ANALYSE DIMENSIONNELLE EN PHYSIQUE RIM PDC

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1 INTRODUCTION AU COURS DE BIOPHYSIQUE MEDICALE Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médicosanitaire (option radiologie). Présentation Au début des études et du cours de biophysique médicale, cette leçon définie la biophysique médicale en l intégrant comme matière fondamentale dans les études médicale, médico odontologique, pharmaceutique et biomédicales, (option radiologie). Ainsi l étudiant est sensibilisé sur l étendue de cette matière qui va bien au delà du cours qu il recevra compte tenu des impératifs horaires. 1. définir étymologiquement le terme biophysique 2. Dégager l importance de la biophysique pour la connaissance de la physiologie humaine. 3. Donner un aperçu général du contenu du cours de biophysique médicale dans les études en médecine et autre. Définition de la Biophysique Contenu exhaustif du cours Biophysique du milieu intérieur Biophysique neuro sensorielle Biophysique des rayonnements ionisants à l Imagerie médicale La Biophysique médicale est l application des lois de la physique à la biologie humaine. Elle est indispensable pour comprendre aussi bien la Physiologie de l homme (système cardiovasculaire, système nerveux, organes des sens, etc.) que les rayonnements ionisants utilisés en médecine. - Bouyssy A., Dvier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Médecine sciences Flammarion Paris 3ed Muncaster R. A. Level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 Modalités d évaluation : Utiliser le site et ses divers liens vers le site des enseignants de biophysique pour les divers programmes de biophysique des facultés de médecine françaises. ANALYSE DIMENSIONNELLE EN PHYSIQUE Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologie, pharmaceutique et médicosanitaire, option radiologie. Présentation Ce cours introduit le système d unités internationales (SI, MKSA), nécessaire pour définir les unités d énergie indispensable pour exprimer les rayonnements ionisants et leurs interactions avec la matière. A la fin du cours l étudiant doit être 1. définir le système SI 2. citer les unités simples et dérivées de ce système 3. définir les unités classiques et modernes de l énergie Les Unités SI o unités simples o unités dérivées les Unités d énergie o le Joule o l électron Volt Résumé La Biophysique médicale étant l application des lois physiques à la physiologie humaine, les unités en physique sont indispensables pour une expression universelle de ces lois. Les unités SI sont des unités adoptées en 1967 par la communauté internationale et qui sont divisées en unités simples et dérivées parmi lesquelles l énergie. Celle ci peut s exprimer en Joules (physique classique), mais surtout en électron Volt (physique moderne). Cette dernière unité est celle qu on utilise pour les rayonnements ionisants en médecine. Bibliographie Bouyssy A., Dvier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris 1988 Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Médecine sciences Flammarion Paris 3ed

2 Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 Conseils Lire le chapitre : «système d unité en physique» dans n importe quel manuel de physique. RAPPELS SUR LA NOTION DE RELATION MASSE/ENERGIE ET SUR CELLE DE RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médicosanitaire, option radiologie. Présentation La relation d Einstein entre la masse et l énergie intervient à plusieurs niveaux dans le processus d interaction entre les rayonnements X et γ avec la matière. Ce cours permet à l étudiant de s approprier la physique des rayonnements électromagnétiques X et γ ainsi que l annihilation ou la matérialisation des rayonnements ionisants tous les deux processus faisant intervenir la notion de relation masse/énergie. 1. définir la relation de relativité restreinte d Einstein 2. définir ce qu on entend par annihilation des particules et par création des Pairs ou matérialisation 3. décrire la nature, les paramètres caractéristiques et la classification des rayonnements X et γ. Expression de la relativité Restreinte o Relation d Einstein o Les limites de cette relation Quelques Energies équivalentes caractéristiques Les rayonnements X et γ les plus utilisés en médecine sont des rayonnements dits électromagnétiques. Leur caractéristique principale est l énergie qu ils transportent. Leur interaction avec la matière qui fonde leur utilisation en médecine est basée sur les échanges d énergie qu ils ont avec la matière. Pendant ces échanges un X ou un γ peut apparaître ou disparaître pourvu qu une masse équivalente disparaisse ou apparaisse. C est l équivalence masse/énergie qu on retrouve en Imagerie Médicale et en Radiobiologie (Radiothérapie). Bouyssy A., Dvier M., Gatty B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris 1988 Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Médecine sciences Flammarion Paris 3ed 2004 Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 Lire des ouvrages sur le sujet STRUCTURE DE LA MATIERE : STRUCTURE DE L ATOME Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médicosanitaire, (option radiologie). A la suite des rappels sur les rayonnements X et γ, ce cours donne à l étudiant des bases de la configuration structurelle d un atome de la matière en insistant notamment sur la relation énergétique entre les électrons et le noyau. L action du rayonnement se situe à ce niveau où il peut y avoir des excitations et des ionisations qui sont à la base de l imagerie et du traitement par rayonnement ionisant en médecine. 1. donner la structure globale de l atome 2. donner et décrire les 2 postulats du modèle atomique de Bohr 3. définir l énergie d excitation et l énergie d ionisation d un atome 4. définir un rayonnement ionisant. Plan Constitution d un atome avant 1913 Modèle atomique de BOHR (1913) o 1 er Postulat o 2 e Postulat o Etat fondamental d un électron o Etat excité d un électron o Energie d ionisation d un électron 2

3 Résumé Toute l Imagerie médicale par les rayonnements ionisants, la Radiobiologie et la Radiothérapie sont basées sur l interaction entre les rayonnements ionisants et la matière. Cette interaction qui est un échange d énergie se situe au niveau atomique. L électron atomique étant lié au noyau par une énergie de liaison d après le modèle de Bohr absorbe cette énergie et peut soit s ioniser, soit s exciter. Les ionisations et les excitations entraînent des conséquences exploitées en Imagerie médicale et en Radiothérapie. Bibliographie - Bouyssy A., Dvier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Médecine sciences Flammarion Paris 3ed Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 Modalité d évaluation Conseils Utiliser le site et ses divers liens vers le site des enseignants de biophysique pour les divers programmes de biophysique des facultés de médecine Françaises. STRUCTURE DE LA MATIERE : STRUCTURE DU NOYAU Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médico sanitaire, option radiologie. Ce cours est complémentaire de celui sur la structure de l atome et il permet à l étudiant de connaître la composition des nucléons (protons, neutrons) d un noyau atomique, de définir l énergie de liaison par nucléons et par voie de conséquence la notion de stabilité et d instabilité d un noyau prélude à la radioactivité productrice de rayonnement γ. Par ailleurs le cours permet de définir les notions importantes d Isotopie, d Isobare et d Isomérie nucléaire. 1. décrire la constitution d un Noyau Atomique 2. donner la notation symbolique d un noyau et quelques noyaux caractéristiques (noyaux Isotopes, Isobares, Isomères) 3. définir la notion d énergie de liaison moyenne par nucléon comme facteur de stabilité nucléaire Plan - Constitution d un noyau atomique Nombre de masse Nombre de charge - Notation symbolique d un noyau et quelques noyaux caractéristiques - Noyaux : Isotopes Isobares Isomères Résumé Un noyau atomique est composé de nucléons (protons et neutrons) dont l ensemble forme le nombre de masse. Tout noyau atomique est représenté par son symbole chimique avec la mention du nombre de masse et des protons. Il existe des noyaux spéciaux très utiles en médecine comme les noyaux isotopes ayant des propriétés chimiques identiques ou les noyaux isomères producteurs de γ. Bibliographie Bouyssy A., Dvier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris 1988 Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Médecine sciences Flammarion Paris 3ed 2004 Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 Modalité d évaluation Conseils Utiliser le site et ses divers liens vers le site des enseignants de biophysique pour les divers programmes de biophysique des facultés de médecine Françaises. RADIOACTIVITÉ 1 : TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médicosanitaire, option radiologie. Ce cours à la suite de celui sur la structure du noyau cherche à emmener l étudiant à comprendre la notion d instabilité nucléaire qui elle aboutit à la Radioactivité naturelle ou 3

4 artificielle source à son tour de la production des rayonnements βeta moins et βeta plus et Gamma utilisés en médecine. OBJECTIFS : A la fin du cours l étudiant doit être 1. donner les 3 facteurs de stabilité d un noyau en insistant sur le rapport Neutrons/Protons 2. décrire les types de Radioactivité en fonction de ce rapport 3. décrire particulièrement la transformation isomérique productrice des rayonnements γ 4. donner le principe d utilisation des β + : PET ( Positron Emission Tomography ) - Rappels sur les facteurs de stabilité - Stabilité nucléaire suivant le rapport N/Z Ligne de stabilité β - Les Radioactivités Radioactivité β Radioactivité β + Radioactivité par capture électronique (CE) Radioactivité γ (Transformation isomérique) Résumé Tout noyau instable recherche spontanément un état de stabilité en se transformant. Cette transformation peut se faire soit avec un nombre de masse qui reste constant : cas des transformations β, et β + et capture électronique, ou alors A constant et Z constant : c est la transformation isomérique. Les transformations β et β + produisent des particules du même nom, alors que la transformation isomérique produit les γ. Bibliographie - Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Medecine sciences Flammarion Paris 3ed Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 Utiliser le site et ses divers liens vers le site des enseignants de biophysique pour les divers programmes de biophysique des facultés de médecine Françaises. RADIOACTIVITE 2 : CINETIQUE DES TRANSFORMATIONS RADIOACTIVES Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologie, pharmaceutique et médicosanitaire, option radiologie. Le cours précède sur les transformations radioactives, les a présentés sous forme qualitative. Celui ci vise à donner à l étudiant la notion de quantification du phénomène radioactif en terme de paramètres de quantification tels que : le période radioactive, la constante radioactive et l activité radioactive. Objectifs: 1. écrire et commenter la loi physique sous forme mathématique de la désintégration d un noyau radioactif en fonction du temps. 2. définir la période et les constantes radioactives 3. définir l activité radioactive d un noyau et l unité d activité radioactive Etablissement de la loi de variation de N (t) noyaux radioactifs en fonction du temps : N (t) = N (o) e λt Représentation graphique de cette loi o déduction de la Période radioactive o déduction de la constante radioactive Définition de l activité et de l unité radioactive Résumé Tout noyau instable producteur de rayonnements ionisants se désintègre suivant une loi qui est une loi en exponentielle décroissante, fonction du temps et de sa constante radioactive λ qui est une probabilité de désintégration. Le paramètre temps est pris en compte grâce à la période radioactive (T) encore appelée demi vie en secondes. L activité radioactive d une source en Becquerels ou en Curies est le nombre de désintégrations par unité de temps. Bibliographie - Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM ;Medecine sciences Flammarion Paris 3ed

5 - Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 Modalité d évaluation Conseils Utiliser le site et ses divers liens vers le site des enseignants de biophysique pour les divers programmes de biophysique des facultés de médecine Françaises. INTERACTION DES RAYONNEMENTS AVEC LA MATIERE 1 : INTERACTION DE PARTICULES CHARGEES LEGERS (ELECTRONS) AVEC LA MATIERE Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médico sanitaire, option radiologie. Ce cours qui est centré sur l interaction entre les particules type électrons avec la matière donne à l étudiant les principes physiques qui prévalent quand la particule interagit avec les électrons et quand elle interagit avec les noyaux de l atome. 1. décrire le processus de transfert d énergie entre particule et électron de la matière. 2. décrire le processus de perte d énergie par la particule en interaction avec un noyau de la matière 3. donner les conséquences à chacune de ces interactions - Le transfert d énergie électron (particule)/électrons de la matière Excitation Ionisation - Freinage d une particule électronique par un noyau Production d un X de freinage Quand une particule de type électron interagit avec la matière, ceci se fait soit avec les électrons de l atome, soit avec le noyau atomique. Si l interaction a lieu avec un électron de l atome, il y aura soit excitation, soit ionisation de ce dernier en fonction de l énergie transférée. Si l interaction a lieu avec un noyau, il y aura freinage de la particule par le noyau et production d un X dit de freinage tel que dans le tube à Rayon X. Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris 1988 Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Medecine sciences Flammarion Paris 3ed 2004 Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 Utiliser le site et ses divers lien vers le site des enseignants de biophysique pour les divers programmes de biophysique des facultés de médecine Françaises. INTERACTION DES RAYONNEMENTS AVEC LA MATIERE 2 : INTERACTION DES RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES (X, Γ) AVEC LA MATIERE. Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologie, pharmaceutique et médico sanitaire, option radiologie. Faisant suite au cours sur l interaction des particules chargées (électrons) avec la matière, ce cours aborde l interaction des rayonnements X et γ avec la matière. Interaction dont la spécificité se trouve dans le fait que les rayonnements X et γ sont non corpusculaires, indirectement ionisant et les plus utilisés en médecine. Objectifs: 1. classer les rayonnements ionisants en rayonnements directement ionisants et indirectement ionisants 2. donner les différents principes d interaction des rayonnements X et γ avec la matière. 3. en déduire les applications pratiques de ces interactions en Imagerie médicale et en Radiothérapie 5

6 Plan: - Classification des rayonnements ionisants en directement ionisants et indirectement ionisants - Principaux mécanismes physiques d interactions entre un rayonnement X ou γ avec la matière Effet photoélectrique (absorption totale) Effet Compton (absorption partielle) Création des paires ou matérialisation - Commentaires et discussions sur les conséquences des mécanismes physiques D interaction sur l atténuation, l absorption, la transmission et la diffusion des rayonnements X et γ par la matière. Résumé: Les rayonnements X et γ sont atténués, absorbés, transmis et diffusés par l addition des effets photoélectrique (absorption totale),effet compton (absorption partielle),création des paires (matérialisation) ou alors diffusion Reileight etc La sommation de ces processus permet soit d obtenir une image,soit de traiter par les rayonnements ionisants Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris 1988 Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Medecine sciences Flammarion Paris 3ed 2004 Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 Utiliser le site et ses divers lien vers le site des enseignants de biophysique pour les divers programmes de biophysique des facultés de médecine Françaises. DETECTION DES RAYONNEMENTS IONISANTS Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médico sanitaire, option radiologie. Ce cours est destiné à donner à l étudiant les principes de base de la détection d un rayonnement ionisant, la classification des types de détecteurs possibles et la nomenclature des détecteurs les plus utilisés actuellement ainsi que ceux d avenir. Objectifs: 1. définir les principes de fonctionnement des différents détecteurs des rayonnements ionisants. 2. classer les détecteurs actuellement connus suivant le principe de fonctionnement 3 donner quelques domaines d utilisation de ces détecteurs en médecine Plan: - Généralités sur la détection des rayonnements ionisants Principe de fonctionnement d un détecteur à rayonnement ionisant et classification des détecteurs - Principaux détecteurs de rayonnements ionisants Détecteurs à ionisation + détecteur à ionisation d un gaz + détecteur à ionisation d un solide + détecteur à ionisation d une émulsion photographique (le film radiologique) Détecteurs à excitation (les scintillateurs) + scintillateurs solides + scintillateurs liquides La détection des rayonnements ionisants se fait soit par des détecteurs à ionisation, soit par des détecteurs à excitation. Les détecteurs à ionisation peuvent être des détecteurs à ionisation d un gaz (chambre à ionisation, compteur proportionnel ou Geiger Müller), auxquels il faut ajouter le film radiologique qui est un détecteur à ionisation d une émulsion photographique, le plus vieux détecteur. Les détecteurs à excitation sont les scintillateurs surtout solides utilisés dans la Gamma Caméra et le scanner X. 6

7 - Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Medecine sciences Flammarion Paris 3ed Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 Utiliser le site et ses divers lien vers le site des enseignants de biophysique pour les divers programmes de biophysique des facultés de médecine Françaises. PRODUCTION DES RAYONS X Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologie, pharmaceutique et médico sanitaire, option radiologie. Faisant suite au cours sur l interaction électrons/noyau atomique, qui a montré l obtention théorique du RX de freinage. Ce cours étudie les aspects pratiques de la production des rayons X telle qu elle se passe dans un tube à rayons X. 1. définir les X de freinage et les X de transition électronique. 2. décrire les spectres théoriques et pratiques des rayons dans un tube à rayons X. 3. faire un schéma général d un tube à rayons X. 4. décrire le fonctionnement d un tube à rayons X, le rôle de chaque élément constitutif et les limites imposés par la technologie. - Principes physiques qui génèrent les rayons X RX de freinage RX de transition (X caractéristiques) - Spectres des rayons X Spectre théorique Spectre pratique - Schéma annoté d un tube à Rayons X - Fonctionnement d un tube à Rayons X Les Rayons X utilisés en Radiologie sont produits dans un tube à Rayons X dans lequel : des électrons émis par une cathode sont accélérés par une haute tension variable pour être freiné par les noyaux gros d une cible généralement en Tungstène. Les rayons X issus de ce freinage prennent une direction privilégiée pour sortir du tube après filtrage. Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris 1988 Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Medecine sciences Flammarion Paris 3ed 2004 Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 Utiliser le site et ses divers lien vers le site des enseignants de biophysique pour les divers programmes de biophysique des facultés de médecine Françaises. Visiter un service de Radiologie ANALYSE COMPARTIMENTALE 1 : INTRODUCTION A L ANALYSE COMPARTIMENTALE Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médico sanitaire, option radiologie). Ce cours introduit le concept de compartiment dans un organisme en Biologie animale en général et chez l homme en particulier chez qui il existe des compartiments anatomiques, physiologiques et même métaboliques. Le cours est axé spécialement sur la position du problème et les définitions des termes et concepts. OBJECTIFS: A la fin du cours l étudiant doit être 1. définir la notion de compartiment dans un organisme humain 2. donner les divers objectifs d une analyse compartimentale en Biologie et en médecine 7

8 3. donner les définitions de tous les termes liés à une analyse compartimentale - Exemples de compartiments en : Biochimie Pharmacologie Hormonologie Hématologie - Définition compartiments autres définitions La physiologie du corps humain fonctionne sous forme de compartiments qui peuvent avoir une forme anatomique ou pas. Il peut s agir d un métabolisme, de la pharmaco cinétique d un médicament, de la production de cellules sanguines etc. le contenu de chaque compartiment reste constant dans l état normal alors qu il y a des échanges perpétuels entre les divers compartiments. L étude de cette homéostasie se fait par l analyse compartimentale à l aide des termes comme : substance tracée, substance traceuse, état stationnaire, constante de renouvellement. Bibliographie: Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris 1988 Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Medecine sciences Flammarion Paris 3ed 2004 Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 Modalité d évaluation Utiliser le site et ses divers lien vers le site des enseignants de biophysique pour les divers programmes de biophysique des facultés de médecine Françaises. ANALYSE COMPARTIMENTALE 2: ETUDES DE QUELQUES SYSTEMES COMPARTIMENTAUX Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médico sanitaire, option radiologie. Ce cours qui vient après celui sur l introduction à l analyse compartimentale se focalise sur l étude théorique de quelques systèmes compartimentaux simples tels : le système compartimental à un compartiment fermé, système à un compartiment ouvert et l étude du système compartimental à deux compartiments ouverts ainsi que leur modélisation. Objectifs: 1. décrire l étude par un modèle d un compartiment fermé et son application à la détermination du volume globulaire sanguin 2. décrire l étude pour un modèle d un compartiment ouvert et son application à la détermination de la clearance rénale 3. décrire les paramètres intervenant dans l étude par un modèle d un système compartimentale à 2 compartiments ouverts. Plan: A. Etude d un compartiment fermé : équation de détection B. Etude d un système à un compartiment ouvert : détermination de la clearance rénale C. Etude d un système à 2 compartiments ouverts L étude du comportement de n importe quelle substance dans un compartiment donné se fait par l utilisation de la même substance, mais qui possède un signal permettant de la suivre. Ainsi on évalue le volume globulaire sanguin en utilisant des globules rouges marqués à l Indium 111 ou au Technétium 99m et en considérant l organisme entier comme un compartiment fermé. Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris 1988 Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Medecine sciences Flammarion Paris 3ed 2004 Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 ANALYSE COMPARTIMENTALE 3: LES COMPARTIMENTS LIQUIDIENS DE L ORGANISME HUMAIN Cible : 8

9 Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médico sanitaire, option radiologie. Ce cours est un exemple physiologique en analyse compartimentale. Il donne à l étudiant un exemple pratique de compartiments avec leur contenu et les divers échanges entre ces compartiments liquidiens de l organisme. Objectifs: 1. donner les divers compartiments liquidiens de l organisme humain 2. décrire leur composition stock hydrique solutés (substances neutres et ions) 3. décrire les divers échanges entre ces compartiments Plan: A. Compartiments hydriques de l organisme humain a. Classification B. Composition des compartiments liquidiens de l homme a. Stock hydrique b. Solutés neutres c. Ions C. Mécanisme des échanges entre compartiments hydro électrolytiques chez l homme L eau et les solutés de l organisme de l homme sont repartis en compartiment intracellulaire,et compartiment extracellulaire, lui même divisé en compartiment plasmatique (vasculaire) et compartiment interstitiel. Chacun de ces compartiments contient une quantité déterminée de solutés qu elles soient neutres ou ioniques. Cette homéostasie est primordiale pour la santé. BIBLIOGRAPHIE : Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris 1988 Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Medecine sciences Flammarion Paris 3ed 2004 Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 LES FONCTIONS SENSORIELLES ; SON EN AUDITION Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médico sanitaire, option radiologie. Ce cours est introductif à la biophysique sensorielle. Il présente en premier lieu l aperçu général de toutes les fonctions sensorielles avec leur chaîne identique qui part du message physique à la sensation en passant par la transduction Ensuite il aborde la notion de son comme message physique en audition. 1. donner la définition d une chaîne sensorielle et ses divers maillons dans l ordre 2. donner les maillons qui composent la chaîne sensorielle auditive 3. donner toutes les caractéristiques d une vibration acoustique audible (son) d importance à l analyse d un son par la chaîne auditive Plan: La chaîne sensorielle générale o message physique recueil transduction interprétation La chaîne sensorielle auditive La vibration acoustique (son) o Notion d ébranlement o Propriétés physiques du son o Propriétés physiologiques du son Résumé: Toutes les fonctions sensorielles renseignent l homme sur son environnement. Chacune d entre elles part d un message physique bien caractéristique passe par un organe de recueil, ensuite un organe transducteur qui génère un potentiel d action qui à son tour est transmis au centre nerveux sensoriel concerné pour interprétation. La fonction auditive commence par une vibration acoustique audible, recueillie par l oreille externe et moyenne, et transformée en potentiel d action transmis pour interprétation par le nerf auditif aux aires 41, 42 de Brodman. Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris

10 Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Medecine sciences Flammarion Paris 3ed 2004 Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 AUDITION 2 : CHAINE AUDITIVE Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médico sanitaire, option radiologie. A la suite du cours sur le message physique en audition, ce cours décrit schématiquement la chaîne sensorielle auditive. Après il passe en revue le cheminement du son à travers tous les maillons de la chaîne auditive en précisant le rôle joué par chaque maillon dans l analyse, le codage, la transmission et l interprétation du son. 1. décrire à l aide des schémas annotés tous les maillons de la chaîne auditive 2. donner le rôle joué par chaque maillon, jusqu à l interprétation cérébrale Constitution de la chaîne auditive - Organe de recueil oreille externe oreille moyenne - Organe de transduction : oreille interne (cochlée) - Organe de transmission : nerf auditif (VIII e paire) - Organe d interprétation : aires 41,42 de Brodman Rôle des maillons de la chaîne auditive - Oreille externe - Oreille moyenne - Oreille interne - Nerf auditif - Aires 41,42 de Brodman Dans l audition humaine, une vibration acoustique audible est recueillie et amplifiée par l oreille externe, transmis à l oreille interne par l oreille moyenne qui assure l adaptation d impédance et la protection de l oreille interne contre les sons de grande intensité. L oreille interne ou cochlée, transforme la vibration acoustique en potentiel d action parfois codé qui est transmis aux aires 41,42 parasylviennes auditives de Brodman pour interprétation qui aboutit à la sensation auditive. - Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Medecine sciences Flammarion Paris 3ed Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 PRINCIPALES EXPLORATIONS FONCTIONNELLES DE L AUDITION Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médico sanitaire, option radiologie. Ce cours le dernier pour l étude de la fonction auditive introduit les différentes explorations fonctionnelles en cas de pathologie auditive. Objectifs: 1. citer les divers types de surdités ou d hypoacousies en fonction de l atteinte supposé d un maillon de la chaîne auditive. 2. décrire succinctement les différentes méthodes biophysiques d explorations subjectives et objectives de chaque maillon de la chaîne auditive. - - Classification des surdités et des hypoacousies surdité de perception surdité de transmission surdité rétro cochléaires surdité centrale - Explorations fonctionnelles dans l audition Explorations subjectives Explorations objectives Une hypoacousie ou surdité intervient dès lors qu un maillon de la chaîne auditive est atteint. 10

11 Suivant la position de ce maillon dans la chaîne auditive on distingue des surdités de perception (cochlée), de transmission (oreille externe et moyenne), rétro cochléaire (voies auditives) et centrales (centres nerveux). L exploration en cas de surdité se fera en étudiant la conduction aérienne ou la conduction osseuse. L exploration peut être objective ou subjective. Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris 1988 Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Médecine sciences Flammarion Paris 3ed 2004 Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 VISION 1 : MESSAGE PHYSIQUE ; L ONDE ELECTROMAGNETIQUE DU VISIBLE Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médico sanitaire, option radiologie. Ce cours sur la vision étudie le message physique qui est à l origine de la vision c'est à dire le photon lumineux visible. Celui ci doit être replacé dans l ensemble des ondes électromagnétiques ou on retrouve : les ondes TV, les Infrarouges, les ultra violets et les rayons X et γ 1. décrire une onde électromagnétique en général 2. donner ses caractéristiques physiques 3. classer les ondes électromagnétiques en fonction de leurs énergies et de leur longueur d onde, en insistant sur la position du photon lumineux du visible dans cette classification. Plan: o Rappel sur les phénomènes périodiques L onde électromagnétique o définition o dualité onde/corpuscule Paramètres d un photon o l énergie o la longueur d onde classification des ondes électromagnétiques Résumé: La chaîne sensorielle usuelle fonctionne grâce à son message physique qui est le photon lumineux visible de longueur d onde λ compris entre 0,4μm et 0,8 μm, pour des énergies transportées variant entre 1,5 et 3 électron volt environ. Contrairement aux autres ondes électromagnétiques. (Ondes Radio, infra rouge, ultra violet, RX et Rγ). L homme peut voir grâce aux énergies des photons du visible qui ont des énergies capables d être absorbées par les molécules des pigments visuels rétiniens (Rhodopsine, cyanolobe, erythrolobe etc.). Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris 1988 Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Médecine sciences Flammarion Paris 3ed 2004 Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 Utiliser le site et ses divers lien vers le site des enseignants de biophysique pour les divers TITRE: VISION 2 : CONSTITUTION ET FONCTIONNEMENT DE LA CHAINE SENSORIELLE VISUELLE Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médicosanitaire, option radiologie. A la suite du cours sur le message physique de la vision, celui ci donne à l étudiant la constitution schématique de la chaîne visuelle à partir du globe oculaire jusqu à l aire visuelle occipital pour lui permettre de comprendre par la suite le rôle joué par chaque élément dans le processus visuel. Objectifs: 1. décrire à l aide de schémas annotés, tous les éléments constitutifs de la chaîne visuelle : du globe oculaire à l aire visuelle occipital. 11

12 2. décrire tous les processus d optique géométriques mis en jeu pour la formation de l image sur la rétine 3. décrire le principe de transduction de l énergie lumineuse de l image en énergie chimique et en potentiel d action par les cellules visuelles à bâtonnet et à cône. 4. donner tous les facteurs intervenant dans l interprétation pour aboutir à la sensation de vision non colorée et de vision colorée. - Constitution de la chaîne visuelle Le globe oculaire et son système de lentilles La rétine : organe de transduction Le nerf optique et le centre visuel occipital - Rôle des éléments de la chaîne visuelle - L iris et son rôle de protection - Les lentilles ou dioptres de l œil (optique géométrique) - La rétine, les voies optiques et le centre visuel Les rayons lumineux du visible qui réfléchissent sur un objet pénètrent dans le globe oculaire par la pupille qui joue le rôle de diaphragme. Le système des lentilles ou dioptres de l œil (cornée, cristallin etc.) par un jeu d optique géométrique dont l accommodation cristalline projette l image de l objet sur la rétine. A ce niveau les cellules visuelles à bâtonnet pour la vision non colorée et les cellules visuelles à cône pour la vision colorée transforment l énergie lumineuse en potentiel d action qui sera transmis au centre occipital par le nerf optique. Bibliographie: Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris 1988 Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Medecine sciences Flammarion Paris 3ed 2004 Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 BIOPHYSIQUE DE LA CIRCULATION SANGUINE : NOTION DE DYNAMIQUE DES FLUIDES PARFAITS Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologique, pharmaceutique et médicosanitaire, option radiologie. Ce cours est le premier des deux cours sur l application des lois physiques de la Rhéologie à la circulation sanguine chez l homme. Il rappelle à l étudiant des notions physiques d intérêt comme la pression, la loi fondamentale de l hydrostatique et la notion de débit. Ensuite les conséquences médicales de ces notions telles que la tension artérielle, la conservation du débit sanguin et l équation de Bernoulli. 1. définir : - la Rhéologie - la pression et ses unités - la loi fondamentale de l hydrostatique - la notion de débit d écoulement 2. établir les conséquences médicales des notions ci dessus, notamment en ce qui concerne : - la tension artérielle - la concentration du débit sanguin - les facteurs physiques intervenant dans la circulation sanguine Résumé: Les lois physiques de la dynamique des fluides parfaits sont à la base de la circulation sanguine chez l homme. Dans ces lois interviennent les notions de pression (tension artérielle), le principe fondamental de l hydrostatique de Blaise Pascal sans oublier l influence de la force de gravitation universelle et de la pression due à l effet dynamique. La résultante de ces forces aboutit soit à un débit cardiaque, soit à un retour veineux physiologique ou pathologique. Bibliographie: Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris 1988 Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Medecine sciences Flammarion Paris 3ed 2004 Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 Pr Alain Georges Juimo, Service de radiologie HGY, a_gjuimo@yahoo.fr 12

13 BIOPHYSIQUE DE LA CIRCULATION SANGUINE : NOTION DE DYNAMIQUE DES FLUIDES VISQUEUX Cible : Etudiants du niveau L 1 des filières médicales, médico odontologie, pharmaceutique et médicosanitaire, option radiologie. A la suite du cours sur la dynamique des fluides parfaits, ce cours introduit la notion de viscosité car le sang n est pas un fluide parfait. Le cours sera centré sur l étude de la loi de Poiseuille et son application su r le débit sanguin, la régime d écoulement. 1. définir la notion de viscosité comme facteur de résistance à l écoulement 2. énoncer la loi de Poiseuille et la perte de charge ou de pression qui en découle, ainsi que les facteurs qui y interviennent 3. définir les types de Régimes d écoulement connus : - régime laminaire - régime turbulent - quelques régions physiologiques - la pression artérielle et les bruits de Korotkov Résumé: Le sang est un fluide visqueux dans lequel l écoulement fait intervenir des forces de frottement responsables d une perte de pression au fur et à mesure qu on s éloigne du cœur dans les artères. Le débit sanguin en un point donné sera fonction de la pression, du diamètre vasculaire, de la situation de ce point par rapport au cœur et de la viscosité. Il existe 2 types de régime d écoulement le régime laminaire physiologique et le régime turbulent. Bouyssy A., Davier M., Gatty.B. Physique pour les Sciences de la vie, BELIN, DIA Université Paris 1988 Aurengo A., Petitclerc T., Gremy F. Biophysique au PCEM Medecine sciences Flammarion Paris 3ed 2004 Muncaster R. A.level physics ELBS edition AVON (GB) 1987 FORMATION DE L IMAGERIE RADIOLOGIQUE CONVENTIONNELLE (LOIS DE PROJECTION, AGRANDISSEMENT, DEFORMATION, CONTRAINTES) : Cible : étudiants du niveau L1 des filières médecine, médecine dentaire, pharmacie, sciences biomédicales et médicosanitaires (option radiologie et imagerie médicale). cette leçon qui fait suite aux enseignements de biophysique médicale, présente les notions de base (lois, concepts et éléments de physique technologique) indispensables à la compréhension des applications des rayons X dans la radiologie conventionnelle. Pré requis : connaissances de base de l enseignement secondaire, enseignements de biophysique L1 à la fin de cet enseignement, l étudiant doit être 1. énoncer les lois, concepts et les éléments de physique technologique indispensables en radiologie conventionnelle. 2. Expliquer la formation d une image radiographique (IR) 3. Énoncer la loi d agrandissement d une IR 4. Expliquer le principe du flou des contours d une IR 5. Énoncer les facteurs de tonalité d une IR Généralités 1. Formation géométrique de l IR 2. Tonalités et flous de l IR 3. Facteurs et contraintes dans la formation de l IR Résumé et points clés: La formation physique de l IR résulte de la propagation rectiligne des RX et de l atténuation différentielle de l intensité du rayonnement par les organes traversés. La formation de l image est une projection par un faisceau de RX d un volume de forme et de structure complexes; elle est régie par des lois connues comme les «lois de l optique radiologique». L IR d un objet placé dans un faisceau de RX est la base d un cône passant par l objet dont la source est le sommet. 13

14 L IR est constituée par les ombres portées des organes de structure et de transparence différentes d où la superposition sur le plan du récepteur. Le faisceau de RX, traverse l objet et après avoir subi l atténuation sélective avant d atteindre le récepteur et se propage en ligne droite. L image est porteuse de 4 types de flous : géométrique, cinétique, de réception et du rayonnement diffusé. La tonalité de l IR est liée aux facteurs anatomiques et les tonalités de base sont celles de l air, l eau, du squelette et de la graisse. Les autres facteurs de tonalité sont d ordre physique, photographique et électronique. Les principaux facteurs et contraintes de l IR sont la source de RX, le faisceau de RX, l objet et le détecteur. Utiliser les sites suivants : pour les définitions et applications ; et ses liens vers les enseignements de biophysique ; et ses liens vers le site pour les bases physiques de l imagerie médicale Modalités d évaluation : Utiliser les sites suivants : pour les définitions et applications ; et ses liens vers les enseignements de biophysique ; et ses liens vers le site pour les bases physiques de l imagerie médicale FORMATION DE L IMAGERIE RADIOLOGIQUE CONVENTIONNELLE LES DETECTEURS (FILMS, AMPLIFICATEUR DE BRILLANCE) Cible : étudiants du niveau L1 des filières médecine, médecine dentaire, pharmacie et sciences biomédicales (option radiologie et imagerie médicale) cette leçon qui fait suite aux enseignements de biophysique médicale, présente les notions de base (lois, concepts et éléments de physique technologique) indispensables à la compréhension des applications des rayons X dans la radiologie conventionnelle. à la fin de cet enseignement, l étudiant doit être 1. énoncer les lois, concepts et les éléments de physique technologique indispensables en radiologie conventionnelle. 2. Citer deux types de détecteur de l image radiographique 3. Énoncer les caractéristiques d un détecteur 4. Expliquer les éléments déterminant le choix d un détecteur Généralités 1. Détection de l image radiante 2. Image dynamique Les différents types de détecteurs de l image radiante sont décrits et analysés selon leurs principes, avantages et limites. L image radiante, résultat de l atténuation différentielle du faisceau RX par le sujet doit être rendue visible à l observateur, de façon fugitive ou de façon permanente. Le médecin a besoin d un document pour analyse et exploitation diagnostique. Ce document doit être communicable et/ou archivable. Les détecteurs ou récepteurs transforment l image radiante, de manière directe ou indirecte, en image physique visible pour l œil humain. Les trois principaux types de détecteurs sont l écran de radioscopie, le film radiographique ou couple écran film et l amplificateur de brillance (AL) avec ses détecteurs associés. L amplificateur de brillance est un tube image (électronique) permettant de multiplier d un facteur 5 à l énergie lumineuse visible pour une même dose de RX incidents % radioscopie classique. Il permet une diminution de la dose utile de 3 à 4 fois tout en permettant d accroître la luminance de 5 à fois). Un AL est caractérisé par son gain, son facteur de conversion, son champ d entrée nominal, sa résolution (définie comme la dimension du plus petit détail qu il est possible de discerner dans l image de l écran secondaire et exprimée en paires de lignes/cm), sa sensibilité de détection, ses facteurs de contraste, ses facteurs de bruit efficacité de détection quantique, sa rémanence et sa fonction de transfert de modulation (FTM). La FTM traduit la variation en % du contraste de l image de deux détails distincts en fonction de leur fréquence spatiale (en pl/cm) ou de la dimension des détails; deux points de référence: point d inflexion A: le transfert de contraste ne se fait plus à 100% ; point d inflexion B ou fréquence de coupure qui correspond au plus petit objet identifiable. Utiliser les sites suivants : pour les définitions et applications ; et 14

15 ses liens vers les enseignements de biophysique ; et ses liens vers le site pour les bases physiques de l imagerie médicale Modalités d évaluation : Utiliser les sites suivants : pour les définitions et applications ; et ses liens vers les enseignements de biophysique ; et ses liens vers le site pour les bases physiques de l imagerie médicale ASPECTS MATÉRIELS DU TRAITEMENT DE L'INFORMATION UE : INF 112 Cible : étudiants du niveau L1, L2 ou L3 de la filière études médicales, pharmaceutiques, dentaires ou médicosanitaires Depuis plusieurs années, l on note à la FMSB une prise en charge médiocre des étudiants due à des effectifs en augmentation croissante, contrastant avec des ressources limitées en termes de capacités d accueil, ressources documentaires, enseignants de qualité. La pédagogie numérique est une bonne réponse à ces problèmes. Pour cela, tous les étudiants doivent être familiarisés avec l usage des NTIC. Le premier de cette série de cours vise à initier l étudiant aux aspects matériels Objectifs À la fin du cours, l étudiant doit être 1. Expliquer les trois fonctions d l ordinateur 2. Décrire la structure et le fonctionnement des principaux composants des ordinateurs 3. citer et indiquer l usage des différents périphériques Plan A. Les fonctions d'un ordinateur B. Structure d un ordinateur 1. Unité de base 2. périphériques Résumé Un ordinateur est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des données sous forme binaire. Ses fonctions principales sont : calculer, gérer des données, communiquer. Un ordinateur est constitué de 2 parties : le «hardware» ou ensemble des éléments matériels de l'ordinateur et le «software» ou ensemble de programmes et logiciels qui permettent à l ordinateur de fonctionner. L ordinateur manipule une information digitale alternative appelée bit ou digit : il y a ou il n'y a pas de courant dans un fil électrique. Conventionnellement ces états sont notés 1 et 0. Les informations complexes se ramènent à un ensemble de bits grâce aux techniques de codage L ordinateur est en règle composé d une unité centrale (ensemble composé du boîtier et des éléments qu'il contient) et de périphériques (éléments externes à l'unité centrale). L unité centrale est composée d un châssis avec une alimentation électrique. À l intérieur du châssis se trouve le circuit électronique principal appelé carte mère sur laquelle sont branchés différents composants comme : le processeur, les bus, le chipset, les cartes mémoires et les connecteurs d entrée sortie. Les périphériques sont des composants physiques qui ne font pas partie du cœur, mais qui permettent de réaliser les deux autres fonctions de l'ordinateur : la gestion des données et la communication. Certains périphériques sont internes (cartes réseau ou graphiques intégrées) et d autres externes (clavier, souris, écran...). Les périphériques (appelés interfaces réseau) qui permettent la communication avec d'autres ordinateurs sont : le modem, la carte réseau filaire, la carte réseau sans fil. D autres périphériques appelés périphériques d'entrée/sortie permettent la communication avec l'utilisateur : clavier, souris, écran, imprimante, microphone, hauts parleurs, appareil photo,. Les périphériques de gestion des données ont pour fonction le stockage des données non en cours d utilisation. Il y en a trois catégories : les mémoires de masse (disque dur), accessibles en lecture et écriture ; les mémoires de stockage (lecteur ou graveur de CD et de DVD, lecteur de bandes magnétiques), uniquement destinés à des archivages durables et les périphériques de stockage sur supports moins fiables, mais qui permettent de transférer des données d'un ordinateur à un autre (clé USB, lecteur de disquettes). 15

16 Bibliographie 1. C2I NIVEAU 1 Modalités de l évaluation Conseils Faire l autoformation du C2I Niveau 1 INFORMATIQUE ET IMAGERIE MEDICALE IMAGE NUMERIQUE (MATRICE, RESOLUTION SPATIALE, CONTRASTE, ARCHIVAGE) Cible : étudiants du niveau L1 des filières médecine, médecine dentaire, pharmacie et sciences biomédicales (option radiologie et imagerie médicale) cette leçon qui fait suite aux enseignements de biophysique médicale, présente les notions de base (lois, concepts et éléments de physique technologique) indispensables à la compréhension des applications de l informatique en imagerie médicale. à la fin de cet enseignement, l étudiant doit être 1. Définir une matrice image 2. Énoncer les notions élémentaires de traitement de l image numérique 3. Expliquer le lien entre matrice image, résolution spatiale et contraste d une image numérique Rappels Informatique 1. Numérisation de l image 2. Traitement de l image numérique 3. Conservation des images numériques Les notions générales d image analogique et numérique sont décrites. L image numérique est la représentation matricielle sous forme d éléments images (pixel) correspondant à une caractéristique physique d un élément de volume (voxel). La conservation des données sous forme matricielle rend possible des opérations mathématiques connes comme «traitement d images» qui permettent des additions, des soustractions d images. La résolution de l image est variable selon la taille de la matrice. Les images numériques peuvent être conservées, archivées sur divers supports et/ou échangées via Internet avec ou sans compression. Dans les services d imagerie médicale, les images produites par différentes sources sont stockées, analysées et échangées grâce à des réseaux d images qui rendent possible le télédiagnostic. Les notions de base de la qualité d une image numérique sont décrites ainsi que sont données des explications sur la liaison entre résolution spatiale, image matricielle, résolution en densité. Utiliser les sites suivants : pour les définitions et applications ; et ses liens vers les enseignements de biophysique ; et ses liens vers le site pour les bases physiques de l imagerie médicale Modalités d évaluation : Utiliser les sites suivants : pour les définitions et applications ; et ses liens vers les enseignements de biophysique ; et ses liens vers le site pour les bases physiques de l imagerie médicale IMAGERIE ULTRASONORE (PHYSIQUE DES US, PROPRIETES, PRINCIPES DE PRODUCTION, ACTIONS BIOLOGIQUES DES US, TRANSDUCTEURS, AVANTAGES, EFFET DOPPLER) Cible : étudiants du niveau L1 des filières médecine, médecine dentaire, pharmacie et sciences biomédicales (option radiologie et imagerie médicale) cette leçon qui fait suite aux enseignements de biophysique médicale, présente les notions de base indispensables à la compréhension des applications des US en médecine et en échographie. à la fin de cet enseignement, l étudiant doit être 1. Décrire le mode de production des ultrasons (effet piézoélectrique) 2. Caractériser les utilisations des US en imagerie médicale 3. Décrire les interactions des US avec la matière 4. Énoncer le principe de formation de l image échographique 5. Énoncer le principe de l effet Doppler 16

17 Généralités 1. Physique des US 2. Production des US 3. Interaction des US avec la matière 4. Effet Doppler Les US produits par effet piézoélectrique (inverse) sont utilisés en médecine et imagerie médicale. L échographie est une technique d'imagerie utilisant le phénomène de réflexion des US par les tissus pour former une image de la région examinée. Ces ondes réfléchies sont recueillies par la même sonde puis numérisées, traitées, adressées et visualisées sur un moniteur. Un cristal piézo électrique soumis à un champ d'us convertit cette énergie en courant électrique. Soumis à un courant électrique, il émet des US. Cette propriété est due à un déplacement des charges électriques en réponse à une compression. Le cristal et son environnement constituent la sonde (ou transducteur). Les US sont des ondes mécaniques vibratoires, dont la fréquence est supérieure à Hz. Leur comportement est dû à leurs interactions avec le milieu de propagation. L US, onde sonore ou acoustique, onde de pression se propage dans un milieu élastique. Il s agit d un mode de propagation de l'énergie dans un milieu matériel sans transport de matière ; elle ne peut se faire dans le vide (à la différence des ondes électromagnétiques). Les caractéristiques de l onde, son amplitude de déplacement [a(x, t) (m)], sa vitesse de déplacement [u(x, t) (m/s)] et sa pression acoustique [p(x, t)(pa)] sont liées : p=z u; I=po/2Z où Z est l impédance. La célérité de l'onde acoustique est sa vitesse de propagation qui dépend uniquement du milieu. Le comportement d'un milieu matériel vis à vis des US est exprimé par une constante appelée impédance acoustique, Z qui dépend de la masse volumique et de la compressibilité du milieu i.e. son aptitude à reprendre sa forme originale après déformation. En chaque point, la pression acoustique varie selon la fréquence de l'onde US. L'énergie délivrée au tissu dépend de ces variations de pression qui soumettent les particules du milieu à des mouvements vibratoires. L intensité ultrasonore (I) est l'énergie qui traverse perpendiculairement l'unité de surface pendant l'unité de temps et est reliée à la pression acoustique. La sonde conditionne la qualité de l'image en étant à la fois un émetteur et un récepteur : elle transforme l'impulsion électrique en onde US puis convertit les informations US en signaux électriques. Les interactions des US avec les tissus biologiques qui concourent à la production de ces images sont la réflexion spéculaire, la réfraction, la diffusion. Les modes d imagerie sont A, B, TM, Doppler et Duplex. L effet Doppler se définit comme la capacité de particules en déplacement de réfléchir une onde US en modifiant la fréquence de l onde réfléchie de manière proportionnelle à sa vitesse et à l angle d incidence. Tout système d'échographie est formé de 3 éléments essentiels : unité de base, sondes, système de reproduction de l'image sur papier ou film. (1) Abrégé de Radiodiagnostic, Collection Masson Ed Monnier JP, Tubiana JM et al, 5 e édition ; (2) EDICERF 2003 ; (3) Echographie Collection Abrégés Masson, P. Bonnin et coll Modalités de l évaluation : Utiliser le site pour les définitions et applications et les sites et pour les ressources d enseignement du Collège des Enseignants de Radiologie de France. Visiter un service de radiologie pour voir les appareils et la réalisation des examens Pré requis : connaissances de base de l enseignement secondaire, enseignements de biophysique L1 IMAGERIE SCANOGRAPHIQUE (PRINCIPES, DENSITE TISSULAIRE, DETECTEURS, MODE SPIRALE, MULTI BARRETTES, PARAMETRES TECHNIQUES) Cible : étudiants du niveau L1 des filières médecine, médecine dentaire, pharmacie et sciences biomédicales (option radiologie et imagerie médicale) cette leçon qui fait suite aux enseignements de biophysique médicale, présente les notions de base (lois, concepts et éléments de physique technologique) indispensables à la compréhension des applications des rayons X dans la tomodensitométrie X. à la fin de cet enseignement, l étudiant doit être 1. Énoncer les principes généraux de la tomodensitométrie 2. Décrire de manière synoptique les éléments constitutifs d un scanographe X 17

18 3. Définir les différents modes d acquisition en tomodensitométrique 1. Principes Généraux 2. Éléments constitutifs 3. Notions Pratiques La tomodensitométrie introduit deux avancées: une haute résolution en contraste (0,5 1%), une présentation en coupes transverses qui permet de s affranchir des phénomènes de superposition et de sommation La tomographie par rayons X assistée par ordinateur (encore appelé tomodensitométrie ou scanographie) fut développée par G.M. Hounsfield et la première machine (scanner) utilisable sur site clinique fut installée en 1971 à Londres. Tête puis "corps entier" à partir de La scanographie= découverte la plus importante en radiologie depuis celle des rayons X par W.C. Roentgen en La tomographie axiale assistée par ordinateur (C.T.), ou scanographie, est basée sur la détection d'un faisceau de rayons X tournant autour du patient. Contrairement à la radiologie classique où le faisceau transmis est détecté et visualisé à l'aide d'un film ou d'un amplificateur de luminance, il est détecté électroniquement puis numérisé. L'image est ensuite reconstruite à l'aide d'un calculateur et visualisée. L'acquisition de plusieurs coupes adjacentes conduit à l'information tridimensionnelle. Pour un objet plus complexe composé de petits éléments de volume identiques mais de densités différentes on peut écrire : Σµi = (1/L).ln (Io/I) où µi est le coefficient d'atténuation linéique de l'élément i et L est la largeur de chaque élément volumique. La somme des coefficients d'atténuation linéique le long de cet objet peutêtre calculée. Ce processus constitue la mesure élémentaire en scanographie. Il nécessite un ensemble composé d'un tube à rayons X, d'un détecteur de référence pour la mesure de Io et d'un détecteur de mesure pour I. Les éléments constitutifs sont les systèmes de production détection des RX, le statif, le calculateur fait de processeurs et de logiciels permettant la reconstruction, la visualisation, le traitement et la reprographie des images. Les images sont acquises en modes séquentiel et/ou spiralé encore appelé hélicoïdal. Lorsque le système de détecteurs comporte plusieurs couronnes, on parle de scanner multicoupes. Après acquisition, les données brutes (valeurs de nombre scanographique Hounsfield par voxel) sont transformées en images visualisées selon un fenêtrage particulier. Les mêmes images peuvent être reconstruites en trois dimensions (MIP, MPR, SSD). Les notions générales de tomodensitométrie, mesure de la densité des éléments de volume avec reconstruction en coupes anatomiques sont décrits. Les composants d un tomodensitomètre sont décrits ainsi que leurs fonctions. Les notions telles que données brutes, visualisation, traitement d images sont également expliquées. Utiliser le site pour les définitions et applications et les sites et ses liens vers le site Modalités d évaluation : Utiliser le site pour les définitions et applications et les sites et ses liens vers le site IMAGERIE PAR RESONANCE MAGNETIQUE (PRINCIPES, MAGNETISME, RADIOFREQUENCE, RELAXATION, CARACTERISTIQUES DU SIGNAL) Cible : étudiants du niveau L1 des filières médecine, médecine dentaire, pharmacie et sciences biomédicales (option radiologie et imagerie médicale) cette leçon qui fait suite aux enseignements de biophysique médicale, présente les notions de base indispensables à la compréhension des applications de la résonance magnétique nucléaire en imagerie médicale. à la fin de cet enseignement, l étudiant doit être 1. Énoncer le principe de l IRM 2. Définir les temps de relaxation longitudinale et transversale 3. Décrire le signal RMN 4. Définir les notions de T1, T2, densité de protons Rappels sur le magnétisme 1. Le signal RMN 2. Les séquences de base 3. Les applications médicales de la RMN 18

19 L enregistrement du signal de précession d un proton d hydrogène placé dans un champ magnétique B0 et soumis à une onde de radiofréquence constitue la base de l imagerie par résonance magnétique. Les notions de relaxation longitudinale et transversale sont décrites à partir d explication sur les séquences d imagerie dite en écho de spin. Les bases physiques du signal d un tissu biologique sont expliquées. Utiliser le site pour les définitions et applications et les sites et Utiliser le site pour les définitions et applications et les sites et INTRODUCTION A LA SEMIOLOGIE RADIOLOGIQUE Cible : étudiants du niveau L3 des filières médecine cet enseignement constitue un rappel des principes généraux qui guide la démarche diagnostique en imagerie médicale. UE : SEM 315 Sémiologie radiologique 1 Pré requis : UE fondamentales du niveau L1 et L2 1. Comprendre et savoir décrire les étapes de la formation de l image selon les différentes techniques et leurs conséquences 2. Connaître la radio anatomie de chaque appareil selon les différentes techniques d imagerie employées. 3. Savoir décrire les circonstances de réalisation et de préparation, les risques, les contraintes et les indications de chaque type d examen. 4. A partir de la sémantique, usuelle des comptes rendus d imagerie, savoir reconnaître et comprendre la signification des éléments sémiologiques couramment utilisés. Généralités 1. les méthodes d imagerie médicale 2. la radio anatomie générale 3. la démarche diagnostique clinique et l imagerie médicale 4. la démarche diagnostique en imagerie médicale La radiologie conventionnelle avec et sans contraste, l échographie, le Doppler, la scanographie, l IRM et la Médecine Nucléaire constituent la gamme des technologies disponibles. A chacune de ces technologies correspond un aspect normal de l anatomie. L imagerie médicale constitue une discipline para clinique qui concourt de manière significative au diagnostic en pratique médicale. Le radio diagnostic est construit sur la reconnaissance de signes élémentaires dont le regroupement en syndromes associé aux données cliniques permet de formuler des hypothèses diagnostiques (positif, différentiel, gravité ). L évolution technologique dans les domaines de l information et de la communication a fait de l imagerie médicale un terrain d application de nombreuses innovations notamment les réseaux d images, la télé radiologie. Abrégé de Radiodiagnostic, Collection Masson Ed Monnier JP, Tubiana JM et al, 5 e édition Utiliser le site pour les définitions et applications et les sites et Utiliser le site pour les définitions et applications et les sites et Visiter un service de radiologie pour voir les appareils et la réalisation des examens. IMAGERIE ECHOGRAPHIQUE : FORMATION DE L IMAGE, ECHOGRAPHIE INTERPRETATION ET SEMIOLOGIE ECHOGRAPHIQUE DE BASE UE : SEM 315 Sémiologie radiologique 1 Pré requis : UE fondamentales du niveau L1 et L2 Cible : étudiants du niveau L3 du cycle des études médicales à la fin de cet enseignement, l étudiant devra être 1. décrire le mode de production des ultrasons et de manière synoptique un échographe 19

20 2. énoncer le principe de formation de l image échographique et des modes d image A, B, M, TM et Doppler 3. citer les indications et les modalités de réalisation d une échographie en pratique courante 4. décrire les éléments séméiologiques de base Plan du cours 1. Généralités sur les ultrasons (Définition, Mécanisme de production, Interactions des US avec la matière, Facteurs de l atténuation des US) 2. Appareillage échographique 3. Principe de production de l image échographique (Modes A, B, TM, Doppler, Duplex et Triplex) 4. Images élémentaires en échographie 5. Pratique d un examen échographique (Données cliniques, Choix de la sonde, Réglage de l électronique associée, Acquisition des coupes, Iconographie, Libellé du compte rendu) La composition synoptique d un échographe est décrite. Les modes d imagerie échographique A, B, TM, Doppler sont expliqués ainsi que leurs conditions de réalisation et place dans la démarche diagnostique. Sur la base des rappels de biophysique, les images élémentaires en échographie sont expliquées de même que la sémantique. La démarche de prescription, de préparation, de réalisation et d interprétation d un examen échographique est décrite. Abrégé de Radiodiagnostic, Collection Masson Ed Monnier JP, Tubiana JM et al, 5 e édition Abrégé d échographie, Collection Masson Ed Bonnin et al Utiliser le site pour les définitions et applications et les sites et Visiter un service d imagerie médicale pour voir comment sont réalisées les échographies. IMAGERIE SCANOGRAPHIQUE ET IRM: FORMATION DE L IMAGE, INTERPRETATION ET SEMIOLOGIE DE BASE UE : SEM 315 Sémiologie radiologique 1 Pré requis : UE fondamentales du niveau L1 et L2 Cible : étudiants du niveau L3 des filières médecine à la suite des précédents enseignements, les modalités pratiques de réalisation, les indications et les éléments séméiologiques sont présentés. 1. Comprendre et savoir décrire les étapes de la formation de l image selon les différentes techniques et leurs conséquences 2. Connaître la radio anatomie de chaque appareil selon les différentes techniques d imagerie employées. 3. Savoir décrire les circonstances de réalisation et de préparation, les risques, les contraintes et les indications de chaque type d examen. 4. A partir de la sémantique, usuelle des comptes rendus d imagerie, savoir reconnaître et comprendre la signification des éléments sémiologiques couramment utilisés. Généralités 1. méthodes d exploration TDM et IRM 2. éléments séméiologiques 3. principes d interprétation Après des rappels sur les principes généraux de la tomodensitométrie et de l IRM, les images élémentaires et la sémantique en scanographie et IRM sont décrits et expliqués. Les conditions de préparation et de réalisation d un examen scanographique et IRM sont présentées avec 3 modèles, la réalisation d un scanner cérébral et d un scanner abdominal et une IRM cérébrale. Les notions de signal et densité en unités Hounsfield, de prise de contraste iodé et paramagnétique, de scanner en mode spiralé et d imagerie multi détecteurs sont décrites. Les principales indications du scanner X et de l IRM en pratique médico chirurgicale courante sont abordées. Abrégé de Radiodiagnostic, Collection Masson Ed Monnier JP, Tubiana JM et al, 5 e édition Abrégé de Tomodensitométrie, Collection Masson Ed Doyon P et al 20