Chapitre 09. Les signaux périodiques en médecine. II- Applications. I- Phénomène périodique.

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1 Chapitre 09 Les signaux périodiques en médecine. I- Phénomène périodique. 1)- Définition 2)- Exemples 3)- Caractéristiques d un signal périodique II- Applications. 1)- Exemple de tensions périodiques observées à l oscilloscope. 2)- Électrocardiogramme : 3)- Différents types d ondes pour différents diagnostics. 4)- QCM : Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s). QCM Questy 5)- Exercices. Exercices : a)- Exercice 4 : Test d effort. b)- Exercice 5 : Période et fréquence. c)- Exercice 9 : Propagation des ultrasons. d)- Exercice 13 : La sonnerie secrète des jeunes. e)- Exercice 14 : à chacun son rythme. f)- Exercice 15 : Mesure de la vitesse du son. 1

2 I- Phénomène périodique. 1)- Définition : Un phénomène périodique est un phénomène qui se reproduit identique à lui-même à intervalles de temps réguliers. 2)- Exemples : - L électrocardiogramme : - Signal émis lors de la réalisation d un audiogramme : 3)- Caractéristiques d un signal périodique : 2

3 a)- Période T et fréquence f. - La période T d un phénomène périodique est la durée au bout de laquelle le phénomène se reproduit identique à lui-même. - L unité de période T est la seconde, symbole s. - La fréquence f représente le nombre de période par seconde. On écrit : - - Unité de fréquence : Hertz : symbole Hz - Remarque : Pour obtenir la fréquence en Hz, il faut pour cela exprimer la période en seconde s. b)- Tension maximale, tension minimale : - Pour une tension périodique u (t), la tension maximale U max désigne la valeur la plus élevée prise par u (t) au cours du temps. - La tension minimale U min est sa valeur la plus faible. - Application : Déterminer les valeurs de U max et U min pour le signal suivant : - U max 50 mv et U min - 50 mv - Remarque : U max = - U min la tension est dite symétrique. C est un cas particulier fréquent. 3

4 II- Applications. 1)- Exemple de tensions périodiques observées à l oscilloscope. a)- Signal sinusoïdal : - Oscillogramme : - Déterminer la valeur de la période T du signal, en déduire la valeur de la f fréquence du signal. - Déterminer les valeurs de U max et U min pour la tension observée à l oscilloscope. 4

5 Valeur de la période du signal : exploitation de l oscillogramme : x 2,4 div Durée de balayage : b = 0,10 ms / div Période se la tension : T = x. b T = 2,4 x 0,10 T 0,24 ms Fréquence de la tension : Valeurs de U max et U min. On remarque que le signal est symétrique. U max = - U min Exploitation de l oscillogramme : y 2,6 div et k = 2,0 V / div U max = - U min 5,2 V 5

6 b)- Signal triangulaire : - Oscillogramme : - Déterminer la valeur de la période T du signal, en déduire la valeur de la f fréquence du signal. - Déterminer les valeurs de U max et U min pour la tension observée à l oscilloscope. 6

7 Valeur de la période du signal : exploitation de l oscillogramme : x 3,2 div Durée de balayage : b = 5,0 ms / div Période se la tension : T = x. b = 3,2 x 5,0 16 ms Fréquence de la tension : Valeurs de U max et U min. On remarque que le signal est symétrique. U max = - U min Exploitation de l oscillogramme : y 2,4 div et k = 2,0 V / div U max = - U min 4,8 V 7

8 2)- Électrocardiogramme : - L électrocardiogramme (ECG) est un examen fondamental en cardiologie. - Il permet de diagnostiquer des troubles du rythme cardiaque, des infarctus. - Il s agit d un examen indolore réalisé en plaçant des électrodes : Sur le thorax, Les bras, Et les jambes. - Les signaux électriques provenant du muscle cardiaque sont recueillis, amplifiés et transcrits sous forme de courbes. - Cinq points particuliers, correspondant à ce que les médecins appellent les «ondes» : P, QRS, T. - Les différentes phases : - La courbe au niveau de P indique les contractions des oreillettes. - La courbe associée à QRS correspond à la contraction des ventricules (systole). - C est au cours de la contraction des ventricules que le sang est expulsé vers le système artériel. - La courbe au niveau de T indique le moment où les ventricules reviennent au repos (diastole) et se remplisse de sang. - Étude de l enregistrement : - Entre Q et S, on observe des «pics». Au cours d un «pic», la tension augmente puis chute très rapidement. - Un électrocardiogramme est une succession de motifs qui se répètent. - Un motif élémentaire est la partie du tracé la plus courte possible qui se répète identique à elle-même au cours du temps. - On peut sélectionner cette partie suivante sur l enregistrement : 8

9 - Ou la partie suivante : - On est en présence d un phénomène périodique. - On peut déterminer la valeur de la période du phénomène. - La période est la durée entre deux pulsations consécutives ressenties lors de la prise du pouls. - Elle correspond à la durée d un motif élémentaire. - À l aide de l enregistrement, on trouve comme période : T 0, 80 s. - Ce qui donne une fréquence f 1,25 Hz. - Mais pour estimer le rythme cardiaque, on compte généralement le nombre de période qui peuvent s inscrire pendant une durée d une minute. - La «fréquence cardiaque» ainsi obtenue s exprime en pulsations par minute. - On peut en déduire la «fréquence cardiaque» du patient : f car = 60 f 75 pulsations / min. - Tensions : U max 21 mv et U min - 1,1 mv 3)- Différents types d ondes pour différents diagnostics. 9

10 a)- L échographie : - C est une technique d imagerie employant des ondes ultrasonores. - Les fréquences des ondes ultrasonores utilisées sont de l ordre de 10 7 Hz, soit 10 MHz. - Le choix de la fréquence des ultrasons dépend de la parte du corps dont on veut obtenir l image. - Exemple : Échographie d un fœtus. - Les domaines des ondes sonores. 10

11 b)- La radiographie. - C est une technique d imagerie employant des rayons X. - Les rayons X sont des ondes électromagnétiques. - Les fréquences des rayons X utilisés sont de l ordre de Hz. - Le choix de la fréquence dépend de la partie du corps dont on veut obtenir l image. - Exemple : Radiographie de la main. - Les domaines des ondes électromagnétiques : 11

12 4)- QCM : Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s). 1 Énoncé A B C Le signal électrique représenté correspond à une onde sonore Ce signal est périodique La période de ce signal est de l ordre de 0,8 x 10 3 ms La fréquence de ce signal est de l ordre de 125 Hz Répo nse A 2 Sur cet électrocardiogramme (ECG) d une personne au repos : La période est de 1 s La fréquence est de l ordre de 2 Hz ou 120 pulsations par minute La période est de 1 Hz A Sur l ECG précédent, la tension minimale est de : La personne dont l ECG au repos est représenté ci-dessus fait un nouvel ECG après un effort physique. La valeur de la vitesse du son dans l air est de 0,010 V - 0, 010 V 10 x 10 3 V B L espace entre deux pics consécutif s augmente 1540 m / s Le rythme cardiaque est alors supérieur à 60 pulsations par minute 3,00 x 10 8 m / s La période des battements cardiaques est alors inférieure à 1,0 s. BC 340 m / s C 12

13 l ordre de : Quelle est la valeur de la vitesse des ultrasons dans l air? Les ondes électromagnétiques : Des ondes ultrasonores parcourent une distance d dans l air. Il s écoule 330 µs entre l émission et la réception. La distance d est : L image ci-dessous est une radiographie de la cage thoracique. 340 m / s se propage dans l air à 3,00 x 10 8 m / s D environ 11 cm Ce diagnostic utilise des ondes ultrasonor es 3,40 x 10 2 m / s Ne se propage pas dans le vide D environ 11 m Ce diagnostic utilise des ondes électromagn étiques visibles par l être humain 3,00 x 10 8 m / s Se propage dans l air à 340 m / s Nulle car les ultrasons ne se propage pas dans l air Ce diagnostic utilise des ondes électromagn étiques AB A A C 13

14 5)- Exercices. a)- Exercice 4 : Test d effort. b)- Exercice 5 : Période et fréquence. c)- Exercice 9 : Propagation des ultrasons. d)- Exercice 13 : La sonnerie secrète des jeunes. e)- Exercice 14 : à chacun son rythme. f)- Exercice 15 : Mesure de la vitesse du son. 14