P h y s i c u s

Seconde - Santé - Chapitre 2 : La physique appliquée au diagnostique médicale - partie 2

Exemple d'onde : vague à la surface de l'eau.

La vague se propage a environ 20 cm/s alors que la surface de l'eau est quasi immobile.

Principe de la radiographie en R.X

Les Rayons X sont des rayonnements électromagnétiques (comme la lumière visible) mais de longueur d'onde très courte, ils traversent facilement les matériaux et notamment le corps humain.

Le patient est éclairé par une source de lumière de rayons X (en rouge). Cette lumière est invisible pour nos yeux, et elle traverse facilement le corps qui semble transparent. Seuls certaines substances absorbent un peu plus le rayonnement X, notamment les os.

Derrière le patient, on a placé un détecteur (film photographique puis détecteur électronique) , en jaune sur le schéma, sur lequel se projette l'ombre en R.X. du corps radiographié.

Historiquement, à cause de la technologie utilisée (plaques photographiques), les zones du détecteur recevant beaucoup de R.X devenaient noires et celles recevant peu de R.X. restaient transparentes.

Actuellement, on a conservé cette représentation, et donc le document remis au médecin radiologue est le négatif de l'ombre du corps éclairé en R.X : les zones en blanc ont beaucoup absorbé les R.X, les zones noires sont transparentes aux RX.

Principe du scanner à R.X

C'est une machine qu'il a été possible de fabriquer grâce:

  • aux progrès fait dans le domaine de la détection des R.X. à l'aide de capteurs électroniques (développé pour la physique des particules)
  • au progrès de l'informatique (cette technique a besoin d'un puissant ordinateur pour calculer l'image finale).

Cette machine est une radiographie, où le système source-détecteur tourne autour du patient. On enregistre un grand nombre de coupes qui permettent ensuite, grâce à un calcul assez complexe, de retrouver l'image du corps en coupe.

Sur la vidéo, la source de R.X. est la boite jaune, le capteur est le parallélépipède bleu et le faisceau de R.X. est symbolisé en rouge.

Principe de l'Imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire

Dans la matière, certains atomes se comportent comme de petites boussoles qui s'orientent dans un champ magnétique statique. Si on envoie une onde radio sur ces "petites boussoles", elles se mettent en résonance si l'onde radio a une fréquence bien précise qui dépend notamment du champ magnétique statique.

On peut alors faire une carte en trois dimension du corps d'un patient, en fonction de la densité de ces petites boussoles. Les médecins en déduisent ensuite des informations diverses sur l'état de santé du patient.

Sur la maquette de principe suivante, deux bobines simuleront le champ fixe, une troisième bobine simule l'onde radio qui perturbe les atomes (ici représentés par deux boussoles)

Sur la vidéo ci dessous, on constate que selon la fréquence de l'excitation, on met sélectivement en résonance la grande boussole ou la petite.

Dans la pratique, on pourra donc choisir quel type d'atome on veut spécifiquement faire résonner.

Le cours

Vidéo à télécharger

Vidéo au format pdf (image par image)

Principe de l'expérience

On modélise le ventre d'une femme enceinte (en 3D) par une plaque de four noire ou un plateau de cantine (2D) rempli avec un fond d'eau (5mm).

L'onde sonore (onde de pression) sera modélisée par une onde de déplacement (vague). La vitesse de propagation sera beaucoup plus faible (25 cm/s environ au lieu de plusieurs centaines de m/s). Mais le principe restera le même : chronométrer le temps de retour des échos sonar et en déduire des positions.

On place la plaque de four ( ou le plateau de cantine) face à un écran lumineux ou une fenêtre, on filme le reflet sur l'eau.

La silhouette de femme enceinte dont l'utérus est modélisé par le plateau, le foetus est représenté par le pot en plastique. L'appareil photo numérique filme le reflet sur l'eau.

Origine du bébé:

Contrairement à une légende urbaine, les bébés ne sont pas apportés par les cigognes, même en Alsace. Pour de plus amples informations concernant la reproduction des êtres humains, veuillez consulter l'avis de mes collègues de SVT qui seront ravi(e)s de vous expliquer par le menu détail l'art et la manière de la reproduction sexuée chez les mammifères ...

Exemple de mesure

Le protocole élève

Le protocole