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Activité expérimentale : Ondes et imagerie médicale

L’échographie utilisée en imagerie médicale est fondée sur l’émission d’une onde ultrasonore et la réception de son écho renvoyé par les tissus mous. L’objectif de cette activité expérimentale est d’étudier les ondes sonores et ultrasonores pour comprendre leur utilité en imagerie médicale.

PARTIE 1 : VITESSE D’UN SON

Matériel mis à votre disposition :

- Ordinateur avec carte son + logiciel libre « AUDACITY » - Ecouteurs pour baladeurs MP3 servant de micros - Règle ou « mètre » - Oscilloscope numérique - Micros

Avec Audacity :

• Placez les deux écouteurs pour baladeur MP3 à une certaine distance connue l’un de l’autre. • Effectuez l’enregistrement d’un son très bref (ex : taper fort dans mains…) avec AUDACITY

réglé en mode « Stéréo ». Remarque : Pour mettre AUDACITY en mode « Stéréo » : Edition / Onglet « Préférences », choisir le mode « Stéréo »:

• Refaites l’expérience précedente pour déterminer l’influence du milieu

de propagation sur la vitesse du son. Pour se faire, vous pourrez fixer les deux écouteurs sur un support (métallique par exemple), faire propager un son et déterminer si le son se déplace à la même vitesse que dans l’air ou non.

Ecouteurs fixés (scotch) sur les pieds métalliques d’un tabouret

« CLAP ! » Ecouteurs de baladeur MP3 Ordinateur + AUDACITY « Clap »

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d = 15 cmEmetteur

GBF

Ch1

RécepteurCh2

RécepteurCh2

1

2

Avec l’oscilloscope : • Branchez les deux micros aux deux sorties de l’oscilloscope. • Visualisez les deux voies d’enregistrement. Choisissez les réglages adéquats pour lire le temps

(s/div) en abscisse et l’amplitude (V/div) en ordonnée. • Appuyez sur la touche « single seq » pour pouvoir démarrer l’enregistrement. L’écran devient

grisé : l’oscillo est prêt à enregistrer • Effectuez l’enregistrement d’un son très bref (ex : taper fort dans mains…).

Questions : 1. Calculez la vitesse du son dans l’air en mesurant le décalage de temps entre les deux signaux. 2. La vitesse du son est-elle la même dans tous les milieux ? Justifier. 3. Si non, rechercher sur internet ou dans votre manuel, la vitesse du son dans le béton, l’eau, l’acier et le bois.

PARTIE 2 : CHANGEMENT DE MILIEU DE PROPAGATION

On veut étudier le comportement d’une onde sonore lorsqu’elle rencontre un matériau. Réalisons le montage suivant avec un émetteur et un récepteur d’ultrasons et observons les signaux reçus à l’aide d’oscilloscope. Le récepteur sera placé en position 1 ou en position 2.

Exemple d’oscilloscope

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1. A l’aide de l’oscilloscope, déterminez la période et la fréquence des ultrasons reçus par le récepteur

lorsqu’il est placé en position 2, sans paroi. 2. Visualisez l’amplitude du signal émis et des signaux reçus sans mettre la paroi lorsque le récepteur est

en position 2. Déplacez le récepteur de gauche à droite, en le rapprochant ou en l’éloignant. Que se passe-t-il lorsque vous éloignez le récepteur de l’émetteur ? Expliquez ce que vous observez.

3. Insérez différents matériaux entre l’émetteur et le récepteur en position 2 et remplissez le tableau ci-dessous.

4. Que deviennent les ondes ultrasonores qui ne traversent pas l’obstacle ?

A l’aide du schéma du montage, formulez une hypothèse et vérifiez-la par l’expérience. (aide : le récepteur sera placé en position 1)

5. Comment appelle-t-on les phénomènes observés au niveau du récepteur lorsqu’il est en position 1?

6. En réinvestissant les phénomènes vus précédemment, proposez un protocole qui permet de mesurer la distance d’un objet à partir d’un émetteur et d’un récepteur à ultrasons.

Matériau rencontré

Papier mouchoir

mousse Polystyrène La main carton

Prévision (avant de manipuler)

Observation du

signal (récepteur 2)

Interprétation

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PARTIE 3 : L’ECHOGRAPHIE

Les documents ci-dessous résument le principe de l’échographie :

1. Résumez en deux phrases le principe de l’échographie, grâce au document 1 et au lien suivant :

http://www.ostralo.net/3_animations/swf/echographie.swf

2. En se servant du document 2, peut-on déterminer la distance à laquelle se trouvait l’organe à l’origine de la réflexion ?

SIGNAL EMIS

SIGNAL RECU

50 µs

Doc 2

Doc 1

(Cf. Doc 2)

à environ 1500 m.s-1

(salves)