T.P PHYSIQUE SECONDE. THÈME : LA SANTÉ LE DIAGNOSTIC MÉDICAL ONDES ULTRASONORES PRINCIPE DE L'ECHOGRAPHIE TP P5 F.MISTRAL 2010 NOM :... PRÉNOM :... CLASSE :... DATE :... I. INTRODUCTION a) L échographie Une échographie est un examen médical qui peut être prescrit par exemple lors d une grossesse afin de vérifier la santé du fœtus. Lors de cet examen, le corps du patient est en contact avec une sonde, reliée à un dispositif de visualisation des données. La sonde contient un émetteur/récepteur d ondes ultrasonores. Les ondes ultrasonores sont des ondes dont la fréquence est supérieure à 20000 Hz elles ne sont pas audibles par l oreille humaine b) Objectif du TP Nous allons étudier quelques caractéristiques de ces ondes ultrasonores à l aide d un émetteur et d un récepteur d ultrasons, reliés à un oscilloscope ou au logiciel d acquisition LatisPro, qui permettra de visualiser les signaux ultrasonores émis et reçus II. PARTIE A : DÉTERMINATION DE LA VITESSE DES ULTRASONS DANS L AIR a) Manipulation Alimenter l'émetteur d'ultrasons et le mettre en marche Placer l'émetteur et le récepteur d'ultrasons face à face à trente centimètres l'un de l'autre. L'émetteur et le récepteur sont connectés à un poste informatique par le biais d'une carte d'acquisition. Ouvrir le logiciel LatisPro puis ouvrir le fichier Mediathèque/SPC/echographie/reglages echographie.ltp Appuyer sur la touche F10 pour faire l'acquisition du signal Le logiciel LatisPro permet d'observer deux signaux : - Le signal électrique correspondant à l'onde ultrasonore émise par l'émetteur est appelé «émission» - Celui correspondant à l'onde reçue par le récepteur est appelé «réception Question 1 : Faire dans le cadre ci-contre un schéma rapide de la situation obtenue en indiquant le signal émission et le signal réception. - L'axe horizontal des abscisses est gradué en unité de temps secondes ou millisecondes (s ou ms) - L'axe vertical des ordonnées est gradué en volts ou millivolts (V ou mv) Questions 2 : Approcher lentement le récepteur de l'émetteur et faire des acquisitions avec la touche F10 : qu'observez-vous? Page 1/4
Pourquoi les deux signaux se rapprochent-t-ils? Question 3 Relever précisément la durée séparant les débuts des signaux émis et reçus (vous pouvez vous cliquer sur le bouton droit de la souris et utiliser l'outil «réticule» pour faire des mesures précises). En déduire le décalage de temps Δt qu a subi le signal : Δt =... Question 4 : Calculez la vitesse des ultrasons. Dans l'air cette vitesse est égale à 340m.s -1, que pensez-vous de votre résultat? Rappel: Formule de la vitesse d'une onde : (v : vitesse de l'onde en m/s -1 )avec d : distance parcourue par l'onde (m) et la durée du parcours (s) Mesures à l oscilloscope électronique Il est possible d'obtenir des résultats similaires à l'aide d'un oscilloscope dont l'écran est divisé en «carrés» ou «divisions». Sur l'oscilloscope différents réglages permettent de déterminer les échelles correspondantes. Ainsi, la «sensibilité horizontale» indique l'échelle de l'axe des abscisses. Une sensibilité de 0,5ms/div signifie qu'une division sur l'écran correspond à une durée de 0,5ms Document L'écran ci-contre a été obtenu pour les réglages suivants : - voie 1 : signal émis - voie 2 : signal reçu - sensibilité horizontale : 0,1ms/div Question 5 : Calculer la distance séparant l'émetteur du récepteur..... Page 2/4
III. PARTIE B : TRANSMISSION, RÉFLEXION ET ABSORPTION DES ULTRASONS 1) Transmission Il y a transmission quand le récepteur placé derrière la plaque reçoit le signal de l émetteur. Placer le récepteur à une dizaine de centimètres de l émetteur. Intercaler entre l émetteur et le récepteur trois «plaques», constitués de matériaux différents (mouchoir en papier, contreplaqué, ouate (on prendra 2 morceaux de ouate)). Observer pour chaque type de matériau comment évolue le signal reçu. Question 1 : Entourer les réponses correspondant à vos observations : matériau Mouchoir en papier Contre plaqué Ouate transmission OUI NON OUI NON OUI NON Retirer du protocole d expérimentation l écran pour lequel il y a eu transmission. 2) Réflexion : Il y a réflexion quand le récepteur placé du même côté de la plaque que l émetteur reçoit le signal. Placer l émetteur et le récepteur côte à côte. Placer en face de l ensemble émetteur/récepteur une des deux plaques restantes (à environ 5 cm). Observer alors l évolution du signal reçu. Faire de même avec l autre plaque. Question 2 : Entourer les réponses correspondant à vos observations : matériau transmission OUI NON OUI NON 3) Absorption Il y a absorption quand il n y a ni réflexion ni transmission Question 3 En déduire le matériau absorbant...... Page 3/4
IV. PARTIE C : APPLICATION A L'ÉCHOGRAPHIE Question 1 En quoi les expériences précédentes permettent-elles de «comprendre» le principe de l échographie? Quel est selon vous le matériau pouvant simuler la peau, celui pouvant simuler un organe, celui simulant un os? Simulation d une échographie. Dans la boîte en carton présente sur vos tables, se cache un objet. ( Ne pas chercher à le voir!) Question 2 : Élaborer un protocole permettant de déterminer sa position dans la boite puis sa largeur (vous discuterez notamment de la position de l'émetteur et du récepteur (face à face ou côte à côte) et vous aiderez d'un schéma clair pour expliquer les mesures et les calculs à faire) Protocole :... Schémas : Question 3 : Après discussion, effectuer les mesures, et noter vos résultats Mesures : 1/ Largeur de l objet =...... 2/ Position de l objet dans la boîte a) Décalage temporel entre l émission et la réception de l onde réfléchie =... b) Calcul de l éloignement de l objet d =... Valeurs réelles mesurées après ouverture de la boite :... Conclusion : Page 4/4
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