Chimie, biologie et physiopathologie humaines (ST2S) · Terminale · Chimie : analyser et diagnostiquer
L’imagerie médicale : ondes et radioactivité
Ondes et noyaux pour voir le corps.
En bref
Échographie, radiographie, IRM, scintigraphie : chaque technique d'imagerie exploite une onde ou un rayonnement qui interagit avec la matière du corps.
Échographie, radiographie, IRM, scintigraphie : chaque technique d'imagerie exploite une onde ou un rayonnement qui interagit avec la matière du corps. La connaître, c'est comprendre ce qu'elle montre et ce qu'elle coûte au patient.
Ondes mécaniques et ondes électromagnétiques
| L'onde | Sa nature | Sa propagation |
|---|---|---|
| Ultrason | Onde mécanique de fréquence supérieure à 20 kHz (quelques MHz en médecine) | A besoin d'un milieu matériel ; environ 1 540 m/s dans les tissus mous |
| Onde électromagnétique (rayons X, lumière, radiofréquences) | Onde électromagnétique | Se propage aussi dans le vide, à c = 3,00 × 10⁸ m/s |
λ = c ÷ f (longueur d'onde en mètres, fréquence en hertz)
Par longueur d'onde décroissante : ondes radio (radiofréquences de l'IRM, de l'ordre du mètre) → infrarouge → visible (400 à 800 nm) → ultraviolet → rayons X (environ 0,01 à 10 nm) → rayons gamma.
L'échographie et l'effet Doppler
La sonde émet des ultrasons et reçoit leurs échos sur les interfaces entre tissus. Le temps de parcours donne la profondeur (aller et retour) :
d = v × Δt ÷ 2
Exemple : un écho reçu 130 µs après l'émission vient de d = 1 540 × 130 × 10⁻⁶ ÷ 2 ≈ 0,10 m, soit 10 cm.
L'effet Doppler : une onde réfléchie par une cible en mouvement change de fréquence (plus haute si la cible s'approche). L'échographie Doppler mesure ainsi la vitesse et le sens du sang : elle révèle un rétrécissement d'artère (le sang accélère) ou une fuite de valve cardiaque (un reflux).
La radiographie
Les rayons X traversent le corps et sont absorbés d'autant plus que les atomes ont un numéro atomique élevé et que le tissu est dense et épais. Les os, riches en calcium (Z = 20) et phosphore, absorbent beaucoup : ils apparaissent blancs ; l'air des poumons apparaît noir.
| Radiographie | Radiothérapie |
|---|---|
| Diagnostic : faible dose, image | Traitement : forte dose concentrée sur une tumeur pour détruire ses cellules |
Les produits de contraste
Un produit de contraste améliore la visualisation d'un organe : iode (Z = 53) pour les vaisseaux et le scanner, baryum pour le tube digestif, complexes de gadolinium pour l'IRM. Le gadolinium y est lié à une molécule qui porte des groupes caractéristiques (carboxylate, amine). Le critère de choix : efficacité, tolérance et durée d'élimination (surtout par les reins).
L'IRM utilise un champ magnétique et des radiofréquences agissant sur les noyaux d'hydrogène de l'eau : aucune irradiation.
La radioactivité et les marqueurs
Un noyau contient Z protons et A nucléons (A − Z neutrons). Des isotopes ont le même Z mais des A différents. Un noyau instable se désintègre en émettant :
| L'émission | La particule ou le rayonnement |
|---|---|
| α | Un noyau d'hélium (2 protons, 2 neutrons) |
| β⁻ | Un électron |
| β⁺ | Un positon (antiparticule de l'électron) |
| γ | Un photon très énergétique, qui accompagne souvent les précédentes |
- Activité : nombre de désintégrations par seconde, en becquerels (Bq) ; en médecine nucléaire, on la dose par unité de masse corporelle (MBq/kg).
- Dose reçue : en sieverts (Sv), qui mesure l'effet biologique.
- Période (demi-vie) T : durée au bout de laquelle la moitié des noyaux s'est désintégrée. Elle se lit sur la courbe de décroissance.
Exemple : le technétium 99m (émetteur γ, T ≈ 6 h) sert à la scintigraphie (os, thyroïde, cœur). Après 24 h, soit 4 périodes, il en reste 1/2⁴ = 1/16 de la quantité initiale. Le fluor 18 (émetteur β⁺, T ≈ 110 min), fixé sur une molécule proche du glucose, sert à la tomographie par émission de positons (TEP) : les cellules cancéreuses, grandes consommatrices de glucose, s'allument.
Les doses de la médecine nucléaire diagnostique sont faibles ; la radiothérapie délivre sur la tumeur des doses des milliers de fois plus élevées.
Les précautions
Limiter la durée d'exposition, augmenter la distance, placer des écrans (plomb), porter un dosimètre, signaler les zones (trèfle radioactif), gérer les déchets et les urines des patients.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Quelle différence y a-t-il entre un ultrason et une onde électromagnétique ?
2.Un écho revient 260 µs après l’émission dans un tissu où v = 1 540 m/s. À quelle profondeur est l’interface ?
3.Que mesure l’échographie Doppler ?
4.Pourquoi les os apparaissent-ils blancs sur une radiographie ?
5.Quelle technique d’imagerie n’utilise aucun rayonnement ionisant ?
6.Quelle relation relie longueur d’onde et fréquence ?
0 / 6 questions
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