Annale corrigée Exercice

Échographie

France métropolitaine • Juin 2018

Échographie

30 min

25 points

Intérêt du sujet • Ce sujet permet de travailler sur l'appropriation d'un cahier des charges et sur l'association de solutions techniques à des fonctions.

 

L'échographie est une technologie d'imagerie 2D qui permet de visualiser certaines parties du corps humain, non visibles à l'œil nu.

Un constructeur d'échographes souhaite intégrer une transmission des résultats d'une vidéo de l'échographie en haute définition (HD). Afin de garantir une bonne disponibilité de cet appareil, il est nécessaire d'améliorer l'autonomie de la batterie et d'indiquer l'état de sa charge électrique.

document 1 Principe de fonctionnement d'un échographe portable

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Diagramme simplifié des blocs internes

Lorsque le médecin appuie sur le bouton marche/arrêt (flèche ), la carte de traitement est alimentée. Un voyant témoin de connexion avec la tablette est allumé (flèche ).

La consigne de début et de fin d'acquisition des images, ainsi que sa visualisation, se font sur la tablette tactile. La tablette transmet les consignes (flèche ) au module de communication qui les transmet à la carte de traitement.

La carte de traitement alimente l'émetteur à ultrasons en énergie électrique. L'émetteur à ultrasons convertit l'énergie électrique en signal sonore (flèche ) qui se propage au sein du corps du patient. L'écho du signal sonore est capté par le récepteur qui le convertit en signal électrique transmis à la carte de traitement puis au module de communication. Celui-ci renvoie les résultats du traitement (flèche ) à la tablette pour l'affichage des images.

1. À l'aide du document 1 qui décrit le principe de fonctionnement d'un échographe ainsi que les flux (information et énergie) représentés par les flèches, compléter le tableau ci-dessous en mettant, pour chaque flèche numérotée, une croix pour identifier la nature et le type de flux de chaque liaison. (6 points)

Tableau de 8 lignes, 8 colonnes ;Tetière de 1 lignes ;Ligne 1 : Lien;Nature de l'interaction;Type de flux;Corps du tableau de 7 lignes ;Ligne 1 : Flèche; Signal sonore; Signal lumineux; Courant électrique; Ondes radio (sans fil); Consigne utilisateur; Flux d'énergie; Flux d'information; Ligne 2 : ①; ; ; ; ; ; ; ; Ligne 3 : ②; ; ; ; ; ; ; ; Ligne 4 : ③; ; ; ; ; ; ; ; Ligne 5 : ④; ; ; ; ; ; ; ; Ligne 6 : ⑤; ; ; ; ; ; ; ; Ligne 7 : ⑥; ; X; ; ; ; ; X;

document 2Caractéristiques des technologies sans fil

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Comparaison de trois normes de connectivité sans fil

Débits nécessaires pour une transmission :

d'une image d'échographie en 1 s → 128 kbits · s–1 (kilobits par seconde) ;

d'une vidéo d'échographie haute définition → 10 Mbits · s–1 (mégabits par seconde).

2. Pour une transmission de vidéo en HD, il est nécessaire d'adapter la solution technique pour le module de communication.

À l'aide des données du document 2, choisir la solution technique que le constructeur doit intégrer au nouvel appareil et argumenter la réponse en précisant le ou les critères de choix. (5 points)

3. Afin de répondre aux exigences du cahier des charges, le constructeur remplace la batterie utilisée de type Ni-Cd par une batterie de type Li-ion.

document 3 Caractéristiques des batteries

Tableau de 6 lignes, 5 colonnes ;Tetière de 2 lignes ;Ligne 1 : Critère;Type de batterie;Ligne 2 : Plomb;Ni-Cd;Ni-Mh;Li-ion;Corps du tableau de 4 lignes ;Ligne 1 : Rapport énergie stockée/masse; 40 Wh · kg–1; 60 Wh · kg–1; 85 Wh · kg–1; 170 Wh · kg–1; Ligne 2 : Prix pour 1 Wh; 0,15 €; 0,60 €; 0,65 €; 0,70 €; Ligne 3 : Source de pollution; Élevée; Élevée; Faible; Faible; Ligne 4 : Durée de vie (ans); 4 à 5; 2 à 3; 2 à 4; 2 à 3;

À l'aide du document 3, préciser les exigences qui ont été déterminantes dans le choix du constructeur. Argumenter la réponse. (6 points)

4. Pour informer l'utilisateur sur l'état de charge de la batterie, le constructeur étudie la possibilité d'intégrer un module d'information et de gestion de la charge au sein de l'appareil.

document 4Gestion de la charge de la batterie

Un module de gestion gère la charge de la batterie et communique les informations suivantes à la carte de traitement :

charge en cours – état vrai ou faux ;

batterie déchargée – état vrai ou faux ;

batterie chargée – état vrai ou faux.

L'information de l'utilisateur est réalisée à l'aide d'une LED tricolore respectant le principe de fonctionnement suivant.

En permanence :

lorsque la batterie est en charge, la LED clignote en orange (1 s allumée, 1 s éteinte) ;

lorsque la batterie est en charge et qu'elle a atteint son niveau chargé, la LED s'allume en vert ;

si la batterie est déchargée, la LED s'éclaire en rouge.

À l'aide du document 4, compléter ci-dessous la modélisation du programme de gestion du voyant d'alimentation de l'appareil d'échographie.

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Les clés du sujet

Question 1

Comprendre le document 1

Le document 1 décrit le fonctionnement de l'échographie.

Observe bien les flèches dans ce document : les flèches vertes sont utilisées pour illustrer les flux d'énergie et les flèches noires pour les flux d'informations.

Répondre à la question

Appuie-toi sur l'exemple donné pour la ligne  : coche dans le tableau une case par ligne (de à ) dans la partie « Nature de l'interaction » et une case par ligne dans la partie « Type de flux ».

Question 2

Comprendre le document 2

Le document 2 est une comparaison, sous forme de graphique, de trois technologies de transmission de l'information.

Répondre à la question

Indique quelle technologie de transmission utiliser et donne ses avantages par rapport aux deux autres.

Repère, dans l'introduction de la question 2, ce que l'on souhaite transmettre. Associe ensuite cette information à celles données dans le graphique, en t'aidant des indications à la fin du document.

Question 3

Comprendre le document 3

Le document 3 est une comparaison, sous forme de tableau, de quatre types de batterie.

Répondre à la question

Identifie tous les avantages des batteries Li-ion par rapport aux batteries Ni-Cd notamment, en comparant les deux colonnes relatives à ces batteries.

Question 4

Comprendre le document 4

Le document 4 est la description de la charge d'une batterie sous forme d'algorithme.

Répondre à la question

Le programme est à compléter en traduisant l'algorithme.

Pour cela, repère des éléments de l'algorithme déjà présents dans le programme. Par exemple, l'information du document 4 « lorsque la batterie est en charge et qu'elle atteint son niveau chargé, la LED s'allume en vert » se traduit, dans l'algorithme par :

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1.

Tableau de 8 lignes, 8 colonnes ;Tetière de 1 lignes ;Ligne 1 : Lien;Nature de l'interaction;Type de flux;Corps du tableau de 7 lignes ;Ligne 1 : Flèche; Signal sonore; Signal lumineux; Courant électrique; Ondes radio (sans fil); Consigne utilisateur; Flux d'énergie; Flux d'information; Ligne 2 : ①; ; ; X; ; ; X; ; Ligne 3 : ②; ; ; ; ; X; ; X; Ligne 4 : ③; ; X; ; ; ; ; X; Ligne 5 : ④; X; ; ; ; ; ; X; Ligne 6 : ⑤; ; ; ; X; ; ; X; Ligne 7 : ⑥; ; X; ; ; ; ; X;

2. Le constructeur d'échographes souhaite intégrer une transmission des résultats d'une vidéo de l'échographie en haute définition. Pour cela, le débit nécessaire pour la transmission est de 10 Mbits · s–1.

Le Wi-Fi est la seule technologie de transmission sans fil, présent sur le document 2, à répondre à cette attente, le débit des technologies Bluetooth et NFC est insuffisant.

De plus, le Wi-Fi a une portée plus importante.

3. Afin de garantir une bonne disponibilité de l'échographe, le constructeur veut améliorer l'autonomie de la batterie.

Parmi les quatre types de batterie proposés dans le document 3, la batterie Li-ion est celle qui a le rapport énergie stockée/masse le plus élevé. Donc, à poids égal, elle permettra à l'échographe de fonctionner environ trois fois plus longtemps.

De plus, ce type de batterie est moins polluant que les batteries Ni-Cd précédemment utilisées.

Ces avantages sont obtenus pour un coût à peine plus élevé, celui-ci est donc négligeable quant à l'avantage d'autonomie.

Enfin, la durée de vie des batteries Li-ion est identique à celle des batteries Ni-Cd.

4.

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