur quels phénomènes est basée la technique de l écographie? 2. Que permet de mesurer cette technique? Quelle grandeur peut-on calculer alors? Donner l expression littérale. 3. Expliquer d où proviennent les zones sombres et brillantes sur l écographie. 4. Quelle est la distance entre la surface de la peau et la paroi du foie si le signal met 26 microsecondes entre son émission par l émetteur et sa réception? Compétences : Détail : Indicateur de réussite : S approprier Formuler des problématiques scientifiques : Extraire l information utile de divers documents : Analyser Mobiliser et organiser ses connaissances : Exploiter et mettre en relation plusieurs documents. Réaliser Réaliser des comparaisons Réaliser des calculs à partir d expression littérale : Utiliser les bonnes unités ; Réaliser des conversions si nécessaire : Valider Interpréter les résultats ou les observables : Communiquer Rédiger une réponse au problème, en respectant l orthographe et la grammaire : Utiliser une forme adaptée : graphe ; tableau ; texte.. Indiquer A : Acquis ; CA : en cours d acquisition ; NA : non-acquis dans la colonne indicateur de réussite.

4 Questions préliminaires : 1. Qu est-ce qu une onde mécanique progressive? Une onde mécanique progressive correspond à la propagation d'une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière mais avec transport d'énergie. 2. Qu est-ce qu une onde longitudinale? Transversale? Une onde est longitudinale lorsque le déplacement des points du milieu de propagation s'effectue dans la même direction que celle de la propagation. Une onde est transversale lorsque le déplacement des points du milieu de propagation s'effectue perpendiculairement à la direction de propagation. 3. Qu est-ce qu une onde électromagnétique? Une onde électromagnétique est la propagation d une perturbation d un champ électrique et magnétique. 4. Comparer ces deux types d ondes? Les ondes mécaniques ne sont pas de même nature que les ondes électromagnétiques, car il s agit d une perturbation mécanique (Exemple : son : déformation de l air, houle marine..) elles ont donc besoin d un support matériel pour se propager, contrairement aux ondes électromagnétique qui se propage aussi dans le vide. Ces deux ondes peuvent toutefois être caractérisées par leurs fréquences ; leurs vitesses de propagation; et leurs intensités peuvent donner des informations précieuses selon le diagnostic. 5. Comparer les différentes techniques en faisant un tableau récapitulatif (nature de l onde ; propriété ; gamme de fréquence ; énergie, etc Application à l échographie : 1. Sur quels phénomènes est basée la technique de l écographie? La technique de l écographie est basée sur les phénomènes de réflexion, de transmission des ondes ultrasonores à la surface de séparation de différents organes. 2. Que permet de mesurer cette technique? Quelle grandeur peut-on calculer alors? Donner l expression littérale. Cette technique permet de mesurer la durée de l allerretour de l onde entre la sonde et l organe. On peut calculer alors des distances. d= (VxΔt)/2 3. Expliquer d où proviennent les zones sombres et brillantes sur l écographie. Ce sont les zones qui réfléchissent le rayonnement qui apparaîtront claires alors que celles qui l absorbent seront plus sombres, on obtient donc une image en niveau de gris. 4. Quelle est la distance entre la surface de la peau et la paroi du foie si le signal met 26 microsecondes entre son émission par l émetteur et sa réception? d= (VxΔt)/2 ; A.N :d=(1500x26x10-6 )/2 =1.95x10-2 m (environ 2 cm) Réponse argumentée : Étape 1 S approprier la consigne où la question posée 1. Quel est l objectif d un diagnostic médical? 2. Quelles sont les techniques de diagnostic médical évoquées qui utilisent des ondes? 3. Comment caractériser une onde? 4. Quelles sont les caractéristiques des ondes utilisées? Étape 2 Lire et comprendre les documents 1. Un diagnostic médical permet d identifier des problèmes de santé en observant le corps humain (doc. 1,3et 4) ou en testant ses performances (doc. 2). 2. La radiographie, l audiométrie l échographie et la thermographie sont quatre techniques qui utilisent des ondes pour réaliser des diagnostics médicaux (doc. 1, 2 3, 4). 3. Une onde peut être caractérisée par sa fréquence et son intensité (doc. 3) ou son niveau d intensité sonore (doc. 2). Elle peut aussi être caractérisée par la valeur de la vitesse avec laquelle elle se propage dans un milieu. 4. Les ondes utilisées en diagnostic médical ont chacune un domaine propre de fréquences (doc. 1, 2 et 3). Elles peuvent être absorbées par le milieu dans lequel elles

5 se propagent (doc. 1 et 3), elles peuvent aussi être transmises, réfléchies ou émises (doc. 1,3 et 4) Étape 3 Dégager la problématique Quelle est la nature des ondes utilisées dans chacune des techniques de diagnostic médical? Quelles sont les propriétés de ces ondes? Étape 4 Construire la réponse Diagnostic médical : Technique utilisé : Nature de l onde : Domaine de fréquence : Energie associée : Intensité : Propriété : Radiographie Rayon X Onde électromagnétique Audiométrie Echographie Onde sonore Onde ultrasonore Onde mécanique progressive, longitudinale Onde mécanique progressive, longitudinale Thermographie Onde IR Onde électromagnétique 1016 à 1020 Hz 125Hz à 8kHz qq MHz à 20MHz à Hz Entre 41eV et 4.1x10 5 ev Non renseigné Non renseigné Entre 4.1x10-4 ev et 0.41eV D autant plus forte qu il y a peu d absorption : noircissement du film. D autant plus faible qu il y a perte d audition D autant plus forte qu il y a réflexion zone brillante D autant plus grande que la température du corps est grande. Absorption plus ou moins importante en fonction des parties du corps traversées La mesure des fréquences et des intensités sonores perçues permet d obtenir l audiogramme du patient. Absorption plus ou moins importante en fonction des parties du corps traversées Exploitation de la durée de l aller-retour entre la sonde échographique et la zone réfléchissante. Obtention de carte thermique, à partir de l intensité de la puissance rayonnée. Étape 5 Répondre Il existe différentes techniques de diagnostic médical utilisant des ondes. Quelle est la nature des ondes utilisées dans chacune des techniques de diagnostic médical? Quelles sont les propriétés de ces ondes? Selon la technique médicale, la nature de l onde change. En effet, en radiographie et en thermographie sont respectivement utilisés les rayons X et les IR (ondes électromagnétiques) (doc. 1et 4). Alors qu en audiométrie et échographie ce sont des ondes sonores et ultrasonores (ondes mécaniques progressives longitudinales) qui permettent d établir un diagnostic (doc. 2 et 3). Dans chaque cas, le domaine de fréquence de l onde utilisée est bien défini. Par exemple, l audiométrie travaille avec des ondes de fréquence comprise entre 125 Hz et Hz, alors qu elle est de l ordre de la dizaine de MHz pour l échographie. (voir tableau cidessus pour les RX et les IR) En audiométrie, le médecin fixe un niveau d intensité sonore pour vérifier si l onde est perçue par le patient. En radiographie comme en échographie, l intensité de l onde donne des informations sur les milieux (organes) qu elle a traversés. En radiographie, les zones les plus absorbantes apparaissent en blanc (os par exemple) alors que les zones qui absorbent le moins le rayonnement apparaissent plus sombres. Tout ceci permet de reconstituer une image de la zone radiographiée. En échographie, ce sont les zones qui réfléchissent le rayonnement qui apparaîtront claires alors que celles qui l absorbent seront plus sombre, on obtient donc une image en niveau de gris, de plus on mesure la durée de l aller-retour entre la sonde échographique

6 et la zone réfléchissante (organe étudié). Ceci permet de calculer des distances entre l organe et la sonde, ou de l organe lui-même. En thermographie, le capteur sensible au infrarouge permet de mesurer la puissance rayonnée par le corps et de remonter à la température de ces différentes parties afin d obtenir une carte thermique. Ainsi, selon l application recherchée, il faut choisir un type d onde particulier.

7 Correction Questions préliminaires : 1. Qu est-ce qu une onde mécanique progressive? Une onde mécanique progressive correspond à la propagation d'une perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière mais avec transport d'énergie. 2. Qu est-ce qu une onde longitudinale? Transversale? Une onde est longitudinale lorsque le déplacement des points du milieu de propagation s'effectue dans la même direction que celle de la propagation. Une onde est transversale lorsque le déplacement des points du milieu de propagation s'effectue perpendiculairement à la direction de propagation. 3. Qu est-ce qu une onde électromagnétique? Une onde électromagnétique est la propagation d une perturbation d un champ électrique et magnétique. 4. Comparer ces deux types d ondes? Les ondes mécaniques ne sont pas de même nature que les ondes électromagnétiques, car il s agit d une perturbation mécanique (Exemple : son : déformation de l air, houle marine..) elles ont donc besoin d un support matériel pour se propager, contrairement aux ondes électromagnétique qui se propage aussi dans le vide. Ces deux ondes peuvent toutefois être caractérisées par leurs fréquences ; leurs vitesses de propagation; et leurs intensités peuvent donner des informations précieuses selon le diagnostic. 5. Comparer les différentes techniques en faisant un tableau récapitulatif (nature de l onde ; propriété ; gamme de fréquence ; énergie, etc Application à l échographie : 1. Sur quels phénomènes est basée la technique de l écographie? La technique de l écographie est basée sur les phénomènes de réflexion, de transmission des ondes ultrasonores à la surface de séparation de différents organes. 2. Que permet de mesurer cette technique? Quelle grandeur peut-on calculer alors? Donner l expression littérale. Cette technique permet de mesurer la durée de l allerretour de l onde entre la sonde et l organe. On peut calculer alors des distances. d= (VxΔt)/2 3. Expliquer d où proviennent les zones sombres et brillantes sur l écographie. Ce sont les zones qui réfléchissent le rayonnement qui apparaîtront claires alors que celles qui l absorbent seront plus sombres, on obtient donc une image en niveau de gris. 4. Quelle est la distance entre la surface de la peau et la paroi du foie si le signal met 26 microsecondes entre son émission par l émetteur et sa réception? d= (VxΔt)/2 ; A.N :d=(1500x26x10-6 )/2 =1.95x10-2 m (environ 2 cm) Réponse argumentée : Étape 1 S approprier la consigne où la question posée 1. Quel est l objectif d un diagnostic médical? 2. Quelles sont les techniques de diagnostic médical évoquées qui utilisent des ondes? 3. Comment caractériser une onde? 4. Quelles sont les caractéristiques des ondes utilisées? Étape 2 Lire et comprendre les documents 1. Un diagnostic médical permet d identifier des problèmes de santé en observant le corps humain (doc. 1,3et 4) ou en testant ses performances (doc. 2). 2. La radiographie, l audiométrie l échographie et la thermographie sont quatre techniques qui utilisent des ondes pour réaliser des diagnostics médicaux (doc. 1, 2 3, 4). 3. Une onde peut être caractérisée par sa fréquence et son intensité (doc. 3) ou son niveau d intensité sonore (doc. 2). Elle peut aussi être caractérisée par la valeur de la vitesse avec laquelle elle se propage dans un milieu.

8 4. Les ondes utilisées en diagnostic médical ont chacune un domaine propre de fréquences (doc. 1, 2 et 3). Elles peuvent être absorbées par le milieu dans lequel elles se propagent (doc. 1 et 3), elles peuvent aussi être transmises, réfléchies ou émises (doc. 1,3 et 4) Étape 3 Dégager la problématique Quelle est la nature des ondes utilisées dans chacune des techniques de diagnostic médical? Quelles sont les propriétés de ces ondes? Étape 4 Construire la réponse Diagnostic médical : Technique utilisé : Nature de l onde : Domaine de fréquence : Energie associée : Intensité : Propriété : Radiographie Rayon X Onde électromagnétique Audiométrie Echographie Onde sonore Onde ultrasonore Onde mécanique progressive, longitudinale Onde mécanique progressive, longitudinale Thermographie Onde IR Onde électromagnétique 1016 à 1020 Hz 125Hz à 8kHz qq MHz à 20MHz à Hz Entre 41eV et 4.1x10 5 ev Non renseigné Non renseigné Entre 4.1x10-4 ev et 0.41eV D autant plus forte qu il y a peu d absorption : noircissement du film. D autant plus faible qu il y a perte d audition D autant plus forte qu il y a réflexion zone brillante D autant plus grande que la température du corps est grande. Absorption plus ou moins importante en fonction des parties du corps traversées La mesure des fréquences et des intensités sonores perçues permet d obtenir l audiogramme du patient. Absorption plus ou moins importante en fonction des parties du corps traversées Exploitation de la durée de l aller-retour entre la sonde échographique et la zone réfléchissante. Obtention de carte thermique, à partir de l intensité de la puissance rayonnée. Étape 5 Répondre Il existe différentes techniques de diagnostic médical utilisant des ondes. Quelle est la nature des ondes utilisées dans chacune des techniques de diagnostic médical? Quelles sont les propriétés de ces ondes? Selon la technique médicale, la nature de l onde change. En effet, en radiographie et en thermographie sont respectivement utilisés les rayons X et les IR (ondes électromagnétiques) (doc. 1et 4). Alors qu en audiométrie et échographie ce sont des ondes sonores et ultrasonores (ondes mécaniques progressives longitudinales) qui permettent d établir un diagnostic (doc. 2 et 3). Dans chaque cas, le domaine de fréquence de l onde utilisée est bien défini. Par exemple, l audiométrie travaille avec des ondes de fréquence comprise entre 125 Hz et Hz, alors qu elle est de l ordre de la dizaine de MHz pour l échographie. (voir tableau cidessus pour les RX et les IR) En audiométrie, le médecin fixe un niveau d intensité sonore pour vérifier si l onde est perçue par le patient. En radiographie comme en échographie, l intensité de l onde donne des informations sur les milieux (organes) qu elle a traversés. En radiographie, les zones les plus absorbantes apparaissent en blanc (os par exemple) alors que les zones qui absorbent le moins le rayonnement apparaissent plus sombres. Tout ceci permet de reconstituer une image de la zone radiographiée. En échographie, ce sont les zones qui réfléchissent le rayonnement qui apparaîtront claires alors que celles qui l absorbent seront plus sombre, on obtient donc une image en

9 niveau de gris, de plus on mesure la durée de l aller-retour entre la sonde échographique et la zone réfléchissante (organe étudié). Ceci permet de calculer des distances entre l organe et la sonde, ou de l organe lui-même. En thermographie, le capteur sensible au infrarouge permet de mesurer la puissance rayonnée par le corps et de remonter à la température de ces différentes parties afin d obtenir une carte thermique. Ainsi, selon l application recherchée, il faut choisir un type d onde particulier.