Comprendre le principe de l'échographie - Hachette

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11 Incidence limite Lors d’une fibroscopie, un rayon lumineux se propageant dans de l’eau pénètre dans une fibre optique. Eau n 1 = 1,33 i 1 n 3 = 1,15 i 2 A n = 1,56 2 i 3 1. Calculer la valeur limite ilimite de l’angle i3 à partir des données du schéma. 2. a. Que peut-on dire du triangle ABC ? En déduire la relation entre les angles i2 et i3 . b. En déduire la valeur de l’angle i2 lorsque i3 = ilimite . 3. Calculer la valeur de l’angle i 1 lorsque i 3 = i limite . 4. Un rayon lumineux pourra-t-il se propager dans la fibre optique quel que soit l’angle i 1 ? 12 Émission et réception d’ultrasons Lors d’une échographie, on place une sonde en contact avec la peau du patient et on observe une zone de son corps. La sonde joue le rôle d’émetteur et de récepteur d’ondes ultrasonores. Elle émet des salves qui ont une durée d’une microseconde environ. Deux salves successives sont espacées d’une milliseconde. Pendant cet intervalle de temps, la sonde détecte la salve ultrasonore précédente qui s’est réfléchie sur la surface séparant deux milieux différents. La connaissance de la durée entre l’émission et la réception est nécessaire pour la constitution d’une image. Dans le corps humain, les ultrasons se propagent à une vitesse v = 1 500 m · s –1 . 1. Quelle distance peut parcourir une onde ultrasonore en une milliseconde dans un corps humain ? 2. En déduire la distance maximale mesurable séparant la peau du lieu de réflexion de l’onde. 3. Lors d’une échographie, une salve ultrasonore réfléchie sur la surface séparant deux milieux différents d’un corps humain est-elle détectée par la sonde avant que la salve suivante ne soit émise ? C B Exercices 13 Le scanner Le scanner est une technique de tomographie qui permet d’obtenir des images en coupe de l’intérieur du corps d’un patient. Lors d’un examen, un émetteur de rayons X tourne autour du patient (doc. 1). Un premier capteur enregistre l’intensité du rayonnement incident. Un second capteur mesure l’intensité du rayonnement qui a traversé le corps. Les deux capteurs ont le même mouvement que l’émetteur. En déplaçant le patient horizontalement, on peut construire une image en trois dimensions. capteur n°2 Émetteur de rayons X et capteur n°1 Rotation Déplacement doc. 1 Principe du scanner. Ordinateur doc. 2 Coupes transversales d’un crâne lors d’un scanner. 1. Rechercher dans un dictionnaire la signification du mot tomographie. 2. Quelle propriété des rayons X est utilisée dans les scanners ? 3. a. À quoi correspond l’enveloppe représentée en blanc sur les images du document 2 ? b. À quoi correspondent les zones représentées en gris ? 4. Quel est l’avantage du scanner par rapport à une radiographie classique ? 12 Les ondes au service du diagnostic médical 183
Exercices 184 14 Imagerie par résonance magnétique L’imagerie par résonance magnétique est une technique moderne de diagnostic. Le corps humain contient des atomes d’hydrogène en grande quantité. Ces atomes, tels des aiguilles aimantées, s’orientent tous dans une même direction lorsqu’ils sont placés dans un champ magnétique très intense fourni par un puissant électroaimant. Les atomes d’hydrogène sont alors excités durant une courte période par des ondes électromagnétiques. Lorsqu’on arrête ces ondes, les atomes d’hydrogène se désexcitent et retournent à leur position d’équilibre. On sait mesurer leurs durées de retour à l’équilibre. Ces durées sont différentes selon les tissus biologiques (graisse, muscle, matière cérébrale, os…). Cela permet de reconstituer une image du corps. Le grand avantage de l’IRM est qu’elle n’utilise pas de rayonnement ionisant. 1. Rechercher la signification de « rayonnement ionisant ». 2. Quelle autre technique utilise des rayonnements ionisants ? 3. Justifier la phrase soulignée dans le texte. 4. L’image ci-contre représente une partie d’un corps humain. Quelle est cette partie du corps ? 5. Comparer l’image avec les images de l’exercice 13 sur le scanner et citer un autre avantage de l’IRM. 15 The birth of Fiber Optics In 1870, John TYNDALL, demonstrated that light used internal reflection to follow a specific route. As water flowed out of the first container, TYNDALL directed a ray of sunlight at the water. The light followed a zigzag route inside Light reflected from surface Light gradually leaks out Water flowing out of bassin the curved route of the water. This simple experiment, illustrated on the picture, was the first research into guided transmission of light. 1. Expliquer l’expérience de John TYNDALL. 2. Sachant que l’indice de réfraction de l’eau est neau = 1,33 et l’indice de réfraction de l’air est nair = 1,00, déterminer l’angle limite lorsque la lumière arrive à la surface eau-air. 3. Schématiser le trajet de la lumière dans le jet d’eau. 4. En quoi peut-on dire que cette expérience est à l’origine de la naissance de la fibre optique ? 16 Échographie Doppler Il est parfois nécessaire d’observer le fonctionnement des organes. Lors d’une échographie Doppler les salves ultrasonores se réfléchissent sur les globules rouges qui se déplacent dans les veines et les artères. Leur fréquence est modifiée à cause du déplacement des globules rouges. C’est le principe de l’effet Doppler. La fréquence des ultrasons reçus est plus petite que celle des ultrasons émis si les globules rouges s’éloignent de la sonde, elle est plus grande si les globules rouges se rapprochent. Des couleurs différentes sont associées sur l’échographie aux fréquences des ultrasons réfléchis. Ces couleurs permettent de repérer le sens et la vitesse de circulation du sang par rapport à la position de la sonde. 1. Comment est repéré le sens de déplacement du sang sur une image d’échographie Doppler ? 2. Comment est repérée la vitesse de déplacement du sang ? 3. Rechercher un dispositif placé au bord des routes utilisant également l’effet Doppler. Expliquer le principe en quelques lignes.
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