Exercice 1 - Suivi de grossesse par échographie · Bac ST2S Chimie, Biologie et Physiopathologie Humaines Métropole 2023

Partie 1: Suivi de l'écoulement sanguin par échographie Doppler

En cas de grossesse à risque, l'échographie Doppler permet une surveillance du fœtus en mesurant la vitesse de la circulation sanguine, dans certains de ses vaisseaux.

Document 1: Principe de l'échographie Doppler

Lorsqu'une onde sonore ou ultrasonore émise par un émetteur rencontre un obstacle fixe, la fréquence de l'onde réfléchie est identique à la fréquence de l'onde émise. Si l'obstacle se déplace, la fréquence de l'onde réfléchie $f_r$ est différente de la fréquence de l'onde émise $f_e$. C'est l'effet Doppler. L'écart de fréquences est noté $\Delta f$. Il permet de déterminer le sens et la vitesse d'écoulement du sang dans les vaisseaux.

Document 2: Le décalage Doppler $\Delta f$

Dans l'examen considéré dans cet exercice, l'écart de fréquences dû à l'effet Doppler est donné par la relation suivante:

$$\Delta f = \dfrac{2 f_e \times v}{c}$$

$\Delta f$: écart de fréquences mesuré en hertz (Hz); $f_e$: fréquence de l'onde émise en hertz (Hz); $v$: vitesse d'écoulement des globules rouges (m·s⁻¹); $c$: célérité moyenne des ultrasons dans le corps humain (m·s⁻¹).

1.

Lors d'une échographie Doppler mesurant la vitesse d'écoulement sanguin, préciser quels sont les composants du sang qui réfléchissent les ondes ultrasonores.

2.

Compléter la légende dans les cadres du schéma donné en annexe (à rendre avec la copie de chimie).

Cadre supérieur:

Cadre inférieur gauche:

Cadre inférieur droit:

3.

Exprimer la vitesse $v$ d'écoulement du sang en fonction de $\Delta f$ et des paramètres $c$ et $f_e$.

4.

En utilisant les données suivantes, montrer que la vitesse $v$ d'écoulement du sang dans cette artère du cordon ombilical vaut environ $0{,}67$ m·s⁻¹.

Données: $f_e = 4{,}5\times10^6$ Hz; $\Delta f = 3{,}9\times10^3$ Hz; $c = 1540$ m·s⁻¹

5.

La vitesse normale d'écoulement sanguin dans le cordon ombilical est comprise entre 55 et 90 cm·s⁻¹. Indiquer si l'écoulement dans l'artère considérée présente une anomalie.

Partie 2: L'échographie

Document 3: Principe de l'échographie

Afin de suivre la croissance du fœtus, une surveillance est réalisée par échographie. Elle permet d'effectuer différentes mesures, notamment celle du diamètre bipariétal BIP (largeur de la tête entre les deux oreilles) qui fournit de précieuses informations sur le développement cérébral du fœtus.

Le principe de la mesure est le suivant: la sonde reçoit deux échos (signaux réfléchis): le premier est dû à la réflexion de l'onde sur la partie la plus proche de la tête PC. Le deuxième est dû à la réflexion de l'onde sur la partie opposée (la plus éloignée) BIP.

On mesure l'écart de temps $\Delta t$ entre les réceptions des deux signaux réfléchis.

6.

Le diamètre bipariétal $D_b$, l'écart de temps $\Delta t$ et la célérité des ultrasons dans le corps humain $c$ sont reliés par la relation: $D_b = \dfrac{1}{2} c \times \Delta t$. Justifier le coefficient $\dfrac{1}{2}$ dans cette relation.

Calculer la valeur de $D_b$ obtenue pour $\Delta t = 65\ \mu s$:

7.

La patiente est examinée lors de la 21ème semaine d'aménorrhée. Les valeurs normales du diamètre bipariétal se situent alors entre 46 mm et 57 mm. Indiquer si l'examen permet de suspecter un retard de croissance du fœtus.