Aurélie 26/08/12
 

 

   Thermographie, radiographie : bac STL biologie 2012.




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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

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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