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Tony Leparoux, professeur de physique-chimie Chapitre 1 : Diagnostic médical et

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie Chapitre 1 : Diagnostic médical et signaux périodiques Objectifs :  Identifier et caractériser un phénomène périodique  Un phénomène périodique est caractérisé par sa période T en s : c’est la plus petite durée au bout de laquelle le signal se reproduit identique à lui-même.  L’étude de signaux périodiques chez l’être humain est un outil pour établir un diagnostic médical.  Un signal est périodique si son enregistrement présente la répétition régulière d’un même motif  Un phénomène périodique est caractérisé par sa fréquence f en Hertz (Hz) : c’est le nombre de fois que le phénomène se reproduit à l’identique en une seconde.  Un phénomène périodique est un phénomène qui se reproduit identique à lui-même à intervalles de temps égaux.  Un signal périodique est caractérisé par sa période, sa fréquence et ses valeurs maximales et minimale Umax et -Umax en volt (V)  La fréquence et la période d’un phénomène périodique sont liées par la relation : f=  T Situation de départ : L'électrocardiographie (ECG) est une représentation graphique du potentiel électrique qui commande l'activité musculaire du cœur. L'électrocardiogramme est le tracé papier de l'activité électrique dans le cœur. L'électrocardiographe est l'appareil permettant de faire un électrocardiogramme. L'électrocardioscope, ou scope, est un appareil affichant le tracé sur un écran. C'est un examen rapide ne prenant que quelques minutes, indolore et non invasif, dénué de tout danger. Son interprétation reste cependant complexe. Il permet de mettre en évidence diverses anomalies cardiaques. 1/ Etude d’un électrocardiogramme E.C.G A/ Activité : Etude d’un ECG 1/ Mesure d'un rythme cardiaque normal sur un E.C.G. normal. La vitesse de déroulement du papier est v = 25 mm.s-1 1/ Donner l’expression de la vitesse v de déroulement du papier en fonction de la distance d parcourue par le papier et de la durée t mis pour parcourir cette distance. v = d t 2/ En déduire l'expression du temps t en fonction de d et v. t = d v 3/ Déterminer la valeur, en seconde, d’une division horizontale de papier (5 mm) t = d v = 5/25 = 0.2 s /carreau Ou 5 carreaux par seconde, donc 1 carreau correspond à 0,2 s. 4/ Déterminer la période T des battements de ce cœur. T = 5,6 carreaux x 0,2 s/carreau = 1,12 s 5/ En déduire à quelle fréquence f bat le cœur humain. Exprimer le résultat en hertz puis en battements par minute. f =  T =  , = 0,893 Hz Tony Leparoux, professeur de physique-chimie f =  T =  , = 53,6 battements /min 6/ Dans certains cas, on peut être amené à modifier la vitesse de déroulement du papier. Quel intérêt peut-on trouver à cette modification : a/ Dans le cas où on augmente la vitesse de déroulement. Si on augmente la vitesse de déroulement du papier, la précision va augmenter et l’écart entre deux pics va augmenter. (cela peut servir pour des cœurs battant rapidement) b/ Dans le cas où on diminue la vitesse de déroulement. Si on diminue la vitesse de déroulement du papier, la précision va diminuer et l’écart entre deux pics va diminuer. (cela peut servir pour des cœurs battant lentement) 7/ Détermine la tension maximale Umax atteinte par un pic, sachant que la valeur d’une division verticale est de 0,5 mV. Umax = 2 carreaux x 0,5 mV = 1 mV (environ) 2/ Les troubles du rythme cardiaque Pour les enregistrements ci-dessous, la vitesse de déroulement du papier est v = 25 mm.s-1. 8/ Complète le tableau à partir des E.C.G ci-dessus Maladie Période en minute Fréquence (en battement/min) Electrocardiogramme A Normal , s = 0.0186  .= 53.6 Electrocardiogramme B Tachycardie 1,95 x 0.2 = 0.39 s  . = 0.0065  . = 154 Electrocardiogramme C Bradycardie 7.1 x 0.2 = 1.42 s  . = 0.0237  .= 42.3 9/ À partir des réponses précédentes, proposer une définition des termes « bradycardie » et « tachycardie ». Bradychardie= Cœur battant lentement. Tachychardie = Cœur battant rapidement. 10/ Recherche sur Internet la définition des termes « bradycardie » et « tachycardie » et compare à celle que tu as trouvé. Tachychardie = Trouble se caractérisant par un rythme cardiaque anormalement élevé. Bradychardie = Trouble se caractérisant par un rythme cardiaque anormalement bas. B/ Bilan Le cœur est un organe constitué de fibres musculaires. Au cours du fonctionnement du cœur, chaque fibre se comporte comme un générateur de tension variable. Les variations de tension ainsi créées se propagent dans les tissus conducteurs. On les retrouve au niveau des cellules de la peau où elles peuvent être détectées grâce à des électrodes. Ces variations reflètent l’activité du cœur. Elles peuvent être visualisées sur l’écran d’un oscilloscope. Chaque motif élémentaire d’un électrocardiogramme correspond à un cycle complet de contractions et de relâchements des deux oreillettes et des deux ventricules. Tony Leparoux, professeur de physique-chimie L’analyse d’un électrocardiogramme permet de vérifier la régularité du rythme cardiaque (nombre de cycles par minute) et de déceler ainsi d’éventuelles anomalies cardiaques. Un ECG normal comporte trois parties correspondant à un cycle cardiaque. L’onde P est provoquée par l’oreillette, l’onde QRS par l’activité des ventricules, et l’onde T par leur repos. La durée d’un cycle cardiaque peut aussi être obtenue en mesurant la distance séparant deux points symétriques (exemple S-S’). Le personnel médical doit brancher un certain nombre d’électrodes sur la personne qui bénéficie de l’électrocardiogramme. Une électrode est placée au niveau de chaque membre, les deux bras et les deux jambes. Des électrodes sont placées sur le thorax, à des endroits bien précis. La durée de cet examen est de 2 à 5 minutes et il est totalement indolore. Le tracé d’un électrocardiogramme est réalisé sur 12 dérivations, correspondant donc à 12 enregistrements électriques (tracés) réalisés à des emplacements différents qui sont standardisés. Ces dérivations permettent de mesurer l’activité électrique du muscle du cœur dans tous les plans de l’espace. Cet examen permet de déceler – les maladies du muscle du coeur (infarctus du myocarde par exemple) ; – les maladies de l’enveloppe du coeur, le péricarde ; – les troubles du rythme du coeur (ralentissement de la fréquence cardiaque (bradycardie) ou au contraire son accélération (tachycardie). Des rythmes du corps humain, aux phases de la Lune, des saisons aux alternances jour/nuit, les phénomènes périodiques nous entourent. Ces phénomènes sont périodiques parce qu’il s’agit de phénomènes qui se répètent à intervalles de temps réguliers. Ces informations sont de nature électrique pour certains signaux du corps humain, comme ceux qui déclenchent les pulsations cardiaques ou il s’agit de positions pour la Lune, les saisons et l’alternance jour/nuit. Un diagnostic médical permet de détecter des anomalies de santé via des appareils de mesures. L’appareil permettant d’afficher l’activité électrique d’un organe est un oscilloscope : Il mesure une différences de potentiels électriques entre deux points du corps et l’affiche en fonction du temps sur son écran. Un oscilloscope est un traceur de courbe de tension en fonction du temps. Tony Leparoux, professeur de physique-chimie Il existe plusieurs types de tension électriques : Continue : elle est constante au cours du temps. Variable : Elle varie au cours du temps. Alternative : Elle varie entre des valeurs positives et négatives au cours du temps. Un signal électrique périodique est caractérisé par :  Sa période T : C’est l’intervalle de temps qui sépare deux répétitions successives d’une information qui se reproduit à l’identique. T est exprimée en seconde Pour le rythme cardiaque, la période d’un battement est environ de 1 s au repos.  Sa fréquence f : C’est le nombre de fois où se répète un phénomène en une seconde. (nombre de périodes en une seconde). f est exprimée en Hertz (Hz),ou s-1 Pour le rythme cardiaque, f est proche de 1 Hz, c’est-à-dire un battement par seconde. Fréquence f et période T sont reliés par la relation : f =  T  Sa tension maximale (ou amplitude maximale Umax ou -Umax) : C’est la valeur maximale ou minimale de la tension. Umax ou Umin est exprimée en volt (V) et se mesure entre le 0 V et le point le plus haut (bas) du signal. Pour le cœur, l’amplitude maximale atteint en général 1mV  La forme du signal : Elle peut être de différente forme : Tony Leparoux, professeur de physique-chimie 2/ Etude d’un électroancéphalogramme E.E.G L’électroencéphalogramme (EEG) est réalisé chez un neurologue. Pour un EEG standard, un casque souple est placé sur la tête du patient pour y fixer une vingtaine électrodes enduites d’une pâte conductrice. Ces électrodes enregistrent l’activité électrique des neurones, comme l’électrocardiogramme enregistre l’activité électrique du cœur L’électroencéphalogramme (Figure 3) est la résultante de rythmes cérébraux (Figure 4) multiples et complexes. Ces ondes sont de très faible amplitude, elles sont de l'ordre du microvolt (chez l'être humain) et ne suivent une sinusoïde régulière. Elles sont donc amplifiées environ 1 million de fois sur l’électroencéphalogramme et constituent une image de l’activité électrique cérébrale. uploads/Sante/ chapitre-1-diagnostic-medical-et-signaux-periodiques.pdf