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Un patient
atteint de problèmes circulatoires au niveau de la main doit subir des
examens médicaux. Afin d’affiner son diagnostic, le médecin envisage
deux techniques d'imagerie médicale utilisant des principes physiques
différents :
La thermographie : procédé d'imagerie qui recueille les variations de
température à la surface du corps.
La radiographie qui utilise des rayons X et analyse leurs
absorptions par les éléments constitutifs du corps.
La
thermographie.
La thermographie permet de mettre en évidence les différences de
température au niveau de la peau du corps humain. Lors de l’examen de
la main d’un patient, un rayonnement de fréquence f = 3,22×1013
Hz et de longueur d'onde λ est émis par le corps humain, celui-ci est
capté par le système de détection de l'appareil.
Donner
l’expression littérale reliant la longueur d’onde λ et la fréquence f
d’un rayonnement électromagnétique. Préciser l’unité
associée à chaque grandeur.
l =
c / f.
Longueur d'onde en mètre ; fréquence en hertz ; célérité en m s-1.
Calculer
la longueur d'onde λ en nanomètre (nm) du rayonnement émis par le corps
humain.
l
= 3,00 108 / (3,22×1013) =9,32 10-6
m =9,32 103 nm.
Sur
l’axe gradué ci-dessous que vous recopierez sur votre copie, situer les
domaines
correspondant
aux rayonnements suivants : visible ; infrarouge ;
ultraviolet ; rayons X.
Dans
quel domaine se trouve le rayonnement émis par le corps humain détecté
lors de cet examen ?
9,32
103 nm appartient au domaine IR.
Rappeler
la relation qui permet de calculer l'énergie ΔE d'un photon en fonction
de sa fréquence
Calculer
l'énergie transportée par chaque photon de ce rayonnement.
DE = h f = 6,62 10-34
* 3,22 1013 = 2,13 10-20
J ;
ou 2,13 10-20
/ (1,6 10-19) =0,128 eV.
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La
radiographie.
Lors d’une radiographie, la main du patient est exposée à des rayons X.
On observe sur le cliché obtenu l’existence de zones claires et de
zones sombres qui sont dues à des absorptions
différentes des rayons X selon les milieux rencontrés.
Citer
la source de rayonnement électromagnétique qui permet de produire des
rayons X et expliquer succinctement son fonctionnement.
Un tube à
rayons X est constitué d'une cathode émettrice d'électrons et d'une
anode en tungstène. On applique entre la cathode C et l'anode A une
tension accélératrice qui peur varier entre 50 kV et 100 kV.
Tube de Coolidge : tube
dans lequel règne un vide poussé (environ 10-4
Pa).
Les électrons sont émis par un filament de
tungstène chauffé par un courant électrique (effet Joule). Le filament
joue le rôle de cathode. On établit entre la cathode et l'anode une
tension élevée ; celle-ci accélère les électrons émis par le filament.
Les électrons accélérés frappent l'anode.
La plus grande partie de la puissance électrique (99 %) est dissipée
sous forme de chaleur dans l'anode. Les tubes sont refroidits par une
circulation d'eau.
Les os contiennent les éléments
phosphore P (Z = 15) et calcium Ca (Z = 20), la peau contient
principalement les éléments : oxygène O (Z = 8), azote N (Z = 7),
carbone C (Z = 6) et hydrogène H (Z = 1).
Quels
sont les éléments qui absorbent le mieux les rayons X ?
L'absorption
des rayons X est d'autant plus importante que le n° atomique de
l'élément chimique est grand.
Les os absorbent plus les rayons
X que la peau.
Pourquoi
voit-on des zones sombres et des zones claires sur le cliché ?
La radiographie enregistre
l'image d'un corps traversé par un faisceau de rayons X. Suivant la
constitution du corps, les rayons X sont plus ou moins absorbés et le
film photographique, placé derrière le corps radiographié, est ainsi
plus ou moins impressionné.
Sur
Terre, tous les êtres humains sont exposés à une irradiation naturelle
provenant du rayonnement cosmique des roches composant la croûte
terrestre ainsi que de l’activité humaine.
Une idée du rayonnement reçu lors d’un examen radiologique est donnée
dans le tableau ci-dessous. Voici comment il faut lire le tableau :
lorsque vous effectuez une radiographie, vous recevez l’équivalent
d’une radiation naturelle de 2,4 jours.
| Examen
radiologique |
Dose
effective (mSv) |
Nombre
de jours équivalents
|
| radiographie |
0,02 |
2,4 |
| mamographie |
0,67 |
80 |
| scanner |
...... |
986 |
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Déduire du
tableau la dose effective reçue au cours d’un scanner.
0,67 *986 / 80 = 8,3 mSv.
A combien
de radiographies correspond la dose reçue lors d’un scanner
?
8,3 / 0,02 = 413 ~4,1 102.
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