En exploitant divers phénomènes physiques, l’imagerie médicale (rayons X, IRM, échographies…) a révolutionné la médecine.

Avec les progrès de la technologie et l’informatique, l’imagerie médicale est devenue de plus en plus précise et fiable : elle est maintenant utilisée de façon systématique pour établir un diagnostic.

Nous allons voir Comment les rayons X et l’IRM contribuent-ils au diagnostic médical ?

1 - Comment l’interaction entre la matière et les rayons X contribue-t-elle au diagnostic médical ?

Notions et contenus

Connaissances et capacités exigibles Activités expérimentales support de la formation

Caractérisation d’une onde électromagnétique : milieu de propagation, vitesse de propagation, fréquence et longueur d’onde. Domaines des ondes électromagnétiques. Radiographie : influence du numéro atomique sur l’absorption des rayons X.

Distinguer les caractéristiques des ondes électromagnétiques de celle d’un ultrason. Positionner, sur une échelle de longueur d’onde ou de fréquence, le domaine des rayons X. Connaître et utiliser la relation entre fréquence et longueur d’onde. Connaître le principe de la radiographie et interpréter un cliché radiographique. Exploiter des documents pour comparer les spécificités d’une radiographie et d’une radiothérapie.

2 - Comment les produits de contraste améliorent-ils la performance de l’imagerie médicale ?

Produit de contraste pour l’imagerie par résonance magnétique (IRM). Élimination d’un produit de contraste.

Identifier les groupes fonctionnels dans un produit de contraste. Savoir qu’un produit de contraste améliore la visualisation d’un cliché d’imagerie médicale et que sa durée d’élimination est un critère de choix. Repérer, sur une échelle de longueur d’onde ou de fréquence, le domaine des radiofréquences utilisées pour l’IRM.

L’OBSERVATION DE LA STRUCTURE DE LA MATIÈRE PAR IMAGERIE MÉDICALE

1 - Comment l'interaction entre la matière et les rayons X contribue t'elle au diagnostic médical ?

Les ondes électromagnétiques

Le photon (particule ou corpuscule) est le porteur d'énergie de ces rayonnements et se déplace en ligne droite dans un milieu homogène et isotrope. Son énergie est quantifiée. Ces ondes sont classées en fonction de cette énergie, de leurs sources de production et de leurs applications. Un seul type de photon donc d'énergie pour chaque onde.

Caractérisation d'une onde électromagnétique
1 - Comment caractériser une onde ?
Une onde est un phénomène vibratoire qui se propage.
Tout phénomène vibratoire est caractérisé par la fréquence (et la période) de la source.
                 a) Fréquence.

C’est le .............................. de vibrations par ...............................................

On la note ......... ou .......... ou ..........  Son unité est le .........................
Rappels : 1 kHz = .............. Hz ;   1 MHz = .................. Hz ;   1 GHz  = ..............  Hz
Exemple : Le laser He-Ne émet une lumière monochromatique rouge de fréquence 2,1.10  15 Hz.

         b) Période.

C’est la ........................ d'une vibration.
On la note .......... Son unité est la .........................
Rappels : 1 ms = .................s ;   1 µs = ....................s Période et fréquence sont liées par la relation : T = ..............  T en s ; N en Hz.

2 - Célérité et longueur d’onde.
             a) Célérité.

La vitesse de propagation (ou célérité) d'une onde est noté c .
Son unité est le ..................

Dans le vide (mais aussi dans l'air) la valeur de la célérité de la lumière est  c ....................................... (..............................) km.s -

Information : La célérité de la lumière dépend de la nature du milieu traversé.

Par exemple dans l'eau : c eau = 2,26.10 8 m.s -1 ;   dans le verre : c verre =  2,00. 10 8 m.s -1
        

b) Longueur d’onde.
La longueur d’onde d'une radiation lumineuse est la distance parcourue par l'onde pendant une période de vibration T de la source.

On la note λ
. Son unité est le ........................

La longueur d'onde d'une radiation est exprimée par la relation suivante : λ  = ...................   avec  V en m.s -1 ;  T en s ; N en Hz ; λ en m.

 

La longueur d’onde d'une radiation dépend-elle de la nature du milieu traversé ? .............

La lumière blanche est constituée par une catégorie d'O.E.M. que l'œil peut percevoir : l'ensemble de ces ondes constituent le spectre continu de la lumière blanche (arc en ciel)

             b) Généralisation.

Il existe d'autres O.E.M. invisibles dont les propriétés sont celles de la lumière; ces ondes différent entre elles par la fréquence de vibration de la source émettrice.

 

Dans le vide, toutes les ondes électromagnétiques ont la même célérité (3.10 8 m.s -1 ) mais leurs longueurs d'onde sont différentes.

Les O.E.M. sont classées par catégories selon leur mode de production et leur domaine d'utilisation.         

         Les ondes électromagnétiques sont caractérisées par leur période T ou leur fréquence , qui sont reliés par les relations :
λ = c.T   avec c en m.s -1
                T en s ;   f en Hz ; λ en m.

(Rappels : La période est la durée d’une vibration de l’onde ; la fréquence est le nombre de vibrations par  seconde ; la longueur d’onde est la distance parcourue par l’onde pendant une période.)
3 - Célérité de la lumière dans le vide

2. Utiliser la valeur de la célérité de la lumière dans le vide dans différents calculs (cette valeur  n’étant pas à connaître) [1]

La célérité de la lumière, notée c, est la vitesse de propagation de la lumière.

Toutes les radiations électromagnétiques se propagent dans le vide (et aussi dans l’air) avec la même célérité : c = 3.10⁸ m.s -1 '  = 300 000 km.s   (mais leurs longueurs d’ondes sont différentes)

Caractérisation d'une onde sonore