Détection de rayonnements : application à l’imagerie médicale

Détection de rayonnements : application à l’imagerie médicale

Table des matières
*Introduction et définition de la problématique

*L’histoire de l’imagerie médicale en quelques dates.
*Les rayonnements électromagnétiques
*Production de rayons X
*Interaction des rayons X avec la matière

*Application à l’imagerie médicale

*Conclusion

Introduction et définition de laproblématique

Qu’est-ce qu’un rayon X ? Comment en produire ? Quel mécanisme permet d’obtenir une radiographie ?

L’histoire de l’imagerie médicale en quelques dates.
1895
W. Röntgen, physicien allemand,
découvre les rayons X. 1896
H. Becquerel, physicien français, découvre que l’uranium émet
des rayonnements invisibles (différents des rayons X).
Il donne le nom de “radioactivité” à cephénomène. 1898
P. et M. Curie, physiciens français, isolent le polonium et le radium, deux éléments radioactifs jusqu’alors inconnus, présents dans le minerai d’uranium. Le prix Nobel de physique leur est décerné, ainsi qu’à Henri Becquerel,
1935
I. et F. Joliot, physiciens français, reçoivent le prix Nobel pour leur découverte des isotopes radioactifs en 1934. Lors de la conférence de remisedu prix, Frédéric Joliot déclare : « La méthode des indicateurs employant des radioéléments synthétiques trouvera probablement des applications pratiques en médecine. » George de Hevesy utilise le phosphore 32 pour montrer que la formation des os est un processus impliquant en permanence des pertes et des remplacements.
Ses travaux sur les traceurs seront récompensés en 1943 par un prix Nobel dechimie.
Les rayonnements électromagnétiques
Les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique, au même titre que la lumière visible, l’ultra-violet, l’infra-rouge, les micro-ondes, les ondes radio ou les rayons gamma.
Une onde électromagnétique est due à un champ électrique et un champ magnétique perpendiculaires oscillants en phase (figure 1). Elle se propage dans le vide à lavitesse de la lumière (c = 299792458 m/s). Dans le cas d’une onde sinusoïdale ou monochromatique, elle a une fréquence ? définie et une période T = 1/?. La longueur d’onde ? est la distance parcourue par l’onde en une période, soit ? = c T = c/?.

Une onde électromagnétique réelle est généralement constituée d’une superposition d’ondes de fréquences différentes. La répartition quantitative de lapuissance propagée selon la fréquence est appelée le « spectre » de l’onde.
Le modèle corpusculaire du rayonnement électromagnétique est mieux adapté aux rayonnements de hautes fréquences : on considère qu’un faisceau est constitué de photons, des particules sans masse qui se déplacent à la vitesse de la lumière. Chaque photon transporte une quantité d’énergie E proportionnelle à la fréquence del’onde E=h ?, où h est la constante de Planck.
Les ondes électromagnétiques sont classées et nommées en fonction de leur domaine de fréquence (figure 2). Bien que de même nature, les ondes d’un domaine de fréquence à l’autre correspondent à des mécanismes d’émission différents et exigent des techniques différentes de détection.
On appelle rayons X les ondes électromagnétiques dont les fréquences sontcomprises entre 1016 Hz et 1020 Hz. Les longueurs d’ondes sont de l’ordre de 10-8 à 10-12 m, et les énergies des photons X sont comprises entre 40 et 4×105 eV (1 eV correspond à 1,6×10-19 J, c’est l’énergie d’un photon dans l’infra-rouge). Ces énergies sont de l’ordre de grandeur des énergies de liaison des électrons des couches internes des atomes (de l’ordre du keV). Le domaine des rayons X sesitue entre l’ultra-violet et les rayons gamma

2. Production de rayons X
Les rayons X sont produits dans des tubes à rayons X également appelés tubes de Coolidge ou tubes à cathode chaude (figure 3). Le principe est le suivant : des électrons émis par une cathode (un filament, le plus souvent en tungstène, chauffé par le passage d’un courant électrique) sont accélérés par une différence…