Bonjour! Ce T.P.E vous est présenté par :
_ BELIN Pierre, 1ère S4
_ BUISSON Antoine, 1ère S4
_ DORLODOT DES ESSARD Paul, 1ère S4
_ GRICH Lahcen, 1ère S4
Le thème sera porté sur l’échographie en général, c’est-à-dire son fonctionnement et son utilisation.
N’hésitez surtout pas à laisser vos commentaires pour nous faire part de vos impressions. Merci!
Avec les progrès technologiques du siècle dernier, l’imagerie médicale s’est considérablement développée.
Aujourd’hui, l’imagerie médicale est très fréquemment utilisée, les médecins y ont trouvé un outil indispensable dans l’élaboration de diagnostics fins et précis. Ainsi les traitements sont mieux adaptés et de fait plus performants.
Dans les années 1970 est créée l’échographie, « écho » signifiant la réflexion. Ce principe d’imagerie utilise la réflexion d’un faisceau d’ondes mécaniques vibratoires (les ultrasons) par les organes. Cette invention est une révolution médicale, car elle permet d’obtenir une image dynamique de l’observation de tissus mous, contrairement à certains autres types d’imagerie telle que la radiographie par exemple, qui prend une image à un instant T.
L’échographie est devenue l’examen de base dans de nombreuses spécialités médicales.
Mais, à partir des ultrasons, comment obtient-on une image échographique et comment l’utilise-t-on dans différents cas ?
Dans un premier temps, nous étudierons donc le principe des ultrasons, son aspect mathématique, physique dans leur propagation et enfin sa déclinaison médicale.
1) Un peu d’histoire
Depuis bien longtemps on sait que les animaux tels que les baleines, dauphins ou bien encore chauve-souris utilisent les ultrasons dans le but de trouver la localisation d’un objet.
En 1883, le physiologiste anglais Francis Galton invente un « sifflet à ultrasons ». En soufflant dans ce sifflet, l’homme ne perçoit rien alors que les chiens réagissent. Mais c’est surtout la découverte en 1880, de la piézo-électricité, par les frères Pierre et Jacques Curie, qui a permis après 1883, de produire facilement des ultrasons et de les utiliser.
Les premières études des ultrasons n’étaient pas destinées aux humains. Ainsi ils étaient plutôt utilisés durant la première guerre mondiale pour par exemple détecter les sous-marins. En 1918, Langevin l’utilise pour mesurer la profondeur et détecter la présence d’icebergs avec les sonars qui commencent à se répandre à partir de 1920 et qui sont les premiers appareils à ultrasons
Mais c’est seulement à partir de 1970, qu’on utilise les ultrasons dans la médecine. En effet Wild et Reid s’en servent pour faire les premières images de coupes échographiques.
2) Les caractéristiques ultrasonores
Avant de partir plus loin, rappelons tout d’abord la définition d’un ultrason.
Un ultrason est une vibration de même nature que le son, mais de fréquence supérieure à la plus haute fréquence audible pour un homme. Ces vibrations sont produites dans la matière à une fréquence supérieure à 20 000 Hz.
Les ultrasons se déplacent à des vitesses différentes dans les différents milieux traversés. Ils détiennent les mêmes propriétés générales que les ondes élastiques, c’est-à-dire des ondes vibratoires ou des ondes de pressions dépendant du milieu de propagation.
On peut caractériser une onde ultrasonore par plusieurs éléments bien précis.
¤ Tout d’abord sa fréquence que l’on a évoqué un peu plus haut. Il existe en effet quatre types de sons différents suivant une fréquence donnée.
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Fréquence |
Sons |
|
0 à 20 Hz |
Infrasons (inaudible pour l’homme) |
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20 Hz à 20 kHz |
Sons audibles par l’homme |
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20 kHz à 1Ghz |
Ultrasons (peu audible pour l’homme) |
|
Supérieurs à 1 GHz |
Hyper sons (inaudible pour l’homme) |
· Hz= Hertz ; kHz= 10 ³ Hz et GHz= 10 ⁹ Hz
¤ Ensuite vient son impédance acoustique Z, qui caractérise la résistance qu’un milieu oppose à sa mise en mouvement lorsqu’il est traversé par une onde acoustique. Elle dépend de la masse volumique et de la compressibilité du milieu, c’est-à-dire de son aptitude à reprendre sa forme originale après déformation :
Z= √ (µ / x)
Avec : _ Z = impédance acoustique exprimée en Kg/m²/s
_x = la compressibilité du milieu en m2.s.kg-1.
_µ= la masse volumique en kg.m-3.
¤ Il y a aussi la célérité, c’est-à-dire la vitesse de propagation dans un milieu. Pour celle-ci on se sert de l’impédance acoustique. On fait le rapport entre l’impédance acoustique sur la masse volumique :
C= (Z / µ)
Avec : _c= célérité en m/s
_Z= impédance acoustique en Kg/m²/s
_ µ= masse volumique en kg.m-3.
Mais on peut très bien se servir d’une formule beaucoup plus simple :
C = d/t avec C= célérité en m/s, d= distance en m et t= temps en s.
¤ Grâce à la célérité et à la fréquence on peut maintenant déterminer la longueur d’onde λ. Celle-ci est définie par le rapport de la célérité sur la fréquence :
Λ= C/ f avec λ, la longueur d’onde en rad/m ; la célérité en m/s et la fréquence en Hz.
¤ La pression acoustique qui dépend de la fréquence de l’ultrason.
¤ Et enfin, l’intensité dont on ne parlera pas.
Voici toutes les propriétés que contient une onde ultrasonore. Après, il faut étudier la propagation des ondes dans différents milieux. Mais avant ça pour mieux comprendre faisons part de nos expériences.
3) Expériences
a) célérité des ultrasons dans l’air
Grâce à cette expérience réalisée en Seconde, nous avons réussi à retrouver la vitesse des ultrasons dans l’air donc la célérité des ultrasons dans l’air.
Le matériel dont nous avons eu besoin est un GBF, un émetteur (celui qui émet des ultrasons) et un récepteur (celui qui reçoit les ultrasons) d’ultrasons et un oscilloscope.
Le principe de cette expérience est de mettre en route le GBF où l’on branche sur celui l’émetteur que l’on connecte aussi en CH1 de l’oscilloscope. Ensuite on connecte le récepteur en CH2 de l’oscilloscope. On précise que l’oscilloscope a été réglé. Puis on prend une règle gradué et on éloigne et rapproche l’émetteur du récepteur. Puis on se fixe une mesure pour calculer la célérité.
Le montage
La vidéo:
Il faut mesurer le retard T exprimé en s. pour montrer la célérité des ultrasons. Pour cela il faut savoir à combien de carreaux correspond la salve d’ultrasons (décharge simultanée d’ultrasons) sur l’oscilloscope. Le retard T que l’on voit sur l’oscilloscope correspond au temps mis par la salve d’ultrasons pour parcourir la distance de l’émetteur au récepteur.
Pour avoir la célérité en m/s, il nous faut aussi la distance d (distance émetteur-récepteur).
Résultats
On prend distance émetteur-récepteur d= 33cm dans notre cas.
Le retard T de la salve d’ultrasons perçue par le récepteur correspond à 5 carreaux sur l’écran de l’oscilloscope. On prend un balayage de 0,2 ms.div-1. On calcule :
T= nombre de carreaux sur l’écran x balayage (s.div-1)
= 5 x 0,2 .10-3
= 1,0. 10-3 s
Maintenant que l’on a d et T on peut enfin déterminer la célérité C :
C= d (en m) / T (en s)
= 33,0. 10-2 / 1,0. 10-3
= 330 m/s
Pour conclure, la vitesse des ultrasons dans l’air est de 330 m/s.
b) célérité des ondes dans l’eau
Nous avons réussi à obtenir un appareil permettant de faire passer les ultrasons dans l’eau. Mais celui-ci coutant très cher et étant d’assez grosse envergure, nous n’avons pu le ramener au lycée et le brancher à un oscilloscope. Une vidéo pour vous montrer quand même :
Nous ne pouvons pas mesurer la célérité des ultrasons dans l’eau expérimentalement mais comme nous avons les formules de célérité et d’impédance acoustique rien ne nous empêche de le faire théoriquement.
Donc tout d’abord il faut trouver l’impédance acoustique pour pouvoir utilise par la suite la formule de la célérité.
Z= √ (µ / x) avec Z l’impédance acoustique en Kg/m²/s ; x : la compressibilité du milieu en m2.s.kg-1 et µ= la masse volumique en kg.m-3.
Or on connaît la masse volumique de l’eau µ= 1 kg.m-3 et la compressibilité de l’eau x= 4,4. 10-7 m2.s.kg-1. Calculons :
Z= √ (1 / 4,4. 10-7)
= 1500 kg/m²/s
Nous connaissons maintenant l’impédance acoustique, donc il n’y a aucune difficulté pour calculer la célérité C :
C (m/s) = Z (kg/m²/s) / µ (kg.m-3)
= 1500 / 1
= 1500 m/s
La célérité des ultrasons dans l’eau est donc de 1500 m/s.
c) expérience de la célérité des ultrasons sur la peau
Celle- ci correspond au même montage que la célérité des ultrasons dans l’air, tout fonctionne de la même façon excepté qu’à la place de mettre l’émetteur et le récepteur face à face on les met côte à côte et on met une main en face.
Schéma :
Sur l’oscilloscope arrive des salves d’ultrasons ce qui prouve que la peau réfléchit les ultrasons et par conséquent montre le fonctionnement des ultrasons dans l’échographie.
4) Propagation des ondes ultrasonores dans les milieux
On a vu l’émission et la réflexion de ces ondes ultrasonores mais pour mieux comprendre il faut aussi aborder la propagation des ultrasons, c’est-à-dire comment elles se propagent dans un milieu quelconque, par quels moyens.
Premièrement, pour permettre la propagation des ondes, il faut d’une part que le milieu environnant de la source permette la propagation de l’onde, par exemple les ondes sonores ne se propagent pas dans le vide. D’une autre part, il faut que la source soit dans un état vibratoire.
En effet, les ondes ultrasonores sont émises par une source. A partir de celle-ci, ils sont propagés et se déplacent dans toutes les directions possibles dans un milieu élastique. La propriété du milieu élastique est que la pression varie (d’où les ultrasons sont des ondes de pression) et les ultrasons se déplacent sous forme d’ondes mécaniques. Celles-ci sont caractérisées par une propagation d’énergie et ne peuvent se propager que dans ce milieu élastique.
Il existe donc deux types de propagation des ondes à travers les milieux.
On peut donc comparer le premier type d’ondes à un ressort,car il est soumis 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 de déplacement des ultrasons, de type sinusoïdal.
Ce premier type correspond aux ondes longitudinales ou de compressions, qui sont caractérisées par le fait que la direction de la vibration des particules est parallèle à la direction de propagation de l’onde. Cependant celles-ci ont une particularité, elles ne se propagent que dans les solides et dans les liquides.
Le second type de propagation est les ondes transversales dites de cisaillement (on assimile ces ondes par exemple à une corde de guitare). Elles sont caractérisées par le fait qu’elles se déplacent perpendiculairement à la direction de la propagation. Ces ondes ne se propagent que dans les solides et les liquides. Mais on sait qu’en général les ultrasons ne se déplacent que dans les solides et liquides seulement très visqueux. Par contre les ultrasons ne se déplacent pas dans le vide.
Maintenant que nous connaissons comment se propage une onde à travers les milieux il faut étudier la caractéristique de plusieurs milieux pour voir dans lesquels cela passe bien ou mal.
5) Diversités et caractérisations des milieux rencontrés
On utilise des ultrasons en échographie, ceux-ci ne sont pas dangereux car ils sont de faibles puissances et donc n’abiment rien à l’intérieur de l’organisme humain et n’entrainent pas de déformations au niveau des tissus
On a vu plus haut que les ultrasons avaient une vitesse bien déterminée exprimée en m/s dans les milieux qu’ils traversent et qui correspond à la célérité C.
On a vu grâce aux expériences que la vitesse des ultrasons dans l’air est de 330 m/s alors que dans l’eau elle est de 1500 m/s. C’est-à-dire que les ultrasons ne se propagent pas bien dans l’air par contre ils se propagent très bien dans l’eau et sachant que le corps humain est composé de plus de 60 % d’eau, on comprend mieux le principe.
Faisons un tableau récapitulatif de la célérité des ultrasons selon le milieu traversé dans l’organisme:
|
Milieu |
air |
eau |
Sang, graisse, muscle (tissus mous) |
|
Célérité ou vitesse en m/s |
330 m/s |
1500 m/s |
1400- 1650 m/s |
Ces valeurs ne sont pas des certitudes ce sont des approximations. Pour les valeurs des tissus mous et des os on n’a pas pu les calculer car l’on n’a pas les compétences pour, ni le matériel.
En analysant le tableau, on remarque que les ultrasons se propagent très bien dans l’organisme humain.
Mais si les ultrasons se propagent très bien dans le corps on pourrait se demander qu’est-ce qui renvoie l’onde vers le récepteur. C’est très simple précédemment nous avons vu l’impédance acoustique, elle correspond à la résistance des tissus et est une caractéristique indispensable pour la propagation des ultrasons. Suivant le milieu traversé elle a une valeur bien précise. Faisons un tableau de l’impédance acoustique selon les milieux :
|
Milieu |
air |
poumon |
eau |
os |
Tissus mous |
|
Impédance (Pa . s/m) |
425
|
0,26×10^6 |
1,48×10^6 |
1,3 à 1,7×10ˆ6 |
2,5 à 6,1 x 10ˆ6 |
En effet, les ultrasons se propagent bien dans le corps mais on remarque que dans cet organisme l’impédance acoustique est très élevée aussi ce qui signifie une forte résistance des tissus donc une bonne aptitude à renvoyer les ultrasons.
Si l’on baisse ou on augmente la température, on fait varier la célérité et la masse volumique ce qui fait forcément varier l’impédance acoustique.
Histoire :
A l’origine, ce type de technique était utilisé par certains sous marins durant la première guerre mondiale. En effet, cela permettait de localiser certains sous-marins ennemis.
Dans les années 1970, le docteur John J.Wild et l’électronicien J.Reid perfectionnent ce système pour tenter de l’utiliser en médecine, pour observer des parties internes du corps. Cette opération est un réel succès puisqu’aujourd’hui, dans le domaine médical, l’échographie est très couramment utilisée.
Composition de l’échographe
La majorité des echographes actuels sont composés :
– de sondes, également appelées barrettes échographiques, qui permettent l’émission et la réceptions d’ultrasons.
– d’un système de visualisation (un moniteur).
– d’une console de commande, permettant l’introduction des données du patient et les différents réglages tels que la fréquence des ultrasons émis.
– d’un système informatique, qui convertit les signaux ultrasonores reçus par la sonde utilisée en signaux analogiques.
– d’un système d’enregistrement des données.
La barrette échographique
Plus couramment appelée sonde, la barrette échographique contient une céramique piézoélectrique ( PZT ). Cette céramique
est en fait un matériau composé de grains soudés entre eux. Statistiquement, ces grains sont orientés dans toutes les directions.
Le caractère piézoélectrique de la sonde échographique lui permet d’assurer une double-fonctionnalité : Elle peut émettre des ultrasons, autant qu’elle peut en recevoir. Derrière cette céramique existe un amortisseur, composé essentiellement de plomb, qui empêche les ultrasons de se diriger vers l’arrière de la sonde.
Entre la céramique et le patient se trouve l’adaptateur d’impédance, qui a pour but de faire barrière entre la céramique et le patient, ce qui protège la céramique.
Des impulsions électriques viennent agir sur la sonde : les grains qui la composent se compressent et se dilatent plusieurs centaines de fois par seconde. Ce phénomène provoque des vibrations à trés haute fréquence, qui sont la cause d’émission d’ultrasons.
Le principe est le même sur « l’ultrason » , mise à part le fait que ce dernier ne contient pas de céramique : une membrane vibre sous l’effet d’impulsions électriques ( cet appareil peut uniquement émettre des ultrasons : il permet en kinésithérapie de réaliser des massages à très haute fréquence que l’humain ne peut fournir ).
Une fois émis, les ultrasons traversent un gel appelé gel échographique, préalablement réparti sur la surface de la peau. Ce gel a pour fonction de supprimer les petites cavités d’air qui peuvent se créer entre la peau et la sonde.
Ensuite, les ondes ultrasonores atteignent la peau du corps humain : ces ondes sont appelées ondes incidentes. Elles réagissent tel un faisceau lumineux sur une plaque de verre : une partie de chaque onde est réfléchie par la peau, tandis qu’une autre partie est transmise. Le phénomène est le même que celui expliqué par les différentes lois d’optique de Descartes.
L’indice de réfraction de chaque milieu ( de chaque « tissu » dans le cas de l’échographie ) traversé fait varier à chaque fois l’angle d’incidence des ondes ultrasonores.
Après être pénétrés dans le corps humain, les ultrasons vont aller à l’encontre de différents tissus qui vont les réfléchir. Il est possible de régler sur l’échographe la fréquence des ultrasons émis par la sonde. Les différentes fréquences vont correspondre aux différentes « profondeurs » de tissus observés. Ce réglage peut se faire « en direct », c’est-à-dire au moment où l’on fait l’échographie.
Certains tissus réfléchissent les ultrasons mieux que d’autres, cela dépend de leur composition et de leur densité. Les ultrasons réfléchis par les différents tissus sont appelés échos.
Ces échos émis par les tissus parviennent jusqu’à la sonde qui va « capter » ces échos. Ils vont ensuite être convertis par le système informatique dont l’échographe est équipé :
– Les liquides, dépourvus de particules en suspension, ne renvoient pas les échos. Ils apparaîtront alors en noir sur l’écran.
– Les matières solides, tels que les os, réfléchissent très bien les ultrasons. Elles apparaîtront donc en blanc brillant.
– Les tissus mous apparaîtront en nuance de gris, cela dépend de leur aptitude à renvoyer les ultrasons (cela dépend de leur densité).
Sur l’échographe, le médecin peut utiliser différents modes d’affichage :
– Le mode A : Il permet d’afficher l’amplitude du signal reçu par la sonde en fonction de la profondeur observée.
– Le mode B : Il est plus particulièrement appelé le mode « brillance ». En utilisant ce mode, plus la réflexion des ondes est importante en un point, plus c e point sera brillant ( blanc ) sur l’écran. Ce mode est celui le plus généralement utilisé par les médecins.
– Le mode M : Le mode « mouvement ». Il permet à la sonde de recueillir les différentes intensités des ultrasons au cours du temps. Ce mode est uniquement utilisé en échocardiographie, pour observer les mouvements des différentes parois et valvules du coeur.
Quels sont les différents cas nécessitant une échographie ? Quels sont les sondes appropriées ? Les prix des différents échographes ? C’est ce que nous allons voir dans cette partie.
1) Les sondes
On choisit donc la sonde en fonction de l’examen que l’on pratique, c’est-à-dire en fonction de la profondeur à franchir, de la forme de l’organe et de la résolution nécessaire. Aussi on fait attention au type de sonde en fonction de la pathologie a étudié, celle-ci étant une discipline médicale qui a pour objet l’étude des maladies et des effets qu’elles provoquent.
Souvent l’échographiste (médecin qui pratique l’échographie) a plusieurs sondes à sa disposition. Généralement elles sont au nombre de trois.
La première est la sonde linéaire appelée aussi « barrette droite » car une sonde est composée de barrettes électroniques. Dans celle-ci, les ultrasons sont tous de la même direction car les barrettes sont alignées de façon linéaire ce qui diffuse une image rectangulaire. Elle permet une image en haute résolution étant donné la haute fréquence à laquelle elle est utilisée (de 10 à 15 MHz) et est surtout utilisée pour l’exploration de petits organes.
La deuxième est la sonde courbe ou convexe appelée aussi « barrette courbe ». Contrairement à la sonde linéaire elle est utilisée à basse fréquence (3-8 MHz) et elle a un grand champ de vision pour une faible surface de contact. On obtient une image en forme de cône.
La troisième est la sonde micro convexe, elle est moins utilisées que les deux précédentes. D’aspect elle ressemble à la sonde convexe mais en beaucoup moins large. Elle sert donc à aller dans les zones plus réduites car elle à une surface de contact plus petite.
Ces sondes que l’on vient de voir sont souvent à balayage électronique car c’est actuellement le système le plus utilisé car celui-ci peut reconstituer en temps réel et en plusieurs mode en même temps. Il faut tout de même savoir qu’on choisit souvent le type de sonde en fonction de la profondeur à étudier.
Il existe aussi des échographies faites par voies internes. Pour celles-ci on utilise des sondes endocavitaires ou encore des sondes miniaturisées.
2) Déroulement de l’examen.
L’examen se déroule en générale allongé et dans une pièce sombre. Un gel a base d’eau est appliqué sur la peau afin de faciliter le passage des ultrasons et aussi pour ne pas qu’une fine couche d’air vienne s’intercaler entre la sonde et la peau.
En déplaçant la sonde sur la partie à diagnostiquer, L’écran fournira une image en mouvement.
a) exemples d’échographie
– L’échographie abdominale : Pour cette échographie, il faut être a jeun trois heures avant l’examen. Durant l’exploration, il sera souvent nécessaire de retenir sa respiration durant plusieurs secondes.
– Echographie pelvienne : Pour cette échographie, il est demandé de se présenter « la vessie pleine » il ne faut donc pas uriner 3 heures avant l’examen ou alors boire 4 verres d’eau 1heures avant l’examen.
– Pour améliorer l’image ou être en contact direct avec la région a examiner, il est souvent nécessaire de placer une sonde stérile dans le rectum (examen de la prostate) ou dans le vagin (examen gynécologique ou obstétricale au premier trimestre de la grossesse)
b) injection d’un produit.
Dans la grande majorité des cas, l’examen se déroule sans injection.
Cependant, afin d’améliorer la qualité de l’image, l’injection d’un produit à base de microbulle est possible.
Ce dernier peut créer lors de l’injection des sensations de froid au niveau de la veine.
3) Prix
Selon le type et le modèle d’échographe les prix sont assez élevés. Les prix d’un échographe s’échelonne de à peu près 2000 euros et peuvent aller jusqu’à plus de 150000 euros. Il faut dire que la sonde coute elle aussi bien chère, en général pas moins de 2000 euros.
Le prix d’une échographie lui reste normal il est à peu près de 50 pouvant aller jusqu’à 250 euros mais les échographes sont des machines très fragile et demande beaucoup d’entretien.
L’échographie Doppler est souvent le premier examen que l’on fait lorsque l’on a un problème car celui-ci à l’avantage d’être peu coûteux et il possède une très bonne sensibilité. Il est en effet utilisé dans les pathologies du cœur et des vaisseaux sanguins, c’est-à-dire cœur, artères et veines.
Tout d’abord l’échographe Doppler sert à étudier les flux sanguins. Il existe deux types de Doppler.
Le Doppler continu et/ou pulsé qui analyse la vitesse des flux sanguin en les synthétisants par un graphique ou un son.
Actuellement ces deux échographes admettent un codage couleur. Il permet d’analyser la vitesse des flux sanguin en colorant le sang en bleu et en rouge en fonction de son sens de circulation. .
Il est composé essentiellement d’un émetteur et d’un récepteur pouvant tout le deux être combiné sous forme d’une sonde : la sonde Doppler. Cet appareil est relié à l’échographe par un câble.
Sonde Doppler
La sonde envoie des ondes et des ultrasons qui se réfléchissent sur les vaisseaux sanguins étudiés.
C’est par l’analyse des longueurs d’ondes reçues que le Doppler peut exprimer la vitesse et la direction du sang. Lorsqu’un ultrason se réfléchit sur un corps en mouvement (ex: globule rouge), sa longueur d’onde ou fréquence augmente. Cela correspondrais a un son plus grave (longueur d’ondes longue) que l‘onde envoyé a la base. Certes, nous ne pouvons pas l’entendre mais le doppler l’analyse et le décrypte pour l’afficher sur l’écran de l’échographe
En appelant F la fréquence de l’onde envoyé et F’ sa fréquence de retour, on pourrait donc calculer la vitesse de ce globule rouge qui correspondrait à la différence de ces deux fréquences. On obtient par la suite :
F(en Hertz)-F’(en Hertz)= V (cm/s).
Si la vitesse obtenue est négative, le flux s’éloigne de l’appareil.
Exemple d’image que l’on obtient avec l’écho Doppler avec le codage couleur.
L’échographie est donc une manière simple et efficace de diagnostiquer certains problèmes ou de faire des constats. Elle est d’ailleurs vraiment avantageuse car elle n’est pas dangereuse pour le corps humain contrairement à la radiographie qui, elle, par exemple envoie de la radioactivité.
En ce qui concerne notre groupe, nous pensions au départ que l’échographie ne diagnostiquait que pour les femmes enceinte alors que l’on peut faire des échographies de tous les organes excepté les organes contenant de l’air tel que les poumons ou bien la trachée. Sachant que nous allons tous être père un jour nous serons tous amenés à aller assister à des échographies et nous pourront donc prendre plus conscience des choses et mieux les analyser.
Voici les différentes définitions des mots importants utilisés dans notre T.P.E.
Un Ultrason: Vibration similaire au son mais de fréquence beaucoup plus grande, ce qui la rend imperceptible par l’oreille humaine. On utilise les ultrasons comme outil de diagnostic (ex : échographie) ou comme traitement (ultrasonothérapie).
Un émetteur: celui qui envoie les ultrasons.
Un récepteur: celui qui reçoit les ultrasons.
Une onde longitudinale: la direction de la vibration des particules est parallèle à la direction de propagation de l’onde.
Une onde transversale: la direction de la vibration des particules est perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde.
Échographie: technique d’imagerie médicale utilisant la réflexion (écho) d’un faisceau d’ultrasons par les organes.
Pathologie: Discipline médicale qui a pour objet l’étude des maladies et des effets qu’elles provoquent.
Voici les différentes sources de notre TPE.
Sites internet
Partie Ultrasons
Site de l’Unité de Médecine et Physiologie Spatiales http://umps.med.univ-tours.fr/coursUS.html
Site sur l’histoire des ultrasons http://radioetechographie.free.fr/page7.html
Site sur l’application médicale des ultrasons du CHRU du Bretonneau à Tours, document Pdf http://e2phy.in2p3.fr/2002/presentations/pourcelot.pdf
Site du Palais de la Découverte http://www.palais-decouverte.fr/index.php?id=1393
Site de la société Sinaptec http://www.sinaptec.fr/ultrasons/principes_generaux.htm
Site- Document Pdf Bac professionnel http://www.mathsciences.ac-versailles.fr/IMG/pdf/ultrason.pdf
Site Université médicale de Rennes http://www.med.univ-rennes1.fr/cerf/edicerf/BASES/BA003_cv_rb_3.html
Site de physique et chimie, annales et concours, 1er cycle universitaire http://www.chimix.com/an6/concours/atl51.htm
Site de l’Académie de Versailles http://www.ac-versailles.fr/tpe/serie-s/spapplic.htm#21prop
Site de l’IUT de Nancy : http://pagesperso-orange.fr/fabrice.sincere/cm_acoustique/cours%20acoustique/cours%20acoustique%20Introduction.pdf
Site de l’Université du Mans http://www.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/meca/ondetran.html
Site de l’IUFM de Paris http://physique.paris.iufm.fr/lumiere/ondes.html
Site de l’Unité Médicale de Radiologie – Imagerie médicale http://www2.vet-lyon.fr/ens/imagerie/D1/11.Echo1/E1-notes.html
Site sur l’onde ultrasonore, Propriétés physique sémiologie et Artefacts : http://files.chuv.ch/internet-docs/rad/techniciens/rad_trm_us_proprieteondeus.pdf
Partie échographie :
Docteur LEGER
Partie utilisation :
Site sur pratiquer l’échographie en milieu médical :
http://files.chuv.ch/internet-docs/rad/techniciens/rad_trm_us_pratiqueecho.pdf
Site du Dr Olivier Choquet Hôpital La Conception -Marseille – France http://www.alrf.asso.fr/site/echographie/materiel/b_sonde.htm
Site cours d’échographie datant de 2004
http://files.chuv.ch/internet-docs/rad/techniciens/rad_trm_us_technique.pdf
Site de la clinique radiologique de Dunkerque
http://www.clinique-radiologique.com/echographie.htm
Site sur les ultrasons et l’échographie :
Partie couplage Doppler :
Site Doctissimo http://www.doctissimo.fr/html/sante/imagerie/doppler.htm
Site Wikipédia http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89chographie_Doppler
Livre :
Ultrasons, Propagation des Ondes Ultrasonores De Lambert
Biophysique Flammarion, médecine sciences François Grémy
Le Doppler couleur en Cardiologie, Cardiologie Par David E. Newby, Neil R. Grubb
Échographies de contraste. Méthodologie & applications cliniques, Tranquart F., Correas J.M., Bouakaza.
Ultrasons, propagation des ondes ultrasonores, niveau 1, Lambert A., Pralus Y., Rivenez J.
Encyclopédie, Larousse
Intervenants
Docteur Sophie LEGER, angéiologue à la Clinique du Mans.
GRICH LAHCEN
Belin Pierre
Buisson Antoine
Dorlodot Paul
Notre sujet porte sur l’échographie ,il implique de la physique et de la SVT. Nous avons réfléchit sur la problématique: » Comment fonctionne un échographe? »
Nous voulions d’abord choisir une problématique sur les rayons UV mais celle ici n’admet pas d’expériences que nous aurions pût réaliser avec notre matériel et nos compétences. Nous avons donc décidé de travailler sur les ultrasons et donc ,pourquoi pas, sur les échographes.
Nous cherchions tout d’abord à observer le principe fondamentale de l’échographe(les ultrasons) mais aussi sur le couplage doppler, le fonctionnement de l’échographe, et sur son utilisation. Pour comprendre tout cela, nous avons utilisé internet en grande partie mais aussi des livres et nous avons pris rendez-vous avec un angiologue le Dr Leger grâce a Antoine. Nous avons globalement trouvé des réponses a toutes nos questions et réussis a comprendre le fonctionnement d’un échographe.
En dehors des séances de TPE, j’ai passé 3heures à travailler sur l’échographe et nous nous sommes réuni a 4 un samedi après-midi pour allé voir le Dr Leger à la clinique du Mans et un autre samedi pour faire le point vers les dernières séances de TPE.
Nous avons divisé le travail en 4, Antoine à travaillé sur le fonctionnement de l’échographe, Paul sur son utilisation, moi sur le couplage Doppler et la conclusion et Pierre a continué sur les ultrasons en se basant sur nos expériences. Nous avons eût beaucoup de mal a réaliser l’expérience notamment à cause d’un oscilloscope défectueux puis pour régler l’autre oscilloscope. J’ai eût du mal à comprendre le fonctionnement entier du Doppler mais aussi à savoir si il en existe 2ou3 sortes différentes car plusieurs sites internet se contredisaient. Le Dr Leger m’a apporté ma réponse.
Les TPE m’ont apprit que l’on peut monter un projet commun, se poser une question et y répondre en argumentant, en étant solidaire et à se gérer et se répartir le travail.
Un échographe fonctionne avec des ultrasons. Il utilise la technique de la sismique-réflexion et permet d’obtenir des images en couleur de flux sanguins ou de cavités du cœur selon la partie du corps étudié. Un gel est appliqué sur la partie corps ou sera posée la sonde pour ne pas laisser de couche d’air entre les deux et favoriser le passage des ultrasons dans le corps. Ce gel est composé essentiellement d’eau car les ultrasons ont une célérité de 1500m/s dans ce milieu contre 330m/s dans l’air. Cet examen est indolore et rapide. Il ne nécessite aucune préparation.
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Dorlodot-des-Essard Paul
Belin Pierre
Buisson Antoine
Grich Lahcen
Pour le choix de la problématique de ce TPE, nous avions tout d’abord des avis mitigés sur le choix de la problématique. Au départ, nous laissions libre cours a notre imagination et nous avions tous proposés une idée. Les thèmes des feux d’artifices, des éoliennes et des ultrasons persistaient. Nous avions vite oubliés les TPE sur la pyrotechnie car ce dernier était difficilement réalisable en expérience. Les éoliennes n’intéressaient qu’une seul partie du groupe, donc nous nous sommes mis d’accord sur les ultrasons.
Nous trouvions le sujet un peu vague, c’est pourquoi nous nous sommes spécialisés dans l’échographe.
Au départ, nous souhaitions pratiquer une échographie devant le jury. Ne nous rendions pas compte que cette idée était inconcevable, nous avons préférés faire de petites vidéos montrant bien le fonctionnement de l’appareil. Ainsi, nous avons produit deux vidéos montrant le déplacement des ultrasons dans l’eau et une autre ou l’on pouvait observer la vitesse et l’amplitude des ondes sur un oscilloscope.
Afin de nous aider dans notre démarche, un médecin (angéiologue) de l’hôpital du Mans nous a prêté un petit générateur à ultrasons capable de fonctionner sous l’eau. Grâce a cette appareil, nous avons réussi à démontrer que les ultrasons se déplacent également dans l’eau.
Pour mon application personnelle, je pense avoir bien travaillé. J’ai su ajouter mon grain de sel quand une idée manquait ou encore rechercher de la documentation sur internet et au CDI.
Cependant, il est arrivé durant les TPE que mes camarades et moi même n’étions pas d’accord sur une démarche ou la forme du plan. Cela donnait souvent lieux à de petites dispute mais en générale nous nous en sommes bien sortis.
Selon moi, ce TPE était un excellent choix malgré mes réticences du départ. Je n’approuvais pas complètement l’idée et pensais que le sujet nous mènerait droit dans une impasse. Heureusement, ce n’était pas le cas et plus nous approfondissions nos recherches, plus de nouvelles portes s’ouvraient. Par exemple, le doppler permettant d’observer les vaisseaux sanguins au microscope. J’ai aussi appris que les échographes fonctionnent comme des radars: L’image se forme par réflexions d’un son sur un objet ou une matière d’une densité bien précise.
Pour conclure, ce TPE était une expérience enrichissante. Nous avons su aisément trouver cette problématique nous permettant d’étudier de la SVT mais aussi de la physique. La cohésion dans le groupe nous a permis de rechercher et d’approfondir toujours plus notre sujet, la problématique quand a elle n’a cessé d’évoluer.
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Buisson Antoine
Belin Pierre
Dorlodot des Essard Paul
Grich Lahcen
Pour commencer, je voudrais dire que ce projet m’a apporté beaucoup. Il m’a permis d’apprendre à organiser mon travail, à s’adapter en fonctions des autres membres du groupe, à être autonome… Je pense que c’est une très bonne expérience de travail, parce que le genre de situations auxquelles j’ai été confronté est certainement le genre de situations auxquelles je pourrai me trouver confronté dans ma vie future.
Pour ce qui est du choix du sujet, le groupe et moi avons hésité durant quelques temps entre différents sujets tels que les éoliennes, les feux d’artifice, l’imagerie médicale… Nous avons finalement porté notre choix sur l’imagerie médicale. Pour des raisons pratiques, nous avons particulièrement travaillé sur l’échographie, les différents types d’imageries médicales étant trop nombreuses. Notre problématique était donc de savoir comment fonctionnait un appareil tel que l’échographe et à quoi servait-il exactement.
Les premières séances, nous nous sommes rendu compte que la quantité de recherches à effectuer était assez importante, c’est pourquoi au bout d’un certain temps nous avons décidé de diviser le travail en 4 parties, chaque membre du groupe travaillant sur une partie (les ultrasons, le fonctionnement de l’échographe, l’utilisation de l’échographe et le doppler).
Pour ma part, mes efforts se sont surtout concentrés sur la partie qui traitait du fonctionnement de l’échographe. J’ai d’abord commencé par faire des recherches sur internet, ce qui n’était pas très simple parce que j’ai trouvé un bon nombre de sites traitant le sujet, mais certains d’entre eux donnaient des informations différentes, voire parfois complètement opposées. Ne trouvant pas de réponses immédiates à ces questions, j’ai par chance réussi à prendre contact avec le docteur Bertrand TROCHERIE, radiologue travaillant dans la ville du Mans. Il m’a expliqué qu’il n’était certainement pas la personne la mieux placée pour me parler de l’échographie, car l’échographie n’est pas utilisée en radiologie. Il m’a alors redirigé vers l’un de ses collègues, le docteur Sophie LEGER, angiologue travaillant à la clinique du Mans. Le docteur Léger a eu l’extrême gentillesse de nous recevoir mes camarades et moi un Samedi après-midi sur son lieu de travail, pour nous présenter l’échographe et pour répondre à nos questions.
J’ai également réussi à me procurer dans un cabinet d’ostéopathie, un appareil capable d’émettre des ultrasons dans l’eau (un « ultrason »).
Au final, je suis heureux d’avoir résolu les problèmes que j’ai rencontrés au départ, des questions auxquelles j’ai pu répondre avec l’aide des bonnes personnes.
Ce travail a été réellement enrichissant pour moi, j’ai réussi à gérer les différents problèmes avec mes camarades, et puis nous avons fini par les résoudre.
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Belin Pierre
Buisson Antoine
Dorlodot des Essards Paul
Grich Lachen
1ère S4
Lors de la première séance de TPE présentée par nos professeurs accompagnateurs mon groupe et moi avons été directement attiré par le thème de « Savants et science, d’hier et aujourd’hui », nous avons par la suite choisit le sujet de l’échographie qui fonctionne avec les ultrasons car elle intègre une partie SVT et une partie physique.
Nous en avons tiré la problématique suivante : « A partir des ultrasons, comment conçoit-on une image échographique et comment utilise-t-on l’échographie dans différents cas ? »
Lors de la première séance de TPE, nous avions choisis un sujet portant sur les UV. Cependant nous n’avons pas pu réaliser ce projet car nous n’avions ni les compétences, ni le matériel pour pouvoir faire des expériences sur celui-ci. C’est pourquoi après avoir délibéré ensemble pendant plusieurs séances en abordant les sujets des feux d’artifices, des éoliennes et des ultrasons, nous nous sommes mis d’accord sur le sujet des ultrasons puis par la suite nous avons choisi l’échographie qui fonctionne sur ce principe. Les raisons de notre choix étaient que l’on pouvait faire des expériences dessus et que ce sujet était pluridisciplinaire car il intégrait de la physique et de la SVT. Ayant quelques connaissances en informatique, j’ai proposé à mes camarades au bout de quelques mois de créée un blog hébergé sous WordPress. Etant modérateur de ce blog, j’ai proposé cette idée car je pensais cela plus ludique et plus interactif.
Pendant les premiers mois nous avons donc décidé de ne faire que des recherches sur internet et aussi avec de la documentation qu’on pouvait nous fournir au CDI ou bien encore à la médiathèque du Mans. L’objectif visé était de faire des recherches se rapprochant de la problématique pour ensuite, une fois cette problématique à peu près assimilée, pouvoir répartir le travail en quatre. Nous avons d’ailleurs été voir un angéiologue, le Docteur Léger, à la clinique du Mans qui a répondu à nos diverses questions et qui nous a permis d’avancer à grands pas. C’est d’ailleurs grâce à cela qu’on a put enfin déterminer qui faisais quoi ainsi que le plan de notre TPE. J’ai donc pris la partie contenant le principe des ultrasons, Antoine a pris le fonctionnement de l’échographie, Paul son application dans différents cas et Lahcen a travaillé sur une option qu’admet l’échographe, l’examen doppler, qui peut être déterminante dans certains cas. Cependant nous avons rencontrés quelques problèmes en ce qui concerne les expériences sur les ultrasons étant donné que l’oscilloscope avait un faux contact, nous nous en sommes pas rendu compte aussitôt et il nous brouillait nos résultats. Grâce à Antoine nous avons aussi pu obtenir une sorte de cuve à ultrasons appelée « Ultrason » permettant de faire passer des ondes ultrasonores dans de l’eau ce qui est assez exceptionnel. Vers la fin du TPE, nous nous sommes encore réunis un samedi pour faire le point et mettre en relation nos différentes informations. Devant le jury, nous devions avoir un échographe portable mais vu le prix de l’appareil on en a conclut que ce n’était pas réalisable et même pas pensable, par contre nous avons pus faire des vidéos à la clinique. Cependant, notre problématique a été modifiée beaucoup de fois durant les mois.
Etant nouveau dans le lycée à la rentrée de septembre, j’étais quelques peu stressé du choix mon groupe car je ne connaissais personne. Cependant, ce TPE m’a permis de faire plus en ample connaissance et de monter un travail en équipe qui était plus intéressant que de travailler en individuel. De plus on nous à mis a l’épreuve de répondre à une question que l’on s’était posée ce qui m’a appris a avoir un raisonnement scientifique et une démarche organisée. Ma part de travail était de m’occuper des ultrasons. Ma démarche a donc été de rappelé un peu d’histoire sur les ultrasons, ensuite j’ai évoqué les caractéristiques d’un ultrason pour pouvoir enchainer sur nos expériences. Après ces expériences, pour faire comprendre la partie d’Antoine, j’ai travaillé sur les différents moyens de propagation d’une onde et les caractéristiques des différents milieux. Cependant j’ai eu quelques problèmes à comprendre certains aspects de ma partie, comme par exemple l’impédance acoustique que je n’avais jamais vue auparavant ainsi que les moyens de propagations. Le blog m’a aussi pris beaucoup de temps surtout en ce qui concerne la mise en page, car c’est le premier que je réalise.
Certes il y a eu quelques disputes au sein du groupe, car chacun voulait mettre sa part d’idée ce qui est normal, mais nous avons toujours résolu cela dans le calme et la sérénité en s’écoutant parler les uns les autres. Je peux dire que le sujet de l’échographie ne m’inspirait pas beaucoup, me destinant à des études dans l’aéronautique je pensais plutôt faire un TPE sur l’aérodynamisme d’un avion mais, au fil du temps plus je m’imprégnais du sujet plus j’aimais cela car j’ai appris autre chose qui pourra, on ne sait jamais, me resservir dans les années suivantes. A la base, je ne connaissais rien d’une échographie je ne savais même pas que cela marchait avec des ultrasons, comme quoi on peut partir de rien pour connaître pleins de choses.
L’échographie reste donc un moyen avantageux et peu couteux capable de faire des diagnostics assez précis sans pour autant opérer. L’image se conçoit donc à partir d’une émission d’ultrason qui reflète sur un milieu, le renvoyant à la sonde qui le réexpédie vers le système informatique sui traduit ce signal et réalise l’image échographique. J’ai aussi remarqué que l’échographie est basée sur le même principe que la sismique-réflexion que l’on a vu dans notre programme de SVT cette année dans la géologie.
Pour conclure, ce TPE a vraiment été une bonne expérience surtout vers la fin car je comprenais de plus en plus et sachant que je serais sûrement père un jour cela me rappellera sûrement de bons souvenirs. De plus, ce TPE m’a permis d’évoluer face à des choses de la vie réelle.En général les objectifs ont été atteint sauf un qui m’a beaucoup chagriné qui était d’avoir un échographe devant le jury et que nous n’avons pas pu obtenir.
T.P.E L'échographie 
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