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Chapitre 4 Physique et diagnostic médical Physique

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2nde – SPC
Chapitre 4
Thème : Santé
Physique et diagnostic médical
Physique
Introduction :
Pour établir son diagnostic, le médecin peut avoir recours à différents types d’examens :
-
Examens biochimiques : analyses de sang, analyse d’urine…
Examens s’appuyant sur l’utilisation de phénomènes électriques, comme
l’électrocardiogramme (ECG) et l’électroencéphalogramme (EEG).
Examens d’imagerie médicale : échographie, radiographie, scanner, IRM, scintigraphie,
PetScan…
 Dans ce chapitre nous allons nous intéresser aux méthodes physiques.
I- Activité préliminaire : analyse d’un électrocardiogramme (ECG)
Un ECG est un examen fondamental en cardiologie. Il permet de
diagnostiquer des troubles du rythme cardiaque, des infarctus etc. Il
s’agit d’un examen indolore, réalisé en quelques minutes en plaçant
des électrodes (conducteurs) sur le thorax, les bras et les jambes du
patient. Les signaux électriques provenant du muscle cardiaque sont
recueillis, amplifiés et affichés au cours du temps sous forme d’une
courbe.
Exemple d’ECG :
1) Sur la courbe, quelle est la grandeur représentée en abscisse ?
2) Qu’est-ce qui permet d’affirmer que le signal électrique enregistré est une tension
électrique ?
3) Décrire cette courbe.
4) Que peut-on en déduire sur les battements cardiaques ?
5) Rythme cardiaque :
a- Déterminer avec le plus de précision possible la durée T qui s’écoule entre 2 battements
cardiaques successifs.
b- En déduire le nombre N de pulsations cardiaques par minute.
6) Amplitude du signal :
a- Peut-on connaître la valeur maximale et la valeur minimale de la tension électrique
enregistrée sur l’électrocardiogramme ? Pourquoi ?
b- Proposer une définition de l’amplitude « crête à crête » du signal électrique.
c- Mesurer l’amplitude « crête à crête » Ucc sur l’électrocardiogramme en expliquant la
méthode employée.
2nde – SPC
Thème : Santé
Correction :
1) Les battements du cœur sont enregistrés au cours du temps  le temps
est en abscisse : échelle : 40 ms/mm
2) L’échelle 10 μV/mm correspond donc au signal enregistré verticalement.
Le volt (symbole V) est une unité de tension électrique
 le signal enregistré est bien une tension électrique.
3) Pics de tension régulièrement espacés dans le temps, correspondant à la
contraction des ventricules (et donc à l’expulsion du sang dans les
artères).
4) Les battements cardiaques se reproduisent régulièrement ou
périodiquement dans le temps.
5) a- Graphiquement :
T ≈ 25 (mm) x 40 (ms/mm) ≈ 1000 ms ≈ 1000 x 10-3 s ≈ 1 s
b- En 1 min = 60 s, le cœur bat donc 60 fois plus.
 Rythme cardiaque : N = 60 battements / minute.
6) a- Non, car on ne connaît pas l’origine pour la mesure des tensions.
b- Amplitude crête à crête :
Ucc = Umax – Umin
c- Ucc ≈ 35 (mm) x 10 (μV/mm) ≈ 350 μV ≈ 0,35 mV
2nde – SPC
II-
Thème : Santé
Phénomènes périodiques
(livre p.62-63)
1) Définition
Exemples :
2) Caractéristiques
Période T : ……………………………………………………………………………………………….
 unité : …………………
Fréquence f : ………………………………………………………………………..…………………..
 unité : ………….. ou ………………
3) Analyse d’un signal électrique périodique
Certains organes de l’organisme humain ont un fonctionnement périodique. Leur activité peut
être enregistrée grâce à des capteurs et transformée en signal électrique (tension) qu’on peut
visualiser sur un écran (oscilloscope, ordinateur, matériel médical). Le signal électrique est alors
également périodique et de même fréquence/période que le phénomène étudié.
Exemple d’utilisation en médecine :
- Activité du muscle cardiaque  électrocardiogramme (ECG)
- Activité sur cerveau  électroencéphalogramme (EEG)
- Suivi des contractions utérines pendant un accouchement
- Battements du cœur d’un fœtus.
Un signal électrique périodique est caractérisé par :
 TP n°7 : Détermination des caractéristiques d’un signal électrique
 Exercices p. 64-65 : n° 1, 2 (sauf c), 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10.
2nde – SPC
III-
Thème : Santé
Ondes utilisées en médecine
1) Qu’est-ce qu’une onde ?
Une onde est la propagation d’une perturbation sans transport de matière.
Si la source de l’onde est un phénomène périodique, alors l’onde est périodique de même
période/fréquence.
Exemple : houle à la surface de l’eau :
Une bouée monte et descend périodiquement (fréquence T), mais ne se déplace pas dans le
sens de la houle. L’eau ne se déplace pas dans son ensemble (déplacement local).
Une onde périodique est caractérisée par :
-
sa fréquence ou sa période  f (Hz) ou T(s)
sa vitesse de propagation dans le milieu  v (m/s)
sa longueur d’onde = période spatiale  λ (m)
(lambda)
2 types d’ondes :
-
Ondes mécaniques qui nécessitent un support matériel pour se propager.
Exemples :
-
Ondes électromagnétiques qui peuvent se propager dans le vide.
Exemples :
2nde – SPC
Thème : Santé
2) Ondes sonores et ultrasonores
Le son est une vibration se propageant dans un milieu matériel (gaz, liquide, solide) en modifiant
localement la pression du milieu.
Exemple dans l’air :
Les vibrations de la source (cordes vocales,
instruments de musique…) compriment et dilatent
les molécules d’air. Les variations de pression de
l’air se propagent de proche en proche.
Vitesse du son : Dans l’air : Vair ≈ 340 m
Dans l’eau : Veau ≈ 1500 m/s
Le son se propage-t-il dans le vide ?
 Expérience avec la cloche à vide
Les ultra-sons sont des ondes de même natures mais non audibles par l’oreille humaine.
Audition humaine
a- Quel est le domaine des fréquences
audibles pour l’oreille humaine
b- Comment qualifie-t-on les sons en
dehors de ce domaine ?
Remarques :
- Certains animaux entendent et/ou émettent des sons plus aigus ou plus graves que nous.
Les chiens entendent des ultra-sons jusqu’à 44 kHz.
Les chauves-souris et les dauphins entendent et émettent des ultrasons : jusqu’à 120 kHz
pour les chauves-souris et 200kHz pour les dauphins
Les éléphants entendent et émettent des infrasons jusqu’à 11
kHz.
- L’audition varie également d’une personne à l’autre et pour une même personne avec
l’âge (vieillesse de l’oreille ou perte de l’audition suite à la soumission à un bruit trop fort,
ponctuel ou répété).
Application : technique échographie  voir TP.
Exercice : phénomène d’écho
3) Ondes électromagnétiques (EM)
Pour une onde électromagnétique ce sont les variations du champ électrique et du champ
magnétique qui se propagent.
La lumière visible est une onde EM.
2nde – SPC
Thème : Santé
Vitesse ou célérité de la lumière dans le vide : c ≈ 3.108 m/s ≈ 300 000 km/s
Une onde électromagnétique peut-elle se propager dans le vide ?
 Oui. Sinon on ne recevrait pas la lumière du soleil et on ne verrait pas les étoiles.
Domaines de fréquences des ondes EM :
4) Ondes utilisées en imagerie médicale
Technique
Echographie
Radiographie
Fibroscopie
Tomodensitométrie X ou
Scanner
Scintigraphie
TEP ou PETSCAN
(tomographie par
émissions de positrons)
IRM
Principe
Ondes ultra-sonores
Ondes EM  rayons X
Ondes EM  ondes visibles
Technique d'imagerie médicale qui consiste à mesurer
l'absorption des rayons X par les tissus puis, par traitement
informatique, à numériser et enfin reconstruire des images 2D
ou 3D des structures anatomiques. Pour acquérir les données,
on emploie la technique d'analyse tomographique ou "par
coupes", en soumettant le patient au balayage d'un faisceau de
rayons X.
Injection par voie intraveineuse d’un élément (traceur)
radioactif qui se fixe sur certains tissus et émet un
rayonnement gamma que l’on peut suivre grâce à une caméra
spéciale.
Champs électromagnétique puissant couplé à des ondes EM
radio.
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