TleCh7 - Les marqueurs radioactifs en imagerie médicale

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Comment les marqueurs radioactifs sont-ils utilisés en imagerie médicale ?


Notions et contenus 
Connaissances et capacités exigibles 
Activités expérimentales support de la formation
Noyau atomique, isotopes.
Radioactivité ; émission de particules.


Activité (Bq), activité par unité de masse corporelle ( MBq / kg), dose (Sv).
Période ou demi-vie radioactive.
Marqueurs radioactifs pour imagerie médicale. 
Décrire la composition du noyau d’un atome et identifier des isotopes.
À partir d’une équation de désintégration fournie, identifier la nature de l’émission radioactive.
Repérer sur une échelle de longueur d’onde ou de fréquence le domaine des rayonnements gamma.
Définir la période d’un radio-isotope et la déterminer graphiquement.
À partir de documents, comparer les spécificités de l’usage de marqueurs (nature, cible, dose, durée d’élimination par l’organisme, etc.) et les champs d’application des techniques d’imagerie médicale pouvant utiliser un marqueur radioactif, telles que la radiographie, la scintigraphie ou la tomographie par émission de positon.
Comparer qualitativement les doses utilisées en médecine nucléaire diagnostique et en radiothérapie nucléaire.
Connaître les précautions d’emploi d’une source radioactive en milieu médical.
Odoo image et bloc de texte

Le but de cette partie est de comprendre l’utilisation des noyaux radioactifs dans le domaine médical.

Nous allons donc répondre à deux questions :

- Quelle est l’origine de la radioactivité ?

- Comment utilise-t-on les propriétés des radionucléides ?

 I. Le noyau atomique

La découverte de la radioactivité naturelle a été faite en 1896 par Henri Becquerel. Pierre et Marie Curie découvrent ensuite le radium et le polonium. Ils obtiennent tous les trois le prix Nobel en 1903.

La radioactivité trouve sa source au cœur du noyau.

L’atome est une entité électriquement neutre. Il est composé d’un noyau central autour duquel gravitent des électrons chargés négativement. La masse de l’atome est centrée dans le noyau.

Question 1 : Compléter le texte à trou.

Le noyau : Les particules du noyau sont appelées…………………..

On distingue deux types de particules :

- Les ………………..notés (n) qui ne sont pas chargés.

- Les…………………notés (p) qui sont chargés…………………

Dans l’atome, il y a autant de ……………... de charges……………….. que d’……………… de charges………………….. C’est pour cela que l’atome est électriquement ………………..

Question 2 : Compléter le texte à trou.

La représentation symbolique d’un noyau est : La représentation symbolique d’un noyau est :

- A représente ……………………..

- Z représente……………………….

- X représente……………………….

- N représente …………………………….on calcule : N = A- Z

Les nucléides sont des atomes ayant le même nombre de protons (Z) et le même nombre de nucléons (A)

Chaque élément est caractérisé par son numéro atomique Z. Les isotopes d’un élément se distinguent par le nombre de neutrons du noyau (même Z, A différent).


II. Les différents types de désintégrations radioactives

La radioactivité est un phénomène nucléaire : elle ne concerne que des atomes dont les noyaux sont instables.

Dans la nature, certains noyaux sont instables et se désintègrent en émettant des particules.

Lors d'une désintégration radioactive, un nucléide (noyau père) émet spontanément une particule et un rayonnement (gamma) électromagnétique pour transmuter en un autre nucléide (noyau fils).

Une désintégration radioactive est une décomposition d’un noyau instable avec émission de particules.

Les désintégrations radioactives sont :

- Spontanée : sans action ou aide extérieure

- Inéluctable : rien ne peut l’empêcher.

- Aléatoire : on ne peut pas prédire l’instant exact où un noyau va se désintégrer.


Au cours d’une réaction nucléaire, il y a conservation du nombre de masse A et du nombre de charge Z.

Ce sont les lois de Soddy :

- La somme des charges électriques des réactifs est égale à la somme des charges électriques des produits : le nombre de charges se conserve.

- La somme des nucléons des réactifs est égale à la somme des nucléons des produits. Le nombre de nucléons se conserve.

Odoo CMS - une grande photo
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Au cours d’une désintégration, le noyau fils est toujours produit dans un état excité noté * (Avec un surplus d’énergie.)

Ces noyaux fils libèrent leur énergie sous forme de rayonnement (gamma) pour revenir à l’état fondamental (état d’énergie minimale). 

Le rayonnement est une onde électromagnétique de même nature que la lumière visible mais plus puissante.

Elle est classée sur l’échelle ci-dessous :

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III. La notion de période

Statistiquement, le nombre de noyaux radioactifs d’un échantillon décroit régulièrement avec le temps de manière exponentielle.

Définition : la demi-vie t1/2 ou Période T d’un échantillon radioactif est la durée au bout de laquelle le nombre de noyaux radioactifs initiaux est divisée par deux par désintégration.

- Polonium 212 : T= 3,0 x 10-7 s

- Uranium 238 : T=4,5 milliards d’années

- Iode 131 : T=8 jours

- Carbone 14 : T=5700 ans

Remarque :

Au bout de 20 périodes, on considère que le nombre de noyaux radioactifs d’un échantillon est négligeable donc que l’échantillon est inactif.

Exemple : Il faut t = 20 x T = 20 x 8 = 160 jours pour que l’iode soit considéré comme inactif. On note l’évolution dans le temps du nombre de noyaux radioactifs :

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Lactivité « A » d’un échantillon radioactif est égale au nombre moyen de désintégrations, N, par seconde. Elle s’exprime en Becquerels (Bq).

Question 3 : Calculer.

On mesure expérimentalement N d’une source de vanadium 52 (radioactif - ) sur une durée de 5s.

Initialement, au temps t=0s, N(0)=1600 désintégrations.

Donner le nom et le symbole de la particule émise : ……………………………

Calculer l’activité de l’échantillon : A(0)= ………………………..

Un chirurgien insère, dans la prostate d’un patient, 60 capsules d’iode 125, dont l’activité moyenne de chacune (à l’instant t=0s de l’implantation) est d’environ 16,5 MBq.

Quelle est l’activité initiale de l’activité totale de l’iode 125, A(0), implantée dans la prostate du patient ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

IV. La radioactivité au service de la médecine :

Les traceurs :

Les traceurs sont des noyaux radioactifs qui sont assimilés par le corps de la même façon que les mêmes noyaux non radioactifs. Ceux-ci, injectés dans le corps, vont pouvoir être détectés par des appareils adéquats grâce aux rayonnements qu'ils émettent lorsqu'ils se désintègrent. Leur demi-vie (ou période) doit être la plus faible possible pour qu'ils soient éliminés rapidement par l'organisme. On les utilise en très petite quantité.

La scintigraphie :

Le traceur injecté dépend de l'organe à explorer (iode pour la thyroïde par exemple). Dans ce cas, le rayonnement détecté est de type γ.

Pour la tomographie par émission de positons (TEP) : le traceur injecté est du fluor. On suit l'évolution du parcours au cours du temps de ce traceur et donc, on étudie le fonctionnement des organes.

La radiothérapie :

C'est une application thérapeutique qui permet de traiter les cellules cancéreuses soit par :

- rayonnement qui a pour but de détruire ces cellules, en évitant d'atteindre au maximum les tissus sains ;

- ingestion de nucléides radioactifs qui se fixent préférentiellement sur les zones tumorales et, par désintégration, vont émettre suffisamment d’énergie pour détruire les cellules cancéreuses.


V. Les dangers de la radioactivité

C'est lorsque la particule émise (le rayonnement) par la transformation radioactive touche des cellules vivantes. Celle-ci transmet aux cellules son énergie et on observe des effets différents en fonction du degré :

- Brûlures, nausées, vomissements (effets somatiques) ;

- Anomalies chromosomiques et mutations génétiques (Stérilités, Cancers).

On distingue :

- l’irradiation qui correspond à une exposition externe à une source radioactive (rayons cosmiques, croûte terrestre, sources artificielles) ;

- la contamination qui est due à une exposition interne (inhalation ou ingestion de substances radioactives). 

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Les rayonnements radioactifs transportent de l’énergie et peuvent provoquer des dégâts sur l’organisme.

On distingue trois types de particules :

- Les particules α (noyaux d’hélium) sont très ionisantes (capables d’arracher des électrons aux atomes qu’elles rencontrent) mais peu pénétrantes. Elles sont arrêtées par quelques centimètres d’une feuille de papier

- Les particules β (positon ou électron) sont peu ionisantes mais plus pénétrantes. Elles sont arrêtées par quelques millimètres d’aluminium

- Les rayons (ondes électromagnétiques) sont peu ionisants mais très pénétrants. Ils peuvent atteindre les couches profondes de l’organisme et produire les mêmes effets que les rayons X (brûlure, cancer…). Ils sont arrêtés par des écrans contenant si possible du plomb.

Odoo CMS - une grande photo
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Pour se protéger du rayonnement , il faut utiliser des protections à base de Plomb

Pour le rayonnement β, des feuilles minces d’aluminium, plexiglas ou en plastique suffisent.

Dans tous les cas :

- L’éloignement avec la source radioactive est conseillé.

- La limitation du temps d’exposition avec la source radioactive.

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