-
Transformation isomérique<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
<o:p> </o:p>
I) Définition<o:p></o:p>
Il n’y a pas de changement de noyau.<o:p></o:p>
Les transformations se sont par rapport aux niveaux d’énergie des nucléons.<o:p></o:p>
L’excédent d’énergie entraine l’émission d’un photon γ ou une conversion interne (noté * ou m)<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
II) Radioactivité γ<o:p></o:p>
· Réaction de désintégration (conservation de A et de Z)<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Bilan masse énergie (conservation de E)<o:p></o:p>
Le défaut de masse est ΔM = M(Am, Z) – M(A, Z) <o:p></o:p>
Ed = ΔM * 931,5 = Eγ<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Spectre en énergie (conservation de la quantité de mouvement)<o:p></o:p>
Ed = hν<o:p></o:p>
On obtient un spectre électromagnétique avec un spectre de raie<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Parcours dans la matière<o:p></o:p>
γ n’a pas de charge et pas d’interaction obligatoire avec la matière.<o:p></o:p>
On a une ionisation par collision avec électrons par effet Compton / effet photoélectrique / création de paires.<o:p></o:p>
γ parcours plusieurs mètres avec d’être atténués : N(x) = N(0) e-μx<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Application biomédicale : la γ-caméra<o:p></o:p>
γ fait un long parcours dans les tissus.<o:p></o:p>
On effectue alors des scintigraphie : les photons γ se transforme en photons lumineux<o:p></o:p>
La γ-caméra est un détecteur de rayonnement contrairement au scanner qui est un émetteur de rayonnement<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
III) Conversion interne<o:p></o:p>
· Réaction de désintégration (conservation de A et de Z)<o:p></o:p>
m ou * = métastable ou excité<o:p></o:p>
C’est l’énergie en excès directement transmise à l’électron d’un atome ionisé<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Bilan masse énergie (conservation de E)<o:p></o:p>
Le défaut de masse est ΔM = M(Am, Z) – M(A, Z) <o:p></o:p>
Ed = ΔM * 931,5 = Eγ<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Spectre en énergie (conservation de la quantité de mouvement)<o:p></o:p>
Il n’y a pas de spectre nucléaire mais un spectre de raies et continu.<o:p></o:p>
Il apparaît donc des raies de transition K et L<o:p></o:p>
Le spectre complet est le spectre continu β- + les raies de la conversion interne + la possibilité d’émission Auger.<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
IV) Conclusion<o:p></o:p>
Le schéma de désintégration est très complexe.<o:p></o:p>
La probabilité d’une transition de désintégration est plus ou moins importante et plus ou moins plusieurs étapes.<o:p></o:p>
On diagnostique mieux les γ pures qui sont moins irradiantes.<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
<o:p> </o:p>
<o:p> </o:p>
<o:p> </o:p>
Les possibilités de transition :<o:p></o:p>
α pure<o:p></o:p>
α puis γ<o:p></o:p>
β- ou β+ pure <o:p></o:p>
β- ou β+ puis γ<o:p></o:p>
γ pure<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
Les rayons X sont d’origine atomique <o:p></o:p>
Les rayons γ sont d’origine nucléaire<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
Les rayons sont arrêtés ou atténués à ces distances :<o:p></o:p>
- α è 10 μm<o:p></o:p>
- β- è quelques mm<o:p></o:p>
- β+ è 1mm + 2 photons d’annihilation <o:p></o:p>
- γ è atténués à partir de quelques mètres<o:p></o:p>
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Les lois cinétiques<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
Ce sont toutes les mêmes pour α, β+, β- et γ<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
I) Loi de décroissance d’une population de noyaux radioactifs<o:p></o:p>
La radioactivité est un phénomène aléatoire et pas influencé par les paramètres physiques et chimiques habituels<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· La constante radioactive λ<o:p></o:p>
λ est la probabilité de désintégration par unité de temps<o:p></o:p>
Plus λ est petit plus l’élément est radioactif<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Évolution du nombre de noyaux au cours du temps<o:p></o:p>
Plus le temps passe plus il y a de désintégration donc il y a de moins en moins d’atomes<o:p></o:p>
N(t) = N(0) e-λt<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
II) Période radioactive<o:p></o:p>
· Définition<o:p></o:p>
1/λ est le temps où 63% des noyaux se sont désintégrés<o:p></o:p>
· Période effective en physiologie<o:p></o:p>
La période effective Teff est le temps d’élimination biologique d’une molécule non radioactive<o:p></o:p>
La période biologique est la période radioactive pour le corps humain pour sortir du corps par urines, fèces, respiration, transpiration<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
III) Activité d’un radioélément<o:p></o:p>
· Définition<o:p></o:p>
A(t) = λN(t)<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Unité<o:p></o:p>
A est en Becquerel (nombre de désintégration par seconde) ou en Curie<o:p></o:p>
1 mCi = 37 MBq<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Évolution dans le temps<o:p></o:p>
A(t) = λN(0) e-λt = A(0)e-λt<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Mesure<o:p></o:p>
Les mesures répétées se distribuent suivant la loi de poisson<o:p></o:p>
La moyenne est alors A(barre)
<o:p> </o:p>
IV) Cinétique des filiations radioactives<o:p></o:p>
· Formation d’un nuclide stable<o:p></o:p>
Radioactif à stable<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Formation d’un nuclide instable<o:p></o:p>
Radioactif à radioactif à stable<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Formation d’un nuclide instable : cas particulier de l’équilibre de régime (λ1 < λ2 et T1 > T2)<o:p></o:p>
Si on est supérieur à tmax alors A1 ≈ A2 <o:p></o:p>
On a alors un équilibre de régime.<o:p></o:p>
Tpère = 10 Tfils<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Formation d’un nuclide instable : cas particulier de l’équilibre séculaire (λ1 << λ2 et T1 >> T2)<o:p></o:p>
Tpère = 100 Tfils<o:p></o:p>
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Radiobiologie et radioprotection<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
I) Grandeurs et unités en dosimétrie<o:p></o:p>
· La fluence énergétique et effet de la distance<o:p></o:p>
L’énergie reçue décroit comme la carré de la distance à la source <o:p></o:p>
Avec Ï•0 le débit de fluence énergétique au niveau de la source<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Les ionisations<o:p></o:p>
Le rayonnement ionisant doit avoir une énergie supérieur à 13,6 eV pour pouvoir arracher des électrons<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· La dose absorbée D<o:p></o:p>
Wa est l’énergie absorbée en J<o:p></o:p>
dm est l’unité de masse de kg<o:p></o:p>
L’effet Compton dépose une partie de son énergie<o:p></o:p>
L’effet photoélectrique cède totalement son énergie<o:p></o:p>
D est en J.kg-1 ou en Gy (Gray)<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Expression des effets de la dose absorbée<o:p></o:p>
- Le transfert de l’énergie linéique<o:p></o:p>
TELα > TELβ- > TELγ et X<o:p></o:p>
TEL : transfert d’énergie linéique<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
- Dose équivalente H<o:p></o:p>
Pour une même dose on peut avoir des dangerosités différentes è facteur Wr de dangerosité (en Sievert Sv)<o:p></o:p>
Pour α : Wr = 20<o:p></o:p>
Pour β : Wr = 10<o:p></o:p>
Pour X et γ : Wr = 1<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
- Dose efficace E<o:p></o:p>
Suivant l’endroit / les organes irradiés les dégâts seront aussi différents è facteur Wt de sensibilité des tissus (en Sievert Sv)<o:p></o:p>
E = Σ Wt . Ht = Σ Wt . Wr . D<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
II) Radiobiologie<o:p></o:p>
· Effets moléculaires<o:p></o:p>
- Mécanisme directs<o:p></o:p>
Création d’ion, de radicaux libres è très dangereuses <o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
- Radiolyse de l’eau<o:p></o:p>
Phénomène important sur les actions des rayonnements sur la molécule d’eau<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
- L’effet oxygène<o:p></o:p>
Quand une molécule est oxygénée on voit mieux l’action des rayonnements qui est plus importante<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Effets sur l’ADN<o:p></o:p>
Différents types d’effets : directs ou indirects<o:p></o:p>
Différents types de lésions : altérations d’une base / cassures simples ou doubles brins / dommages chromosomiques<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Effets cellulaires<o:p></o:p>
· Effets tissulaires<o:p></o:p>
<o:p></o:p>Facteurs temps<o:p></o:p>
Effets précoces<o:p></o:p>
Quelques semaines après irradiations<o:p></o:p>
Effets tardifs<o:p></o:p>
Quelques années après irradiation<o:p></o:p>
On distingue<o:p></o:p>
Effets déterministes<o:p></o:p>
Une dose = un effet<o:p></o:p>
Effets aléatoires = stochastiques<o:p></o:p>
Études statistiques pour mettre en évidence les effets<o:p></o:p>
Plus une dose est importante plus l’effet est précoce et plus l’effet est déterministe.<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Relation dose-effet<o:p></o:p>
On ne sait pas pour les doses faibles ce qui se passe.<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
III) Radioprotection<o:p></o:p>
· Historique<o:p></o:p>
· Les deux types d’exposition<o:p></o:p>
- Externe : irradiation<o:p></o:p>
- Interne : contamination<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Les méthodes de protection contre l’exposition interne<o:p></o:p>
- La distance : plus on se tient loin, moins on prend de rayonnements<o:p></o:p>
- Le facteur temps : plus on reste longtemps à côté de source radioactive plus on prend des rayonnements<o:p></o:p>
- Interposer des écrans entre la source et nous-même<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Protection contre une exposition par contamination interne<o:p></o:p>
Exemple de l’iode 131 : on peut se protéger en saturant la thyroïde avec de l’iodure de potassium.<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Durée d’une contamination interne<o:p></o:p>
On la calcule par rapport à la période effective<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Principe de radioprotection<o:p></o:p>
- Principe de justification :<o:p></o:p>
Tout examen doit être justifié.<o:p></o:p>
Il y a deux responsables : le médecin et celui qui réalise l’examen<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
- Principe d’optimisation :<o:p></o:p>
Il faut régler les appareils pour avoir la plus petite dose possible et le meilleur résultat<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
- Principe de limitation des doses individuelles : <o:p></o:p>
La population (y compris femme enceinte et bébé) : 1mSv/an supplémentaire par rapport à l’irradiation naturelle.<o:p></o:p>
Les travailleurs A : 20mSv/an<o:p></o:p>
Les travailleurs B : 10mSv/an<o:p></o:p>
/ !\ les patients et les médecins ne sont pas concernés.<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· La radioprotection de la femme enceinte<o:p></o:p>
1mGy = 1mSv<o:p></o:p>
Entre 0 et 100 mSv è aucun effet<o:p></o:p>
À partir de 100 mSv è peut se poser des questions<o:p></o:p>
Entre 100 et 500 mSv è IVG à recommander (risques de malformations)<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
IV) L’exposition aux rayonnements ionisants<o:p></o:p>
· Origines<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Répartition de l’exposition en France par an : 3,5 mSv<o:p></o:p>
La dose d’origine naturelle paraît importante mais c’est une moyenne. <o:p></o:p>
Entre différentes régions de France nous n’avons pas les mêmes doses reçues, certaines sont inférieurs, certaines sont supérieures (Bretagne, Corse, Vosges, Massif central …) à cause du radon contenu dans le granite<o:p></o:p>
Pour les rayons cosmiques, plus on est en altitude plus on en prend. (Double tous les 1500m).<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
<o:p> </o:p>
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RMN<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
I) Moment magnétique nucléaire<o:p></o:p>
Une particule chargée en mouvement a un moment magnétique<o:p></o:p>
Les nucléons ont des spins<o:p></o:p>
Le proton et le neutron induit un mouvement magnétique μ<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
Selon le modèle en couche, les neutrons et les protons s’apparient pour annuler leur moment magnétique.<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
Z et N pairs<o:p></o:p>
I = 0<o:p></o:p>
Z et N impairs<o:p></o:p>
I = 1, 2, 3, …<o:p></o:p>
Z ou N impairs<o:p></o:p>
I = ½, 3/2, 5/2, …<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
II) Précession<o:p></o:p>
La précession est le résultat de l’application d’un champ magnétique sur un objet présentant un moment magnétique<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Mouvement de précession de proton pris isolément (moment microscopique)<o:p></o:p>
La précession est double, elle est de deux types avec deux niveaux d’énergies différentes.<o:p></o:p>
Le sens parallèle dans le sens de B0 (up) è avec une énergie basse E1<o:p></o:p>
Le sens antiparallèle dans le sens opposé de B0 (down) è avec une énergie haute E2<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Mouvement de précession de l’ensemble des protons (moment macroscopique)<o:p></o:p>
En absence de champ magnétique, les protons vont dans n’importe quel sens.<o:p></o:p>
Quand il y a même répartition parallèle / antiparallèle on a : Σμ = M = 0 è pas dans la réalité<o:p></o:p>
En réalité on a une aimantation où il y a plus de proton dans un sens que dans l’autre : Σμ = M ≠ 0<o:p></o:p>
En IRM c’est seulement 5 protons de plus sur 1 million qui permet de faire les images.<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
III) Résonnance<o:p></o:p>
Consiste à basculer le moment macroscopique M grâce au champ magnétique.<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Origine de la bascule M<o:p></o:p>
Provient de la fréquence de Larmor et de la résonnance sélective<o:p></o:p>
À 42,6 MHz on a seulement l’hydrogène qui vibre è c’est la résonance<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Mécanisme de la bascule M<o:p></o:p>
Le champ tournant à B0 tourne à la fréquence de Larmor.<o:p></o:p>
Un proton qui passe du sens parallèle à antiparallèle par une onde radiofréquence aura la fréquence de Larmor<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Propriétés de l’onde radiofréquence<o:p></o:p>
Ces rayonnements n’ont aucune influence sur la santé sauf si il y a présence d’objets métalliques dans le corps<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· L’effet de résonance<o:p></o:p>
Plus on a effet de résonnance plus le vecteur M à tendance à se coucher et à s’aligner sur le plan horizontal.<o:p></o:p>
Le temps d’application de l’onde radiofréquence aboutit à une bascule π/2<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
IV) Relaxation<o:p></o:p>
· Description <o:p></o:p>
Lors de l’arrêt de la résonance, tous les protons retourne sur l’axe Z en formant un pavillon de trompette è c’est la relaxation<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Le signal<o:p></o:p>
Lors de la relaxation on a une sinusoïde qui s’atténue au fur et à mesure : c’est la signal de précession libre <o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Le paramètre de relaxation T1<o:p></o:p>
Quand on se concentre sur Z, on a une croissance en Z lors de la relaxation<o:p></o:p>
T1 = temps de recroissance en Z<o:p></o:p>
Mz(T1) = 0,63M0<o:p></o:p>
Il y a deux types de tissus :<o:p></o:p>
- le tissu a = T1a court<o:p></o:p>
- le tissu b = T1b long<o:p></o:p>
Lors d’une compression l’un va revenir moins vite à sa position de départ que l’autre.<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Le paramètre de relaxation T2<o:p></o:p>
T2 = temps de disparition de Mxy<o:p></o:p>
La sinusoïde est en décroissance<o:p></o:p>
Mxy = 0,37M0<o:p></o:p>
Il y a deux types de tissus :<o:p></o:p>
- le tissu a = T2a court<o:p></o:p>
- le tissu b = T2b long<o:p></o:p>
Exemple : un T2 long équivaut à une vibration longue comme pour du cristal<o:p></o:p>
Un T2 court équivaut à une vibration courte comme pour du plexiglas<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
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IRM<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
I) Le contraste en IRM<o:p></o:p>
· Définition<o:p></o:p>
Le contraste en IRM c’est la différence de luminance entre deux structures<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Comment mesurer le contraste<o:p></o:p>
Le contraste permet de voir la différence entre un tissu malin et un tissu sain.<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Origine du contraste en IRM<o:p></o:p>
Le contraste provient des signaux émis lors de la désexcitation.<o:p></o:p>
Si l’image est blanche, on a un hypersignal<o:p></o:p>
Si l’image est grise, on a un hyposignal <o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Contraste IRM lié à la densité de proton ρ<o:p></o:p>
C’est la densité de noyaux d’hydrogène qui est proportionnelle au pourcentage d’eau dans les tissus.<o:p></o:p>
Plus le coefficient d’atténuation linéique est faible plus il y a d’eau dans les tissus<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Contraste IRM lié au paramètre de relaxation T1<o:p></o:p>
Quand T1 est court è hypersignal<o:p></o:p>
Quand T1 est long è hyposignal<o:p></o:p>
Exemple : eau è T1 long<o:p></o:p>
Graisse è T1 court<o:p></o:p>
Solide è T1 intermédiaire, plutôt long<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Contraste IRM lié au paramètre de relaxation T2<o:p></o:p>
Quand T2 est court è hyposignal<o:p></o:p>
Quand T2 est long è hypersignal<o:p></o:p>
Exemple : eau è T2 long<o:p></o:p>
Graisse è T2 court<o:p></o:p>
Solide è T2 court<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Résultats<o:p></o:p>
L’IRM est très utilisé pour le cerveau<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
II) Les séquences en IRM<o:p></o:p>
· Effet de la bascule π/2<o:p></o:p>
Lors de la phase de relaxation, les projections vont devoir repartir à leur point de départ (avant le champ tournant), mais toutes les projections ne se retrouvent à leur position de départ avec la même vitesse.<o:p></o:p>
Ainsi on obtient un signal très difficile à mesurer car il est trop court (signal de précession libre diminue)<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
· Principe de l’écho de la séquence écho de spin et le signal de la séquence écho de spin<o:p></o:p>
On effectue donc une bascule π, pour que toutes les projections se retrouve à leur point de départ avec la même vitesse.<o:p></o:p>
Lorsque tous les protons sont en phase, on a alors une émission de signal qui est un écho.<o:p></o:p>
TE = temps d’écho (temps entre bascule π/2 et l’écho)<o:p></o:p>
TR = temps de répétition (temps entre deux bascules π/2)<o:p></o:p>
τ = temps de déphasage (entre bascule π et l’écho)<o:p></o:p>
<o:p> </o:p>
<o:p> </o:p>
<o:p> </o:p>
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