UE 10 - Biophysique et radiologie

• Voici des notes d'étude sur la biophysique et la radiologie :

Rayonnements

• Les électrons orbitent autour du noyau dans des couches concentriques d'épaisseur égale.
• La couche K a 2 électrons (2 x 1^2).
• La couche L a 8 électrons (2 x 2^2).
• Un nucléide est désigné par un symbole chimique X avec deux indices : A et Z.
• Z représente le nombre de protons, c'est-à-dire le numéro atomique.
• A représente le nombre de nucléons (protons + neutrons), c'est-à-dire le nombre de masse.
• Les isotopes varient en nombre de neutrons (A diffère, Z reste le même).
• Les isotopes peuvent être stables ou instables.
• Les radioisotopes sont aussi appelés radioéléments ou radionucléides.
• Le rayonnement est l'émission ou la propagation d'énergie et de quantité de mouvement impliquant une onde ou une particule à travers l'espace et la matière.
• Les rayonnements peuvent être corpusculaires (particules avec masse) ou électromagnétiques (sans masse, de type ondulatoire).
• Les rayonnements électromagnétiques ont un faible transfert linéique d'énergie (TLE).
• Dans un noyau avec un excès de neutrons, un neutron se transforme en proton, créant un rayonnement ß⁻.
• Dans un noyau avec un excès de protons, un proton se transforme en neutron, créant un rayonnement ß⁺.
• Les noyaux avec excès de protons peuvent capturer un électron de la couche K, émettant des rayons X lors du réarrangement électronique.
• Les noyaux radioactifs qui sont volumineux éjectent 2 protons et 2 neutrons, c'est-à-dire un rayonnement a (semblable à un noyau d'hélium)
• Les rayonnements corpusculaires incluent les rayonnements alpha, bêta et neutrons.
• La stabilité du noyau d'un atome dépend du rapport entre les nucléons (protons et neutrons).
• Les noyaux instables subissent une désintégration en émettant un rayonnement de particules avec une certaine énergie (désintégration α, ß⁻ et ß⁺).
• Les rayonnements sont ionisants s'ils possèdent suffisamment d'énergie pour éjecter un électron de l'orbite électronique d'un atome.
• Les rayonnements corpusculaires sont directement ionisants car ils sont constitués de particules chargées électriquement.
• Les rayonnements électromagnétiques sont indirectement ionisants car ils ionisent le milieu par le biais des électrons qu'ils mettent en mouvement.
• Les rayonnements ne sont ionisants qu'au-dessus de 10 eV.
• Le pouvoir de pénétration dépend du type de rayonnement et du pouvoir d'arrêt de la matière.
• Les rayonnements particulaires ont une faible pénétration.
• Les ondes électromagnétiques ionisantes ont une forte pénétration.

Rayons X

• Ils sont électromagnétiques et ionisants, même à faible énergie.
• Ils sont pénétrants car ils n'ont ni masse, ni charge.
• L'énergie des rayons X résulte de la conversion des électrons et est exprimée en électron-volts (eV).
• Les rayons X résultent de la désexcitation d'un radionucléide ou d'un phénomène électrique (générateurs de rayons X en radiographie).
• Les rayons X sont produits lorsque des électrons accélérés percutent une cible métallique dense.
• La collision des électrons produit environ 98,5 % de chaleur et 1,5 % de rayons X.
• Une grande anode cylindrique facilite la dissipation de la chaleur.
• Il existe deux manières de produire des rayons X : par rayonnement de freinage continu ou par rayonnement caractéristique ou de fluorescence.
• Le rayonnement de freinage continu est la principale source de production de rayons X.
• Le rayonnement de freinage continu est un rayonnement continu de freinage est produit lorsque un électron issu de la cathode entre plus ou moins profondément dans l'enveloppe électronique d'un atome de tungstène de l'anode.
• Il peut se produire lorsque l'électron frappe directement le noyau de la cible (rare), ou, le plus souvent, en passant à proximité d'un noyau.
• Le le rayonnement caractéristique ou de fluorescence se produit lorsqu’un électron incident, par collision, expulse un électron situé sur la couche interne.
• Un faisceau de rayons X idéal est dense, homogène et parallèle.
• L'intensité varie entre 4 et 8 mA.
• Il est généralement préprogrammé (de 0,01 à 3,2 s).
• La tension est de l'ordre de 60 à 70 kV.
• Le courant de 50 Hz de générateurs à haute fréquence, est transformé puis utilisé pour charger une capacité, ce qui permet d'obtenir un débit du courant constant
• Un filtre en aluminium de 2,5 à 3 mm est placé à la sortie du générateur pour absorber les rayons de faible énergie.
• Le collimateur est utilisé pour réduire la taille du faisceau, définir sa forme et réduire la divergence des rayons.
• La filtration et la collimation améliore la qualité de l'image

Interactions des rayons avec la matière

• Les effets des rayonnements ionisants sur les êtres vivants résultent d'un transfert d'énergie entre le rayonnement et la matière.
• Le mode de transfert d'énergie varie selon la nature du rayonnement et du milieu.
• L'atténuation est 3 type: l'effet photoélectrique, l'effet Compton et l'effet Thomson.
• Dans l'effet photoélectrique, le rayon photon incident cède toute son énergie au milieu et les rayons X émis (rayonnement caractéristique) sont absorbés.
• L'effet Compton se produit lorsqu'un photon interagit avec un électron de la couche externe d'un atome.
• L'effet Thomson implique un rayon X de faible énergie et un électron de la couche externe d'un atome.
• aux énergies du radiodiagnostic dentaire, on estime avoir 70% d'effet photoélectrique et 30% d'effet Compton.
• Le rayonnement primaire constitue le faisceau incident et traverse les tissus organiques.
• Les fuites sont les faibles rayons diffusés autour du générateur et du tube applicateur.
• Le rayonnement diffusé résulte de l'effet Compton et peut être de diffusion primaire, secondaire ou de rétrodiffusion.
• La quantité du rayonnement diffusé correspond à 20 % du débit de dose total par le tube radiogène.
• L'équation "D = D source/distance²" représente le flux diminue en fonction du carré de la distance

Radioprotection

• La dosimétrie sert à mesurer la quantité d'énergie déposée lors d'une exposition aux rayonnements ionisants.
• Les valeurs mesurées sont en Gray (Gy).
• Les valeurs calculées sont en Sievert (Sv).
• La dose absorbée (D) est la quantité d'énergie cédée par le rayonnement au milieu (en Joules/Kg), divisée par la masse de matière.
• La dose équivalente (H) prend en compte la qualité du rayonnement et est calculée en multipliant la dose absorbée par un coefficient radiologique (Wᵣ).
• La dose efficace (E) prend en compte la radiosensibilité des tissus et est calculée en multipliant la dose équivalente par un facteur de pondération spécifique (Wₜ).
• La somme des coefficients affectés à chaque organe est égale à 1 (irradiation du corps entier)

Grandeurs

• Dose dans l'air (Dair) : Elle s'exprime en Gy.
• Dose à l'entrée (De) : s'exprime en Gy et intègre la dose absorbée dans l'air et le rayonnement rétrodiffusé.
• Le produit dose*surface (PDS) est la quantité de rayonnement ionisant utilisé en endo-buccal clichéd
• Le produit dose*surface pour le cliché endo correspond au au produit de la dose absorbée dans l'air par la surface d'entré

Doses en cabinet

• Radiographie rétro-alvéolaire : 3 à 5 µSv
• Radiographie panoramique : 10 à 30 µSv
• Les dosimètres individuels mesurent H et E et doivent être portés sous les vêtements de protection.
• La limite de dose pour le cristallin a été abaissée de 150 à 20 mSv/an.
• La notion contraste radiologique est en fonction des différences d'atténuation du rayonnement entre les différents milieux et tissus traversés L'utilisation d'une tension de 65 ou 70 kV constitue un bon compromis entre une image de qualité satisfaisante et une dangerosité moindre
• Le patient et le générateur sont donc les pires ennemis du chirurgien- dentiste. Il faut s'en éloigner ou utiliser des écrans ou des protections. l'énergie cinétique cédée à l'électron lui permet de quitter son orbite mais elle s'épuise rapidement dans le milieu. Cette énergie est donc absorbée au voisinage du point où a eu lieu la collision La dose efficace est obtenue en multipliant la dose équivalente délivrée à chaque organe, par un facteur de pondération spécifique dépendant de sa Radiosensibilité l'énergie des photons peut varier. Les rayonnements ne sont ionisants qu'au dessus de 10 eV, c'est-à-dire au-delà du spectre de la lumière visible. L'énergie des rayons X résultent de la conversion des électrons qui lui donnent naissance. Elle s’exprime donc comme une énergie Electrique