Rayonnements et imagerie médicale
Ondes électromagnétiques, relation c = ? × f, rayons X et radiographie, radioprotection, IRM, thermographie, fibres optiques et endoscopie.
1. Les ondes électromagnétiques
Définition
La lumière visible n'est qu'une petite partie des ondes électromagnétiques. Elles se propagent même dans le vide, à la célérité $c = 3{,}00 \times 10^8$ m/s. Longueur d'onde et fréquence sont liées par : $$c = \lambda \times f$$ Plus la longueur d'onde est petite, plus la fréquence et l'énergie transportée sont grandes.
Propriété · Rayonnements ionisants
Les rayonnements de très courte longueur d'onde (UV lointains, X, ?) sont ionisants : ils ont assez d'énergie pour arracher des électrons aux molécules et endommager l'ADN des cellules.
2. Radiographie et radioprotection
Propriété · Principe
Les rayons X traversent le corps mais sont absorbés d'autant plus que le tissu est dense et contient des atomes lourds (calcium des os). Derrière les os, le détecteur reçoit peu de rayons : les os apparaissent blancs. Pour voir le tube digestif, on fait avaler un produit de contraste (sulfate de baryum) qui absorbe les rayons X.
Méthode · Radioprotection
Trois règles : limiter la durée d'exposition, augmenter la distance à la source (l'exposition est divisée par $4$ quand la distance double), interposer un écran (plomb, béton). La dose reçue s'exprime en millisieverts (mSv) : une radio du thorax ? $0{,}02$ mSv ; un scanner ? $10$ mSv ; exposition naturelle en France ? $2{,}9$ mSv par an.
3. Autres techniques
Définition
- IRM : utilise un champ magnétique intense et des ondes radio (non ionisantes) ; très précise pour les tissus mous.
- Thermographie : une caméra infrarouge mesure le rayonnement émis par la peau (vers $10\ \mu\text{m}$), qui dépend de sa température.
- Endoscopie : la lumière est guidée dans des fibres optiques par réflexion totale.
Expérience · Guider la lumière dans un jet d'eau
S'entraîner
Exercices corrigés
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Classer des rayonnements
★☆☆Classer par longueur d'onde croissante : ondes radio, rayons X, lumière visible, infrarouge, ultraviolets.
Fréquence d'une lumière
★☆☆Calculer la fréquence d'une lumière verte de longueur d'onde $500$ nm.
Ondes de l'IRM
★★☆Une IRM utilise des ondes radio de $64$ MHz. Calculer leur longueur d'onde.
Fréquence des rayons X
★☆☆Des rayons X ont une longueur d'onde de $0{,}10$ nm. Calculer leur fréquence.
Lire une radiographie
★☆☆Pourquoi les os apparaissent-ils en blanc et les poumons en noir sur une radiographie du thorax ?
Produit de contraste
★★☆Pourquoi fait-on avaler du sulfate de baryum avant une radiographie de l'estomac ?
Les trois règles de radioprotection
★☆☆Citer les trois règles de radioprotection et donner un exemple pour chacune.
Dose d'une radiographie
★★☆Combien de radiographies du thorax ($0{,}02$ mSv) correspondent à l'exposition naturelle annuelle ($2{,}9$ mSv) ?
Dose d'un scanner
★★☆Un scanner abdominal délivre environ $10$ mSv. À combien d'années d'exposition naturelle cela correspond-il ?
S'éloigner de la source
★★★À $1$ m d'une source, un manipulateur reçoit une dose $D$. Quelle dose reçoit-il à $2$ m ? À $3$ m ?
Principe de l'endoscope
★★☆Expliquer comment un endoscope permet de voir l'intérieur de l'estomac.
Angle limite
★★★La réflexion totale se produit quand l'angle d'incidence dépasse l'angle limite tel que $\sin i_\ell = \dfrac{n_2}{n_1}$. Calculer $i_\ell$ pour le verre ($n_1 = 1{,}5$) et l'air ($n_2 = 1{,}0$).
Ultraviolets et peau
★☆☆Quels sont les dangers des UV pour la peau et les yeux ? Comment s'en protéger ?
X ou radio : lequel est ionisant ?
★★☆Pourquoi les rayons X sont-ils dangereux alors que les ondes radio de l'IRM ne le sont pas ?
Thermographie
★☆☆Dans quel domaine émet le corps humain ? Que permet de repérer une caméra thermique ?
Laser en ophtalmologie
★★☆Un laser de chirurgie de l'œil émet à $193$ nm. Dans quel domaine ? Calculer sa fréquence.
Tablier de plomb
★★☆Pourquoi le patient porte-t-il parfois un tablier de plomb lors d'une radiographie dentaire ?
Exploiter l'expérience
★★☆Dans l'expérience du jet d'eau, pourquoi la lumière ressort-elle quand le jet se brise en gouttes ?
IRM ou radiographie ?
★★☆Pour examiner une hernie discale (tissus mous) chez une femme enceinte, quel examen privilégier ? Justifier.
Vrai ou faux
★★☆a) Les ondes électromagnétiques se propagent dans le vide. b) Plus $\lambda$ est grande, plus l'énergie est grande. c) Les os absorbent davantage les rayons X que les muscles.
Vérifier
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