Les sons sont classés en 4 catégories suivant leur fréquence :
- infrasons : 0 à 20 Hz ;
- sons audibles : 20 Hz à 20 kHz ;
- ultrasons : 20 kHz à 1 GHz ;
- hypersons : > 1 GHz.
Les ultrasons utilisés dans le diagnostic médical ont une fréquence comprise entre 1,0 et 10 MHz.
L'onde ultrasonore est une onde de pression se propageant dans un
milieu élastique : variation de pression qui se déplace. Il s'agit de
la propagation d'une énergie mécanique dans un milieu matériel. Le
milieu de propagation de l'onde ultrasonore est soumise à une
succession de surpressions et de dépressions et ses particules
constitutives sont alors animées d'un mouvement de va-et-vient dans
l'axe du déplacement des ultrasons, de type sinusoïdal.
Une comparaison peut être faite avec un ressort que l'on comprime à une
extrémité à une cadence donnée : ces compressions engendre des
déformations qui se propagent le long du ressort.
Ce phénomène est prédominant lors de la propagation des ultrasons dans
les tissus mous. Dans les tissus mous, la célérité variant peu, on
considère qu'elle a une valeur moyenne de 1540 m/s : les faibles
différences ne sont pas utilisées pour l'imagerie.
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Mais
dans les milieux solides, comme l'os, il se forme en plus une vibration
transversale ( déplacement de cisaillement ) perpendiculairement à
l'axe de propagation des ultrasons. Au niveau de l'os, la charge
calcique modifie grandement la célérité. Cette propriété est utilisée
en densitométrie ultra-sonore.
La célérité de l'onde acoustique est la vitesse de propagation de la
variation de pression dans le milieu : elle dépend uniquement du milieu.
- air : 343 m/s ; graisse : 1410 - 1470 m/s ; foie : 1535 - 1585 m/s ;
muscle : 1545 - 1631 m/s ; os : 2100 - 4080 m/s.
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Les
fréquences utilisées en médecine vont de 2 à 10 Mhz. Pour avoir une
bonne résolution axiale il faut une fréquence élevée mais comme la
pénétraion est inversement proportionnelle à la fréquence, c'est la
profondeur à étudier qui guide le choix de la sonde :
- 10 ou 7,0 MHz pour l'écho ophtalmologique
- 7,0 ou 5,0 MHz pour l'écho des parties molles de la thyroïde
- 3,5 MHz pour l'écho abdominale
- 2,0 MHz pour l'écho-doppler intracrânien.
Qu'est ce qu'une onde mécanique progressive ?
On appelle onde mécanique progressive le
phénomène de propagation d'une perturbation
dans un milieu matériel sans transport de
matière, mais avec transport d'énergie.
Une onde se propage, à partir de la source, dans
toutes les directions qui lui sont offertes.
Quelle est la nature de l'onde qui se propage dans les tissus mous ?
" mouvement de va-et-vient dans
l'axe du déplacement des ultrasons" : onde longitudinale dans les tissus mous.
Quelle est la nature de l'onde se propageant dans les os ?
il se forme en plus une vibration transversale ( déplacement de
cisaillement ) perpendiculairement à l'axe de propagation des ultrasons.
Toutes les ondes sont-elle mécaniques ? Justifier.
Les
ondes électromagnétiques, comme la lumière, ne sont pas des ondes
mécaniques. Les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide,
contrairement aux ondes mécaniques.
Selon le texte, quelle est la longueur d'onde associée à une fréquence de 5,0 MHz pour une échographie ultra-sonore du foie ?
l = c / v avec v allant de 1535 à 1585 m/s ;
l = 1560 / 5,0 106 = 3,1 10-4 m = 0,31 mm.
Définir le phénomène de dispersion des ondes.
Un milieu est dit dispersif si la
célérité des ondes qui se propagent
dans ce milieu dépend de leur fréquence
- La surface de l'eau est un milieu dispersif ;
- L'air est un milieu non dispersif pour les ondes
sonores ;
- Un prisme de verre est un milieu dispersif pour la
lumière.
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A
l'aide des documents fournis dans le cas des ondes ultra-sonores,
proposer un milieu non dispersif, un milieu peu dispersif et un milieu
très dispersif. Justifier. ?
Dans l'air la célérité est constante quelle que soit la fréquence : l'air est un milieu non dispersif pour les ultrasons.
Dans les graisses, le foie ou les muscles, la célérité dépend un peu de la fréquence : ces milieux sont peu dispersifs.
Dans les os, la célérité des ultrasons varie fortement avec la
fréquence : les os sont un milieu dispersif pour les ultrasons.
Un médecin utilise une sonde à ultrasons de fréquence 2,5 MHz et de longueur d'onde 1,3 mm.
Quel est le milieu qu'il diagnostique ?
v = 2,5 106 Hz ; l = 1,3 10-3 m ; c = l v = 1,3 10-3 *2,5 106 =3,25 103 m/s.
Les os : célérité comprise entre 2100 et 4080 m/s.
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