Introduction aux applications médicales des rayonnements ionisants I - Place des techniques médicales utilisant les rayonnements ionisants dans la démarche médicale La démarche médicale (médecine occidentale) Patient ↓ Diagnostic (nom, maladie, localisation, germe…) ↓ Traitement (médical, chirurgical, par Des méthodes physiques ou psychologiques) ↓ Le diagnostic (Signes fonctionnels : qu’est ce qui ne va pas ?) ↓ Signes cliniques (avec les 5 sens Et quelques instruments simples) ↓ Examen complémentaire (Complémentaire à l’examen clinique) 1 Les examens complémentaires → Biologie (analyse sanguine, d’urine, prélèvement) → Explorations fonctionnelles (Mesure de débit, enregistrement, électrophysiologie) → Imagerie médicale (4 méthodes) L’imagerie médicale → Radiologie (dont scanographie) → Médecine nucléaire (réalisation de scintigraphie) → Echographie → Imagerie par Résonance Magnétique (I.R.M.) II- Les rayonnements utilisés en médecine Onde électromagnétique ou photon (OEM) → Aspect ondulatoire : Onde= vibration qui se propage Un champ magnétique et un champ électrique vibrent → Aspect corpusculaire Photon = grain d’énergie Relation numérique entre les 2 aspects des OEM. 𝐸 = ℎ𝑓 = ℎ𝑐 𝜆 E= Energie du photon F = fréquence de l’OEM λ= Longueur d’onde de l’OEM C= célérité de la lumière h= constante de Planck → eV unité d’énergie utilisé à l’échelle atomique = énergie cinétique acquise par un électron se déplaçant entre 2 points entres lesquels règne une différence de potentiel (DDP) de 1V 2 1eV=1,6*108 J E(eV)= 1240 𝜆(𝑛𝑚) Spectre des OEM 103 Fréquence en Hz 104 1020 Longueur d’onde km cm mm Ondes Hertziennes, micro ondes IR µm visible nm. fm UV rayons X et γ Energie (eV) 10-9 1 MeV GeV → Les rayons γ sont toxiques: Radiologie pulmonaire : Rayons X de 100 keV Radiothérapie d’un cancer : Rayons X ou γ de 1 à quelques MeV → Les rayons X et γ sont des OEM/photons de hautes énergie : Rayons x : rayonnement émis lors d’un processus électronique (atomique) Rayons γ : rayonnement émis lors d’un processus nucléaire 3 Relation conceptuelle entre les 2 aspects des OEM → Les 2 aspects des OEM sont un cas particulier de la dualité onde/corpuscule Aspect corpusculaire Ondulatoire Découverte Relation entre les 2 aspects Photon OEM Einstein 1905 E=hf Particule matérielle Onde γ ; fonction d’onde Louis de Broglie (1923) λ=𝑚𝐹 ℎ → La dualité onde/corpuscule est à la base de la mécanique quantique qui s’applique aux phénomènes physiques de l’infiniment petit → Cette logique choque notre intuition car celle-ci c’est élaboré à partir de noter expérience qui concerne les objets de notre échelle, il en est de même de la théorie de la relativité qui concerne les objets se déplaçant rapidement → Certains philosophes et certains savants (dont Einstein) ont refusé la mécanique quantique → On considère actuellement que les aspects ondulatoires et corpusculaires sont représentations d’une seule réalité, selon les situations l’un des mobiles s’adapte le mieux → En biophysique on étudie les deux. L’aspect ondulatoire est pertinent pour expliqué ce qui se passe 4 La radiothérapie externe Exemple de situation ou l’aspect corpusculaire est pertinent pour expliquer ce qui se passe. 2) rayonnement ionisant → Définition : rayonnement produisant un grand nombre d’ionisation dans la matière organique → Lumière visible peut provoquer quelques ionisations sur certaines substances, mais ne fait pas partie des rayonnements ionisant. → Ils ont des effets biologiques importants. → Rayon X ou γ sont des rayons ionisants car ils ont une énergie élevée Particule Photon (haute énergie) Electron Symbole masse Charge 0 0 e- Léger -e Position (antimatière) Particule α e+ Léger +e α Très lourd +2e Neutron n Lourd 0 Proton p lourd +e Xn+ Très lourd +ne Ions Devenir e++e-→2γ 5 III- Définition des techniques utilisant les rayonnements ionisants → Radiologie dont scanographie : Méthode d’imagerie donc de diagnostic Utilise les Rayons X. Basé sur l’absorption plus ou moins importante des rayons X à travers le corps selon la densité et la composition chimique du tissu. → AIR = rayon peu absorbé OS = rayon beaucoup absorbé Tube à rayons X et détecteur tournants → La médecine nucléaire (réalisation de scintigraphie) Méthode d’imagerie, de diagnostic Utilise les rayons γ Basé sur l’émission plus ou mois importante de Rayons γ par un tissu après administration d’un traceur radioactif métabolisé par le corps. Tomographie : même principe que la scintigraphie mais on obtient une coupe On voit surtout la fonction des membres. 6 →La radiothérapie externe Méthode thérapeutique Utilisation des RX (ou γ) et électrons (ou autres particules) Basée sur la destruction des tissus (cancéreuse) par rayonnements, la source radioactive est placée à l’extérieur du patient La curiethérapie Méthode thérapeutique Utilise les rayons γ et les électrons Basée sur la destruction des tissus cancéreux par des R. La source radioactive est placée en contact avec le patient. La radiothérapie interne méthode thérapeutique utilise les rayons γ et les électrons basée sur la destruction des tissus cancéreux par des rayonnements : la source radioactive est métabolisée. 7 → Les machines utilisées n’existe que depuis quelques années. → Une technique d’imagerie associant 2 méthodes La TEP : Tomographie par Emission de Positons (médecine nucléaire) La scanographie Principe de TEP-scanner IV- les techniques d’imageries médicales n’utilisant pas les rayonnements ionisants L’échographie : Méthode d’imagerie et de diagnostic Utilise les ondes ultrasonores (vibration mécanique) Basée sur la réflexion des ondes. 8 I.R.M. (imagerie par Résonance Magnétique) : - Méthode d’imagerie de diagnostic - Utilise des ondes hertziennes - Basée sur la résonance magnétique nucléaire (RMN) : échange d’énergie entre certains noyaux et l’extérieur quand le patient est plongé dans un champ magnétique intense. V- La radiologie et la radioprotection → La radiobiologie : études des effets des rayons ionisants sur les organismes vivants →La radioprotection : règle de protection contre les rayonnements ionisants concernant Le public Les visiteurs Le patient → La radiobiologie est une science →La radioprotection est basée sur la radiobiologie mais elle doit appliquer le principe de précaution. Ses énoncés de sont jamais des énoncés scientifiques. 9