L’ image radiologique                               Jean-Marc NIGOUL                            Service de radiothérapie  ...
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Spectre d’émission des RXAu rayonnement de freinage, vient sajouter des raies correspondant àlémission caractéristique du ...
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Caractéristiques d’un tube RX – La cathodeLa cathode est 1 filament spiralé d’où sont émis les e- par unmécanisme de therm...
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Caractéristiques d’un tube RX – L’anode    Le foyerLe foyer thermique (ou foyer réel) qui correspond au point d’impactdes ...
Caractéristiques d’un tube RX – L’anodeLe foyer             DE Manipulateur - Limage radiologique   19
Caractéristiques d’un tube RX – L’anodeEffet talon de l’anodePhénomène d’autant plus important qu’on est en petit foyerdon...
Caractéristiques d’un tube RX – Le filtrePlacé contre la fenêtre de sortie de la gaine en verre, il permetd’homogénéiser l...
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L’alimentation d’un tube RX – Le générateurSon rôle est multiple, il doit:- appliquer une U (KV) au tube. La valeur et la ...
La console de contrôleLa console de contrôle permet à lopérateur dajuster les 3 paramètresdexposition radiographie : la te...
L’ image radiologique1)   Introduction2)   Formation de l’image radiante3)   Détection de l’image radiante4)   Critères de...
Phénomènes physique de base Tube RX                             Patient                          DétecteurProduction de ra...
Formation de l’image radianteAprès la traversée d’un milieu, le faisceau X est atténué et modifié enfonction des structure...
Formation de l’image radianteLimage radiante est formée par les différences datténuation dufaisceau de RX dans les milieux...
Formation de l’image radianteLe faisceau de rayons X est progressivement atténué lors de sonpassage à travers la matière.T...
L’image radiologiqueLes différences datténuation entre les régions sont responsables desdifférences de niveau de gris de l...
Interactions RX-matière        Le coefficient datténuation µ exprime la probabilité pour                   un photon de su...
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Interactions RX-matière        H2O                                                            Énergie (MeV)       Coeffici...
Interactions RX-matière  Effet photoélectrique- Absorption, par un atome, de la totalité de l’énergieE du photon incident....
Interactions RX-matièreEffet photoélectriqueLa probabilité dinteraction par un effet photoélectrique estproportionnelle à ...
Interactions RX-matièreEffet ComptonLe résultat de leffet Compton est :-une déviation avec une perte dénergie du RX,-la pr...
Interactions RX-matièreEffet ComptonLeffet Compton est prépondérant dans les tissus organiques avecdes rayons x de forte é...
Interactions RX-matièreEffet de la tension KV sur le contraste de l’image  Leffet photoélectrique est prépondérant aux bas...
Formation géométrique de l’imageL’image radiologique est une ombre projetée d’objets plus oumoins opaques aux RX.L’image r...
Formation géométrique de l’image – 1° règleLa projection forme une ombre qui est généralement plus grande que l’objet,c’es...
Formation géométrique de l’image – 2° règle  2 objets égaux (o) à des distances différentes du détecteur  et du foyer form...
Formation géométrique de l’image – 3° règleUne projection perpendiculaire agrandit mais ne modifie pas la formed’un objet ...
Formation géométrique de l’image – 4° règle1 objet dont le plan principal est oblique par rapport au plan dudétecteur est ...
Formation géométrique de l’image – 5° règle• 1 objet disposé perpendiculairement au plan du film, ou + exactementdans le s...
Formation géométrique de l’image – 5° règle• 2 objets superposés dans le sens de propagation des RX formeune ombre composi...
L’ image radiologique1)   Introduction2)   Formation de l’image radiante3)   Détection de l’image radiante4)   Critères de...
La détection de l’image radianteLe faisceau qui a traversé le sujet transporte une image radiante quisera visible par tran...
Différents systèmes avec amplificateur de luminanceA : système avec tube sous la tableB : système fixe à arceauC: systè...
DE Manipulateur - Limage radiologique   49
Détections des RX – Radioscopie  L’amplificateur de luminance Son rôle est double:   • Intercepter le fx RX et le convert...
Amplificateur de luminanceSon principe: Amplifier le signal par accélération et focalisation desélectrons                 ...
Détections des RX – RadioscopieLa fenêtre d’entrée 1 écran fluorescent constitué d’une couche de  phosphore qui transform...
Détections des RX – RadioscopieLa couche de phosphore  Plus elle est épaisse et meilleure est l’efficacité et moins on a ...
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L’ image radiologique part 2 cours du 11 09-2012

  1. 1. L’ image radiologique Jean-Marc NIGOUL Service de radiothérapie CHU La Timone Jeanmarc.nigoul@ap-hm.frDE Manipulateur deuxième année – année 2012-2013
  2. 2. Phénomènes physique de baseTube RX Patient DétecteurProduction de rayons X Formation de Formation de l’image radiante l’image radiologique Interactions Interactions Interactions électrons-matière photons-matière photons-matière DE Manipulateur - Limage radiologique 2
  3. 3. L’ image radiologique1) Production des RX2) Formation de l’image radiante3) Détection de l’image radiante4) Critères de qualité de l’image5) Facteurs déterminants l’exposition6) Conclusion DE Manipulateur - Limage radiologique 3
  4. 4. Production des RX• Généralités• Interactions électrons-matière : formation des RX• Tube RX DE Manipulateur - Limage radiologique 4
  5. 5. Les rayons X - Généralités RX = rayonnements électromagnétiques DE Manipulateur - Limage radiologique 5
  6. 6. Les rayons X - GénéralitésLa quantité dénergie (E) transportée par les rayonnementsélectromagnétiques est proportionnelle à la fréquence (ν) : E = h . ν = h . c/λLe facteur de proprortionnalité (h) est la constante de Planck (h=6,62 10-34 J.s).Lunité souvent utilisée pour quantifier lénergie des rayonnementsélectromégnétiques est le Kilo- ou le Méga-électronvolt (KeV ou MeV). DE Manipulateur - Limage radiologique 6
  7. 7. Les rayons X - GénéralitésLes rayonnements électromagnétiques >10 KeV sont des rayonnementsionisants et sont, à ce titre, considérés comme dangereux.Les examens dimagerie utilisant les rayons x (radiographie ettomodensitométrie) et les rayons γ (scintigraphie) sont accompagnés demesures de précautions et sont encadrés par une réglementationpermettant de limiter les risques pour la santé. DE Manipulateur - Limage radiologique 7
  8. 8. Formation des RXDeux mécanismes sont à lorigine de la formation des rayons x dans untube radiogène :le rayonnement de freinage (ou bremsstrahlung)lémission caractéristique.Dans les 2 cas: 1 flux délectron est lancé à grande vitesse sur une ciblematérielle. DE Manipulateur - Limage radiologique 8
  9. 9. Formation des RX – Rayonnement de freinageLe rayonnement de freinage = le mode principal de formation desrayons x en radiologie.L’e- passe à proximité du noyau et se trouve attiré par sa charge.Lélectron est dévié et ralenti. La perte dénergie engendrée seretrouve sous la forme de lémission dun ou de plusieurs rayons X. DE Manipulateur - Limage radiologique 9
  10. 10. Formation des RX – Rayonnement de freinageLénergie des rayons x dépend de 3 paramètres :1) Lénergie cinétique de lélectron,2) Lattraction du noyau, cest à dire sa charge (Z), et3) La distance entre lélectron et le noyau, qui est aléatoire.Les rayons X ainsi produits peuvent avoir toutes les énergies possibles entre 0 et lénergie cinétique des électrons. ⇒ Spectre continu DE Manipulateur - Limage radiologique 10
  11. 11. Formation des RX – Émission caractéristiqueLémission caractéristique = phénomène mineur dans la productiondes rayons x.L’e- incident vient percuter un e- (couche K) et parvient à léjecter.L’e- (couche L ou M) comble le vide. La différence dénergie de liaisonentre les 2 couches se retrouve sous la forme de lémission dun rayonX. DE Manipulateur - Limage radiologique 11
  12. 12. Formation des RX – Émission caractéristiqueLénergie de liaison des e- étant unique pour chaque couche et chaque atome,le spectre dénergie des RX émis est caractéristique de latome en question.Il sagit dune émission dont lénergie ne dépend que de latome constituant lacible. ⇒ Spectre de raies DE Manipulateur - Limage radiologique 12
  13. 13. Spectre d’émission des RXLa quantité de RX produits dans un tube dépend de : - la quantité d’e- lancés sur la cible, - de leur Ec (pour lémission générale) - de la taille du noyau.Latome utilisé dans la majorité des tubes radiogènes utilisés enradiodiagnostic est le Tungstène (W). La majorité des rayons x sont produitspar rayonnement de freinage. DE Manipulateur - Limage radiologique 13
  14. 14. Spectre d’émission des RXAu rayonnement de freinage, vient sajouter des raies correspondant àlémission caractéristique du Tungstène, car la cible est constituée deTungstène dans les tubes radiogènes classiques. DE Manipulateur - Limage radiologique 14
  15. 15. Caractéristiques d’un tube RXLe tube RX est composé dune cathode, responsable de lémission d’e-,dune anode, source de production des RX et dune enveloppe protectriceradiotransparente (gaine en verre ou en pyrex) assurant le vide, uneisolation électrique ainsi qu’une protection thermique. DE Manipulateur - Limage radiologique 15
  16. 16. Caractéristiques d’un tube RX – La cathodeLa cathode est 1 filament spiralé d’où sont émis les e- par unmécanisme de thermo-émission (effet EDISON). Les e- libérés parla haute T° sont soumis à une ddp et sont précipités sur lanodeavec une grande vitesse.Sur certains appareils, la cathode est composée de deux filamentsde taille différente (petit ou grand filaments). DE Manipulateur - Limage radiologique 16
  17. 17. Caractéristiques d’un tube RX – L’anodeLes e- accélérés viennent percuter la cible (anode) produisant ainsides RX. Sa surface de bombardement sappelle le foyer. Elle estgénéralement composée de tungstène car il a un numéro atomiqueélevé (Z=74), qui favorise le rendement, mais aussi une températurede fusion élevée (3410 degrés). Le rendement de production esttrès faible (1%) le reste de l’E se retrouve sous forme de chaleur.La surchauffe, dépend de la concentration en électrons sur lanodeet de leur énergie. DE Manipulateur - Limage radiologique 17
  18. 18. Caractéristiques d’un tube RX – L’anode Le foyerLe foyer thermique (ou foyer réel) qui correspond au point d’impactdes électrons sur le disque de l’anode.Le foyer optique (ou foyer virtuel) qui correspond à la projectiongéométrique du foyer thermique. Ils conditionnent la charge thermique et la définition de l’image DE Manipulateur - Limage radiologique 18
  19. 19. Caractéristiques d’un tube RX – L’anodeLe foyer DE Manipulateur - Limage radiologique 19
  20. 20. Caractéristiques d’un tube RX – L’anodeEffet talon de l’anodePhénomène d’autant plus important qu’on est en petit foyerdonc l’utilisation de grands champs n’est pas recommandée aupetit foyer. DE Manipulateur - Limage radiologique 20
  21. 21. Caractéristiques d’un tube RX – Le filtrePlacé contre la fenêtre de sortie de la gaine en verre, il permetd’homogénéiser l’énergie du faisceau X en éliminant les photons de tropfaibles énergies.Classiquement, pour des tensions de 60 à 120 kV, on préconise unefiltration d’environ 2 mm d’aluminium.Au delà de 120 kV, on préconise une filtration d’environ 2mm de cuivre etd’aluminium. DE Manipulateur - Limage radiologique 21
  22. 22. Caractéristiques d’un tube RX – Gaine plombée Enveloppe de protection (3 à 5 mm de plomb) Elle contient l’ensemble du tube et permet d‘en assurer une protection électrique, thermique (évacuation de la chaleur) et mécanique tout en assurant la protection des utilisateurs contre les rayonnements de fuite.Fenêtre de sortie pourles RX DE Manipulateur - Limage radiologique 22
  23. 23. L’alimentation d’un tube RX – Le générateurSon rôle est multiple, il doit:- appliquer une U (KV) au tube. La valeur et la forme de la HT détermine laqualité du rayonnement- chauffer la cathode pour obtenir l’ I (mA) désirée dans le tube- déterminer le temps d’application de la HT c-à-d l’exposition (s)- assurer la sécurité du tube, vérifier que les valeur de U, I et expositionsont acceptables pour le tube. DE Manipulateur - Limage radiologique 23
  24. 24. La console de contrôleLa console de contrôle permet à lopérateur dajuster les 3 paramètresdexposition radiographie : la tension (kV), lintensité (mA) et le temps de pose(ms). kV mA ms Quantité X X X Energie X DE Manipulateur - Limage radiologique 24
  25. 25. L’ image radiologique1) Introduction2) Formation de l’image radiante3) Détection de l’image radiante4) Critères de qualité de l’image5) Facteurs déterminants l’exposition6) Conclusion DE Manipulateur - Limage radiologique 25
  26. 26. Phénomènes physique de base Tube RX Patient DétecteurProduction de rayons X Formation de Formation de l’image radiante l’image radiologique Interactions Interactions Interactions électrons-matière photons-matière photons-matière DE Manipulateur - Limage radiologique 26
  27. 27. Formation de l’image radianteAprès la traversée d’un milieu, le faisceau X est atténué et modifié enfonction des structures rencontrées.Ce faisceau est aussi appelé image radiante. DE Manipulateur - Limage radiologique 27
  28. 28. Formation de l’image radianteLimage radiante est formée par les différences datténuation dufaisceau de RX dans les milieux traversés.Latténuation des rayons x par la matière organique varie en fonction:•de lépaisseur des objets,•de leur composition physique et chimique,•de lénergie des rayons x.De plus, un rayonnement secondaire diffusant dans toutes lesdirections se forme lors du passage du faisceau de RX dans lamatière, mais dégrade la qualité de limage. DE Manipulateur - Limage radiologique 28
  29. 29. Formation de l’image radianteLe faisceau de rayons X est progressivement atténué lors de sonpassage à travers la matière.Trois évènements peuvent se produire :•les rayons x traversent sans êtreaffectés : ces rayons forment lesparties les plus noires de limageradiographique (A)•les rayons x sont arrêtés : la proportionde rayons x arrêtés conditionne leniveau de gris visibles sur limageradiographique (B,C et D)•les rayons x sont déviés et forment lerayonnement diffusé qui forme un voileuniforme sur limage radiographique et ades conséquences sur la radioprotection. DE Manipulateur - Limage radiologique 29
  30. 30. L’image radiologiqueLes différences datténuation entre les régions sont responsables desdifférences de niveau de gris de l’image radiologique. Le différentieldatténuation est lié à la densité des objets et aux numéro atomique desatomes constituants. Eau Métal Os (tissus Graisse Air mous)Lintroduction de produits de contraste radiographiques ou lutilisationdautres méthodes dimagerie, permettent daméliorer la résolution encontraste. DE Manipulateur - Limage radiologique 30
  31. 31. Interactions RX-matière Le coefficient datténuation µ exprime la probabilité pour un photon de subir une interaction. Photon primaire  Photon diffusé Effetincidents  Photons Compton Absorption partielle dénergie  électron I0 I Effet Absorption totale dénergie photoélectrique électron MILIEU  • Épaisseur de milieu I = I0 exp (-  • Nature du milieu Z µ x)  • Énergie des photons DE Manipulateur - Limage radiologique 31
  32. 32. Interactions RX-matière E = Ea + Es• L’énergie perdue par le fx incident (atténuation) se retrouve sous deuxformes :- Une partie EA est absorbée par le milieu (Ec des e- secondaires).- Une partie ES est diffusée et sort de la matière dans une directiondifférente de la direction du faisceau initial (E des photonssecondaires). DE Manipulateur - Limage radiologique 32
  33. 33. Interactions RX-matière H2O Énergie (MeV) Coefficient d’atténuation linéique (cm-1) DE Manipulateur - Limage radiologique 33
  34. 34. Interactions RX-matière Effet photoélectrique- Absorption, par un atome, de la totalité de l’énergieE du photon incident.- Ejection d’ 1 e- de sa couche électronique (énergie deliaison W) qui a une Ec = E-W.- Ionisation de la couche à laquelle appartenait l’e-- Emission de photons de fluorescence. DE Manipulateur - Limage radiologique 34
  35. 35. Interactions RX-matièreEffet photoélectriqueLa probabilité dinteraction par un effet photoélectrique estproportionnelle à la densité du matériel et au cube du numéroatomique des atomes constituants. Les atomes de numéro atomiqueélevé, comme le plomb (Z = 82) arrêtent plus facilement les rayons Xpar un effet photoélectrique que les atomes de numéro atomiquefaible (carbone, hydrogène, oxygène, azote) composant la matièreorganique.Leffet photoélectrique est leffet principal dans les matièresorganiques lorsque les rayons x sont de relativement faible énergie.On considère que leffet photoélectrique est leffet majeur pour destensions inférieures à 70 kV. DE Manipulateur - Limage radiologique 35
  36. 36. Interactions RX-matièreEffet ComptonLe résultat de leffet Compton est :-une déviation avec une perte dénergie du RX,-la production dun électron-la production dun ion positif.La probabilité dinteraction par un effet Compton ne dépend que dela densité du matériel et ne dépend pas du numéro atomique. DE Manipulateur - Limage radiologique 36
  37. 37. Interactions RX-matièreEffet ComptonLeffet Compton est prépondérant dans les tissus organiques avecdes rayons x de forte énergie (tension > 100 kV).Le rayonnement diffusé ou secondaire provient du patient.La quantité de rayonnement diffusé augmente avec lénergie desrayons x et le volume irradié, cest-à-dire lépaisseurradiographiée et la taille du champ.Le rayonnement diffusé diminue le contraste de limage. DE Manipulateur - Limage radiologique 37
  38. 38. Interactions RX-matièreEffet de la tension KV sur le contraste de l’image Leffet photoélectrique est prépondérant aux basses tensions (50 - 70 kV) tandis que leffet Compton est prépondérant aux hautes tensions (>100 kV). Le contraste obtenu par leffet photoélectrique est relativement bon car il fait intervenir à la fois les différences de densité entre les milieux mais aussi les différences de numéro atomique. Lorsque la tension est basse (<70 kV) limage radiographique est plus contrastée que lorsque la tension est haute (>100 kV). Le contraste diminue progressivement lorsque la tension augmente. DE Manipulateur - Limage radiologique 38
  39. 39. Formation géométrique de l’imageL’image radiologique est une ombre projetée d’objets plus oumoins opaques aux RX.L’image radiologique est une représentation en deux dimensionsd’une épaisseur complexe.La conicité du faisceau RX et l’orientation du rayon directeurentraînent une déformation des structures radiographiées.Il en résulte une perte dinformation quant à la position(profondeur) et la forme exacte des objets. Une deuxième vue, prise la plupart du temps avec une incidence perpendiculaire à la première, est nécessaire pour évaluer la position et la forme des objets dans lespace. La projection de l’image radiologique obéit à des règles géométriques très simples. DE Manipulateur - Limage radiologique 39
  40. 40. Formation géométrique de l’image – 1° règleLa projection forme une ombre qui est généralement plus grande que l’objet,c’est l’agrandissement (distorsion de taille). I = O × ( fi / fif= distance foyer film o ) fo = distance foyer objet Mais en général : objet anatomique = plusieurs plans + ou – éloignés donc agrandissements ≠ DE Manipulateur - Limage radiologique 40
  41. 41. Formation géométrique de l’image – 2° règle 2 objets égaux (o) à des distances différentes du détecteur et du foyer forment des images inégales. Le plus éloigné du détecteur donne l’image la plus grande.I2 = O × ( fi / fo2 ) > I1 = O × ( fi / fo1 ) car fo2 < fo1 ⇒ Déformations DE Manipulateur - Limage radiologique 41
  42. 42. Formation géométrique de l’image – 3° règleUne projection perpendiculaire agrandit mais ne modifie pas la formed’un objet parallèle au plan du détecteur mais une projection obliquenon perpendiculaire au plan du capteur, modifie dans tous les cas laforme de l’objet (distorsion de forme). DE Manipulateur - Limage radiologique 42
  43. 43. Formation géométrique de l’image – 4° règle1 objet dont le plan principal est oblique par rapport au plan dudétecteur est déformé par la projection normale ou oblique. a: 2 cotés parallèles au film, b: aucun coté parallèle au film DE Manipulateur - Limage radiologique 43
  44. 44. Formation géométrique de l’image – 5° règle• 1 objet disposé perpendiculairement au plan du film, ou + exactementdans le sens de propagation des rayons donne une ombre (linéaire) àpeine discernable.• Pour rendre visible un tel objet, il faut faire une projection légèrementoblique, l’objet donne alors une ombre très déformée mais interprétable. DE Manipulateur - Limage radiologique 44
  45. 45. Formation géométrique de l’image – 5° règle• 2 objets superposés dans le sens de propagation des RX formeune ombre composite où les objets ne sont discernables que pardifférence d’opacité.• Par projection oblique les 2 objets peuvent être séparés; le +éloigné s’écarte en direction opposée à celle du foyer de RX. DE Manipulateur - Limage radiologique 45
  46. 46. L’ image radiologique1) Introduction2) Formation de l’image radiante3) Détection de l’image radiante4) Critères de qualité de l’image5) Facteurs déterminants l’exposition6) Conclusion DE Manipulateur - Limage radiologique 46
  47. 47. La détection de l’image radianteLe faisceau qui a traversé le sujet transporte une image radiante quisera visible par transformation et donnera l’image radiologique.La radioscopie permet de visualiser des images en temps réel (modedynamique).La radiographie permettant d’obtenir une image « figée » (modestatique) . DE Manipulateur - Limage radiologique 47
  48. 48. Différents systèmes avec amplificateur de luminanceA : système avec tube sous la tableB : système fixe à arceauC: système mobile à arceau AC B DE Manipulateur - Limage radiologique 48
  49. 49. DE Manipulateur - Limage radiologique 49
  50. 50. Détections des RX – Radioscopie L’amplificateur de luminance Son rôle est double: • Intercepter le fx RX et le convertir en photons lumineux (dans le domaine du visible) • Amplifier ou intensifier ce signal lumineux DE Manipulateur - Limage radiologique 50
  51. 51. Amplificateur de luminanceSon principe: Amplifier le signal par accélération et focalisation desélectrons DE Manipulateur - Limage radiologique 51
  52. 52. Détections des RX – RadioscopieLa fenêtre d’entrée 1 écran fluorescent constitué d’une couche de phosphore qui transforme les RX (20 à 120 keV) en photons lumineux (1,5 à 3 keV). 1 photocathode dans laquelle les photons lumineux libèrent des e-. Ces électrons sont libérés par effet photo-électrique. DE Manipulateur - Limage radiologique 52
  53. 53. Détections des RX – RadioscopieLa couche de phosphore  Plus elle est épaisse et meilleure est l’efficacité et moins on a besoin de dose  Mais on augmentera la diffusion des photons et donc on diminuera la résolution spatiale   Epaisseur comprise entre 300 et 450 µm  Afin d’augmenter l’efficacité de conversion le coefficient d’atténuation du phosphore d’entrée doit correspondre au spectre RX émis à la sortie du patient.  Choix actuel CsI:Na (absorption plus importante) DE Manipulateur - Limage radiologique 53

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