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PHYSIQUE DE L’IMAGERIE
INTERVENTIONNELLE
Principes de fonctionnement des appareils de
radioscopie et d’angiographie
Frédérique Piché, CHUM
Les entretiens vasculaires XXXI, 4 mai 2013
Plan de la présentation
1. Chaîne d’imagerie
2. Modes d’opération
3. Qualité d’image
Source : IAEA Radiation protection in cardiology, L 12: Examples of Good & Bad Radiation Protection Practice
1. CHAÎNE D’IMAGERIE
1. Production et émission de rayons X
2. Atténuation du faisceau dans le patient
3. Détection des photons et conversion
du signal en images
Production des rayons X : Générateur
• Alimente le tube à rayons X
• Contrôle les paramètres suivants :
• Tension du tube radiogène « kV »
• Courant du tube radiogène « mA »
• Temps d’exposition
• Dicte le mode d’opération utilisé :
• Radioscopie (continue / pulsée)
• Acquisition numérique (exposition unique / ciné)
• Permet le contrôle automatique de l’exposition
Production des rayons X : Tube radiogène
1. La cathode chauffée émet des
d’électrons (mA) :
↑ mA  ↑ débit d’électrons (é/s)
2. Les électrons sont accélérés par la
différence de potentiel entre la
cathode et l’anode (kV) :
↑ kV  ↑ énergie cinétique des é
3. L’anode est bombardée d’électrons,
ce qui se traduit par l’émission de
rayons X (photons RX) :
↑ énergie des é  ↑ énergie des RX
*IAEA, Radiation protection in diagnostic and interventional radiology L6 : X Ray production.
**IAEA, Radiation protection in cardiology L4 : X Ray production and angiography equipment.
*
**
Production des rayons X : Filtration
Fig: Effet du niveau de filtration sur le
spectre en énergie du faisceau de rayons X
Dans l’image :
1. Spectre émis par l’anode
2. Spectre à la sortie du tube
(filtration inhérente au tube)
3. Filtration additionnelle
Effet du filtre sur le faisceau :
• Modifie la quantité de photons
• Modifie le spectre en énergie
Pour une même énergie maximale,
on observe un décalage de l’énergie
moyenne vers les hautes énergies à
mesure que le niveau de filtration
augmente.
*
*IAEA, Radiation protection in diagnostic and interventional radiology L7 : X Ray beam.
Atténuation : photons transmis
Photons détectés
1. Photons primaires
• Traversent le patient sans interagir
• Typiquement, les photons les plus
énergétiques
2. Photons secondaires (diffusés)
• Photons qui ont été déviés suite à une
interaction dans le patient au cours de
laquelle ils ont perdu une partie de leur
énergie
• L’énergie perdue par le photon incident
est déposée dans le patient (dose)
• Contribuent au bruit de fond
1
2
3
Atténuation : photons absorbés
Photons non détectés
3. Photons non détectés
• Déposent toute leur énergie au point
d’interaction dans le patient.
• Typiquement, les photons faiblement
énergétiques
• Contribuent à la dose de radiation
reçue par le patient.
1
2
3
Atténuation : Probabilité d’interaction
La probabilité que chacun des scénarios
1., 2., et 3. se produise dépend de :
• L’énergie des photons incidents
• La nature des tissus atteints
(composition, densité)
Coefficient d’atténuation linéaire
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avec l’épaisseur du matériau.
• Le taux de décroissance
exponentielle dépend de la probabilité
d’interaction.
1
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Production d’images : faisceau transmis
• Le faisceau primaire est altéré par
son passage dans le patient.
• L’image est une projection des
propriétés d’atténuation de tous
les tissus rencontrés.
• Les photons diffusés (faisceau
secondaire) contribuent au signal
d’une région anatomique qui n’est
pas vis-à-vis le point d’interaction.
↑ bruit
• L’image est ensuite formée par
l’interaction des RX dans un
détecteur.
Source : IAEA, Radiation protection in cardiology L8 : Image quality in Cardiac Angiography.
Faisceau
primaire
Faisceau
secondaire
Intensité
Production d’images: détecteurs
Amplificateur de brillance
• Faible coût
• Zoom optique
• Distorsion
géométrique
• Chaîne d’imagerie
complexe
• Signal vidéo
Détecteur plat
• Pas de distorsion
• Zoom numérique
• Très bonne plage
dynamique
(niveaux de gris)
• Signal digital
Source : IAEA, Radiation protection in cardiology L4 : Xray production and angiography equipment.
2. MODE D’OPÉRATION
Radioscopie
Acquisition
Magnification
Collimation
Contrôle automatique de l’exposition
Radioscopie continue
Tube radiogène
• Courant continu (0,5 à 6 mA)
• L’anode est continuellement bombardée d’électrons
• Émission de rayons-X en continu
Détecteur
• Acquisition du signal pendant 1/30 s (33 ms)
À l’écran
• Affichage de 30 images/s
Radioscopie pulsée
Tube radiogène
• Émission pulsée de rayons-X
• Fréquence des pulses réglables selon l’application
Détecteur
• Acquisition du signal pendant la durée d’un pulse (3 à 10 msec)
• Plus le temps d’acquisition est court, meilleure est la résolution
temporelle
À l’écran
• Taux de rafraîchissement des images cohérent avec la fréquence des
pulses.
Radioscopie
Affichage
30 i/s
1/30 3/30 4/30 5/302/30
secondes
Radioscopie continue
Radioscopie pulsée
30 i/s
30 pulses/s
RX en fonction secondes
15 i/s
15 pulses/s
Acquisition
• Comparable à la radiographie
• Courant nettement plus élevé qu’en radioscopie (~200 à 600 mA)
• Utilisé pour archiver des images ou séquences d’images avec le
dossier patient, pour consultation ultérieure
Exposition unique
• Séquence d’une seule acquisition, (radiographie)
Exposition séquentielles (ciné)
• Série d’expositions uniques une à la suite de l’autre.
• Débit de dose très élevé!!
• La dose par image est typiquement 10 x plus importante en ciné
qu’en scopie!
Acquisition : alternative à la ciné
• La ciné est à utiliser avec parcimonie!
• Préconiser la radioscopie
• Faire rejouer la dernière séquence de scopie
• Enregistrer les séquences de scopie, lorsque possible
• Si l’image doit être archivée, privilégier l’exposition unique
• Toutefois, attention à l’intensité du pulse et sa durée (mAs)
Magnification
• Le champ de vue (field of view FOV) maximal est défini par la taille du
détecteur
• L’option de magnification (zoom) permet de réduire la taille du champ
de vue, ce qui a pour effet d’augmenter la résolution spatiale de la
région d’intérêt.
6”
9”
avec mag. : 0.15 mm / pixel vs. sans mag. : 0.23 mm/pixel
Source : IAEA Training Course on Radiation Protection for Doctors (non-radiologists, non-cardiologists) using Fluoroscopy,
L04. Anatomy of Fluoroscopy & CT Fluoroscopy Equipment
Amplificateur de brillance
Magnification
• L’option de magnification modifie faisceau radiatif
• Amincissement du cône de radiation
• Augmentation du débit de dose
• Amplificateurs de brillance
• Zoom optique
• Le produit dose-surface demeure constant pour préserver la qualité
d’image
• Le rapport des dose est donc :
• Détecteurs plats
• Zoom numérique
• Le débit de dose tend à augmenter avec les détecteurs plats aussi,
bien que la relation ne soit pas aussi évidente que pour le
amplificateurs de brillance.
( )
( )2
2
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FOV
FOV
Dose
Dose
=
Collimation
• Les lames définissent la forme et la dimension du faisceau RX
• Réduit la zone exposée
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Sans diffusion
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Avec diffusion
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Source : IAEA Radiation protection in cardiology, L 12: Examples of Good & Bad Radiation Protection Practice
Contrôle automatique de l’exposition
• Optimisation des paramètres de
charge (kV, mA, temps) selon
l’épaisseur du patient
• Le système s’ajuste selon la
quantité de photons qui se sont
rendus au détecteur de manière
à garder le rapport signal à bruit
constant
• L’exposition prend fin lorsque la
dose requise pour produire une
image de qualité a été intégrée
par le détecteur
Tube RX
Faisceau
primaire
Tissus
mous
os
Air Patient
Table
Détecteur
Détecteurs
pour le CAE
Source : IAEA Radiation protection in radiology, L 6: X ray production
Contrôle automatique de l’exposition
• En radioscopie continue, le système régule le voltage (kV) et
l’intensité du courant (mA) du tube radiogène.
• En radioscopie pulsée, le système peut ajuster la durée du pulse, son
intensité (mA) et le voltage (kV) du tube.
• Le générateur modifie ces paramètres d’une façon prédéterminée,
mais qui peut varier d’un modèle à l’autre.
Patient
mince
Patient
épais
kVp
mA
↓ dose
↓ contraste
↑ dose
↑ contraste
Préserve agressivement le
contraste
Maintient agressivement le
faible niveau de dose
QUALITÉ D’IMAGE
Résolution
Bruit
Contraste
Source :IAEA, Radiation protection in cardiology L8 : Image quality in cardiac angiography
Résolution spatiale
• La plus petite distance qu’il peut
y avoir entre deux régions de
contraste similaire sans qu’elles
ne se fondent l’une dans l’autre.
Facteur affectant la résolution
• Dimension du point focal de
l’anode (région sur laquelle les
électrons sont bombardés)
• Distance entre l’objet et le
détecteur
Source :IAEA, Radiation protection in cardiology L8 : Image quality in cardiac angiography
À partir de quelle fréquence
spatiale (paires de lignes par
mm) les trois lignes sont
confondues en une seule?
Résolution spatiale
• Plus la zone de pénombre est
large moins l’image est nette,
moins la résolution spatiale est
bonne.
• ↓ taille du point focal
• ↓ la pénombre, ↑ la résolution
• ↓ la capacité du tube RX: tous
les électrons sont bombardés
sur une région plus petite de
l’anode.
• ↓ la distance entre l’objet et le
détecteur
• ↓ la pénombre, ↑ la résolution
Source :IAEA, Radiation protection in cardiology L8 : Image quality in cardiac angiography
Point
focal
Objet
OmbrePénombre
Résolution temporelle
• Flou dû au mouvement
• Contraction/relaxation d’un organe
• Respiration
• Mouvement du patient
• Facteurs affectant la résolution temporelle
• Durée d’exposition
• Durée de la procédure
• Pour obtenir un signal équivalent, si le temps d’exposition est
raccourci, l’intensité du courant doit être augmentée. Ce qui requiert
souvent un point focal plus grand (perte de résolution spatiale).
Bruit
• Incertitude ou imprécision sur le signal
enregistré.
• Certaines sources de bruits sont inhérentes
au système d’imagerie, d’autres peuvent
être contrôlées :
• Structure anatomiques : photons diffusés
• Quantité de photons utilisés dans l’image
• Réponse du détecteur au faisceau RX
• Le niveau de bruit acceptable dépend de ce
que l’on veut voir.
Bruit
élevé
Bruit
faible
Source :IAEA, Radiation protection in cardiology L8 : Image quality in cardiac angiography
Bruit : photons diffusés
Source :IAEA, Radiation protection in diagnostic and interventional radiology L7 : X Ray beam
Source RX
Faisceau
primaire
Patient
Grille
Détecteur
• photons déviés suite à une interaction
• Augmente le bruit
• Diminue le contraste
• Augmente la dose au patient
• Grille anti-diffusion :
• intercepte les photons dont l’angle
d’incidence n’est pas adéquat, avant
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Bruit : photons diffusés
Source :IAEA, Radiation protection in diagnostic and interventional radiology L7 : X Ray beam
Source RX
Faisceau
primaire
Patient
Grille
Détecteur
• photons déviés suite à une interaction
• Augmente le bruit
• Diminue le contraste
• Augmente la dose au patient
• Collimateur :
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↓ zone irradiée  ↓ les sources de
diffusé
Collimateur
Bruit : quantité de photons
• Facteurs affectant la quantité de
photons utilisés dans l’image :
• Temps d’exposition
• Courant du tube « mA »
• L’épaisseur du patient
• La nature des tissus
• Toutefois, pour un même « kV »,
si le produit courant-temps (mAs)
augmente, la dose augmentera
aussi.
• Le niveau de bruit acceptable
dépend de ce que l’on veut voir.
Plus la quantité de photons est
élevée, plus le rapport signal
sur bruit sera élevé et plus la
qualité d’image sera bonne.
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• Capacité à distinguer deux régions
l’une de l’autre.
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• Caractéristiques des tissus (densité,
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• Spectre en énergie des rayons X
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• Bruit
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Contraste
élevé
Contraste
faible
Source :IAEA, Radiation protection in diagnostic and interventional radiology L8 : Factors affecting image quality
Contraste : effet du voltage (kV)
• Le voltage du tube influence la qualité du faisceau :
↑ kV  ↑ énergie cinétique des é  ↑ énergie des photons RX
• Or, plus l’énergie des photons RX est élevée, plus leur pénétrabilité
est élevée, plus ils auront tendance à être détectés par le détecteur.
• À des énergies très élevées, la différence entre l’atténuation des RX
des os et des tissus mou décroît et tous deux deviennent aussi radio-
transparents l’un que l’autre.
• Ainsi, il est possible de rehausser le contraste dans l’image en
sélectionnant un « kV » plus bas.
• Toutefois, il est préférable d’utiliser un « kV » élevé dans les régions
où le contraste est élevé, par exemple dans la poitrine (os vs. air)
Contraste : effet du voltage (kV)
On observe une diminution du contraste lorsque que le kV augmente,
mais que la quantité de photons émis (mAs) demeure constante.
60 kV - 50 mAs 70 kV - 50 mAs 80 kV - 50 mAs
Source :IAEA, Radiation protection in diagnostic and interventional radiology L8 : Factors affecting image quality
Contraste : effet du « mAs »
• Le produit courant « mA » - temps d’exposition, le « mAs »,
influence la quantité de rayons X du faisceau :
↑ mAs  ↑ é émis par la cathode  ↑ RX émis par l’anode
• En augmentant la quantité de photons émis par le tube
radiogène, le signal reçu par le détecteur augmente, mais la
dose aussi.
• Plus le signal augmente, plus les différences relatives entre
deux régions de l’image différente diminuent et moins le
contraste est bon.
• Toutefois, plus le signal est faible, plus le niveau de bruit dans
l’image prend de l’importance.
Contraste : effet du « mAs »
Dans ces images, le noircissement est régit par le « mAs ». Plus le
« mAs » est élevé, plus l’image est sombre et plus le contraste est faible.
70 kV - 25 mAs 70 kV - 50 mAs 70 kV - 80 mAs
Source IAEA, Radiation protection in diagnostic and interventional radiology L8 : Factors affecting image quality
Agents de contraste
• Iode, baryum
• Densité élevée
• Permettent d’obtenir un bon contraste en l’absence de contraste
naturel.
• En angiographie :
• pour distinguer les vaisseaux sanguins des tissus mous
environnants.
• Voltage du tube radiogène typiquement de 60 à 125 kV
Qualité d’image
• La dose, le contraste et le bruit sont interdépendants
Bruit
faible
Contraste
élevé
Dose
élevée
Dose
faible
Source :IAEA, Radiation protection in cardiology L8 : Image quality in cardiac angiography
Résumé
Paramètre Qualité des images
(à dose égale)
Dose au patient
(à qualité égale)
↑ Épaisseur du patient ↓ qualité de l’image ↑
↑ Courant (mA) ↑ contraste, ↓ bruit ↑
↑ Temps d’exposition par
image
↓ résolution temporelle ↑
↑ Voltage (kVp) ↓ contraste (ça dépend
de ce que l’on veut voir)
↓
↑ Magnification ↑ résolution, ↑ contraste ↑
↑ Ouverture des collimateurs ↓ contraste, ↑ bruit ↑ zone exposée
↑ Distance patient-détecteur ↓ résolution ↑
Tableau : Comportement général de la qualité des images et de la dose
au patient en fonction des divers paramètres de l’appareil d’angiographie.
Résumé
• La qualité des images en radioscopie ou en angiographie n’est pas
assurée.
• Certains paramètres – kVp, mA, mAs – sont optimisés par le module
de contrôle automatique de l’exposition (CAE)
• Il faut garder les autres en tête pour continuer le processus
d’optimisation.
• La qualité des images dépend aussi énormément de ce qu’elles
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  • 1. PHYSIQUE DE L’IMAGERIE INTERVENTIONNELLE Principes de fonctionnement des appareils de radioscopie et d’angiographie Frédérique Piché, CHUM Les entretiens vasculaires XXXI, 4 mai 2013
  • 2. Plan de la présentation 1. Chaîne d’imagerie 2. Modes d’opération 3. Qualité d’image Source : IAEA Radiation protection in cardiology, L 12: Examples of Good & Bad Radiation Protection Practice
  • 3. 1. CHAÎNE D’IMAGERIE 1. Production et émission de rayons X 2. Atténuation du faisceau dans le patient 3. Détection des photons et conversion du signal en images
  • 4. Production des rayons X : Générateur • Alimente le tube à rayons X • Contrôle les paramètres suivants : • Tension du tube radiogène « kV » • Courant du tube radiogène « mA » • Temps d’exposition • Dicte le mode d’opération utilisé : • Radioscopie (continue / pulsée) • Acquisition numérique (exposition unique / ciné) • Permet le contrôle automatique de l’exposition
  • 5. Production des rayons X : Tube radiogène 1. La cathode chauffée émet des d’électrons (mA) : ↑ mA  ↑ débit d’électrons (é/s) 2. Les électrons sont accélérés par la différence de potentiel entre la cathode et l’anode (kV) : ↑ kV  ↑ énergie cinétique des é 3. L’anode est bombardée d’électrons, ce qui se traduit par l’émission de rayons X (photons RX) : ↑ énergie des é  ↑ énergie des RX *IAEA, Radiation protection in diagnostic and interventional radiology L6 : X Ray production. **IAEA, Radiation protection in cardiology L4 : X Ray production and angiography equipment. * **
  • 6. Production des rayons X : Filtration Fig: Effet du niveau de filtration sur le spectre en énergie du faisceau de rayons X Dans l’image : 1. Spectre émis par l’anode 2. Spectre à la sortie du tube (filtration inhérente au tube) 3. Filtration additionnelle Effet du filtre sur le faisceau : • Modifie la quantité de photons • Modifie le spectre en énergie Pour une même énergie maximale, on observe un décalage de l’énergie moyenne vers les hautes énergies à mesure que le niveau de filtration augmente. * *IAEA, Radiation protection in diagnostic and interventional radiology L7 : X Ray beam.
  • 7. Atténuation : photons transmis Photons détectés 1. Photons primaires • Traversent le patient sans interagir • Typiquement, les photons les plus énergétiques 2. Photons secondaires (diffusés) • Photons qui ont été déviés suite à une interaction dans le patient au cours de laquelle ils ont perdu une partie de leur énergie • L’énergie perdue par le photon incident est déposée dans le patient (dose) • Contribuent au bruit de fond 1 2 3
  • 8. Atténuation : photons absorbés Photons non détectés 3. Photons non détectés • Déposent toute leur énergie au point d’interaction dans le patient. • Typiquement, les photons faiblement énergétiques • Contribuent à la dose de radiation reçue par le patient. 1 2 3
  • 9. Atténuation : Probabilité d’interaction La probabilité que chacun des scénarios 1., 2., et 3. se produise dépend de : • L’énergie des photons incidents • La nature des tissus atteints (composition, densité) Coefficient d’atténuation linéaire • Le nombre de photons de même énergie diminue exponentiellement avec l’épaisseur du matériau. • Le taux de décroissance exponentielle dépend de la probabilité d’interaction. 1 2 3
  • 10. Production d’images : faisceau transmis • Le faisceau primaire est altéré par son passage dans le patient. • L’image est une projection des propriétés d’atténuation de tous les tissus rencontrés. • Les photons diffusés (faisceau secondaire) contribuent au signal d’une région anatomique qui n’est pas vis-à-vis le point d’interaction. ↑ bruit • L’image est ensuite formée par l’interaction des RX dans un détecteur. Source : IAEA, Radiation protection in cardiology L8 : Image quality in Cardiac Angiography. Faisceau primaire Faisceau secondaire Intensité
  • 11. Production d’images: détecteurs Amplificateur de brillance • Faible coût • Zoom optique • Distorsion géométrique • Chaîne d’imagerie complexe • Signal vidéo Détecteur plat • Pas de distorsion • Zoom numérique • Très bonne plage dynamique (niveaux de gris) • Signal digital Source : IAEA, Radiation protection in cardiology L4 : Xray production and angiography equipment.
  • 13. Radioscopie continue Tube radiogène • Courant continu (0,5 à 6 mA) • L’anode est continuellement bombardée d’électrons • Émission de rayons-X en continu Détecteur • Acquisition du signal pendant 1/30 s (33 ms) À l’écran • Affichage de 30 images/s
  • 14. Radioscopie pulsée Tube radiogène • Émission pulsée de rayons-X • Fréquence des pulses réglables selon l’application Détecteur • Acquisition du signal pendant la durée d’un pulse (3 à 10 msec) • Plus le temps d’acquisition est court, meilleure est la résolution temporelle À l’écran • Taux de rafraîchissement des images cohérent avec la fréquence des pulses.
  • 15. Radioscopie Affichage 30 i/s 1/30 3/30 4/30 5/302/30 secondes Radioscopie continue Radioscopie pulsée 30 i/s 30 pulses/s RX en fonction secondes 15 i/s 15 pulses/s
  • 16. Acquisition • Comparable à la radiographie • Courant nettement plus élevé qu’en radioscopie (~200 à 600 mA) • Utilisé pour archiver des images ou séquences d’images avec le dossier patient, pour consultation ultérieure Exposition unique • Séquence d’une seule acquisition, (radiographie) Exposition séquentielles (ciné) • Série d’expositions uniques une à la suite de l’autre. • Débit de dose très élevé!! • La dose par image est typiquement 10 x plus importante en ciné qu’en scopie!
  • 17. Acquisition : alternative à la ciné • La ciné est à utiliser avec parcimonie! • Préconiser la radioscopie • Faire rejouer la dernière séquence de scopie • Enregistrer les séquences de scopie, lorsque possible • Si l’image doit être archivée, privilégier l’exposition unique • Toutefois, attention à l’intensité du pulse et sa durée (mAs)
  • 18. Magnification • Le champ de vue (field of view FOV) maximal est défini par la taille du détecteur • L’option de magnification (zoom) permet de réduire la taille du champ de vue, ce qui a pour effet d’augmenter la résolution spatiale de la région d’intérêt. 6” 9” avec mag. : 0.15 mm / pixel vs. sans mag. : 0.23 mm/pixel Source : IAEA Training Course on Radiation Protection for Doctors (non-radiologists, non-cardiologists) using Fluoroscopy, L04. Anatomy of Fluoroscopy & CT Fluoroscopy Equipment Amplificateur de brillance
  • 19. Magnification • L’option de magnification modifie faisceau radiatif • Amincissement du cône de radiation • Augmentation du débit de dose • Amplificateurs de brillance • Zoom optique • Le produit dose-surface demeure constant pour préserver la qualité d’image • Le rapport des dose est donc : • Détecteurs plats • Zoom numérique • Le débit de dose tend à augmenter avec les détecteurs plats aussi, bien que la relation ne soit pas aussi évidente que pour le amplificateurs de brillance. ( ) ( )2 2 2 1 1 2 FOV FOV Dose Dose =
  • 20. Collimation • Les lames définissent la forme et la dimension du faisceau RX • Réduit la zone exposée • Réduit la production de photons diffusés • Améliore le contraste Sans diffusion (facteur diffusé = 1) Avec diffusion (facteur diffusé = 4) Source : IAEA Radiation protection in cardiology, L 12: Examples of Good & Bad Radiation Protection Practice
  • 21. Contrôle automatique de l’exposition • Optimisation des paramètres de charge (kV, mA, temps) selon l’épaisseur du patient • Le système s’ajuste selon la quantité de photons qui se sont rendus au détecteur de manière à garder le rapport signal à bruit constant • L’exposition prend fin lorsque la dose requise pour produire une image de qualité a été intégrée par le détecteur Tube RX Faisceau primaire Tissus mous os Air Patient Table Détecteur Détecteurs pour le CAE Source : IAEA Radiation protection in radiology, L 6: X ray production
  • 22. Contrôle automatique de l’exposition • En radioscopie continue, le système régule le voltage (kV) et l’intensité du courant (mA) du tube radiogène. • En radioscopie pulsée, le système peut ajuster la durée du pulse, son intensité (mA) et le voltage (kV) du tube. • Le générateur modifie ces paramètres d’une façon prédéterminée, mais qui peut varier d’un modèle à l’autre. Patient mince Patient épais kVp mA ↓ dose ↓ contraste ↑ dose ↑ contraste Préserve agressivement le contraste Maintient agressivement le faible niveau de dose
  • 23. QUALITÉ D’IMAGE Résolution Bruit Contraste Source :IAEA, Radiation protection in cardiology L8 : Image quality in cardiac angiography
  • 24. Résolution spatiale • La plus petite distance qu’il peut y avoir entre deux régions de contraste similaire sans qu’elles ne se fondent l’une dans l’autre. Facteur affectant la résolution • Dimension du point focal de l’anode (région sur laquelle les électrons sont bombardés) • Distance entre l’objet et le détecteur Source :IAEA, Radiation protection in cardiology L8 : Image quality in cardiac angiography À partir de quelle fréquence spatiale (paires de lignes par mm) les trois lignes sont confondues en une seule?
  • 25. Résolution spatiale • Plus la zone de pénombre est large moins l’image est nette, moins la résolution spatiale est bonne. • ↓ taille du point focal • ↓ la pénombre, ↑ la résolution • ↓ la capacité du tube RX: tous les électrons sont bombardés sur une région plus petite de l’anode. • ↓ la distance entre l’objet et le détecteur • ↓ la pénombre, ↑ la résolution Source :IAEA, Radiation protection in cardiology L8 : Image quality in cardiac angiography Point focal Objet OmbrePénombre
  • 26. Résolution temporelle • Flou dû au mouvement • Contraction/relaxation d’un organe • Respiration • Mouvement du patient • Facteurs affectant la résolution temporelle • Durée d’exposition • Durée de la procédure • Pour obtenir un signal équivalent, si le temps d’exposition est raccourci, l’intensité du courant doit être augmentée. Ce qui requiert souvent un point focal plus grand (perte de résolution spatiale).
  • 27. Bruit • Incertitude ou imprécision sur le signal enregistré. • Certaines sources de bruits sont inhérentes au système d’imagerie, d’autres peuvent être contrôlées : • Structure anatomiques : photons diffusés • Quantité de photons utilisés dans l’image • Réponse du détecteur au faisceau RX • Le niveau de bruit acceptable dépend de ce que l’on veut voir. Bruit élevé Bruit faible Source :IAEA, Radiation protection in cardiology L8 : Image quality in cardiac angiography
  • 28. Bruit : photons diffusés Source :IAEA, Radiation protection in diagnostic and interventional radiology L7 : X Ray beam Source RX Faisceau primaire Patient Grille Détecteur • photons déviés suite à une interaction • Augmente le bruit • Diminue le contraste • Augmente la dose au patient • Grille anti-diffusion : • intercepte les photons dont l’angle d’incidence n’est pas adéquat, avant qu’ils n’atteignent le détecteur. • distance patient – détecteur petite • pour préserver l’amplitude du signal : ↑ mAs  ↑ Dose • Non recommandé pour les enfants. Collimateur
  • 29. Bruit : photons diffusés Source :IAEA, Radiation protection in diagnostic and interventional radiology L7 : X Ray beam Source RX Faisceau primaire Patient Grille Détecteur • photons déviés suite à une interaction • Augmente le bruit • Diminue le contraste • Augmente la dose au patient • Collimateur : Limite le faisceau primaire ↓ zone irradiée  ↓ les sources de diffusé Collimateur
  • 30. Bruit : quantité de photons • Facteurs affectant la quantité de photons utilisés dans l’image : • Temps d’exposition • Courant du tube « mA » • L’épaisseur du patient • La nature des tissus • Toutefois, pour un même « kV », si le produit courant-temps (mAs) augmente, la dose augmentera aussi. • Le niveau de bruit acceptable dépend de ce que l’on veut voir. Plus la quantité de photons est élevée, plus le rapport signal sur bruit sera élevé et plus la qualité d’image sera bonne. Signal Bruit
  • 31. Contraste • Capacité à distinguer deux régions l’une de l’autre. • Différence relative de la densité optique de deux régions d’une image. Facteurs affectant le contraste • Caractéristiques des tissus (densité, épaisseur, …) • Spectre en énergie des rayons X • Quantité de photons émis (mAs) • Bruit • … Contraste élevé Contraste faible Source :IAEA, Radiation protection in diagnostic and interventional radiology L8 : Factors affecting image quality
  • 32. Contraste : effet du voltage (kV) • Le voltage du tube influence la qualité du faisceau : ↑ kV  ↑ énergie cinétique des é  ↑ énergie des photons RX • Or, plus l’énergie des photons RX est élevée, plus leur pénétrabilité est élevée, plus ils auront tendance à être détectés par le détecteur. • À des énergies très élevées, la différence entre l’atténuation des RX des os et des tissus mou décroît et tous deux deviennent aussi radio- transparents l’un que l’autre. • Ainsi, il est possible de rehausser le contraste dans l’image en sélectionnant un « kV » plus bas. • Toutefois, il est préférable d’utiliser un « kV » élevé dans les régions où le contraste est élevé, par exemple dans la poitrine (os vs. air)
  • 33. Contraste : effet du voltage (kV) On observe une diminution du contraste lorsque que le kV augmente, mais que la quantité de photons émis (mAs) demeure constante. 60 kV - 50 mAs 70 kV - 50 mAs 80 kV - 50 mAs Source :IAEA, Radiation protection in diagnostic and interventional radiology L8 : Factors affecting image quality
  • 34. Contraste : effet du « mAs » • Le produit courant « mA » - temps d’exposition, le « mAs », influence la quantité de rayons X du faisceau : ↑ mAs  ↑ é émis par la cathode  ↑ RX émis par l’anode • En augmentant la quantité de photons émis par le tube radiogène, le signal reçu par le détecteur augmente, mais la dose aussi. • Plus le signal augmente, plus les différences relatives entre deux régions de l’image différente diminuent et moins le contraste est bon. • Toutefois, plus le signal est faible, plus le niveau de bruit dans l’image prend de l’importance.
  • 35. Contraste : effet du « mAs » Dans ces images, le noircissement est régit par le « mAs ». Plus le « mAs » est élevé, plus l’image est sombre et plus le contraste est faible. 70 kV - 25 mAs 70 kV - 50 mAs 70 kV - 80 mAs Source IAEA, Radiation protection in diagnostic and interventional radiology L8 : Factors affecting image quality
  • 36. Agents de contraste • Iode, baryum • Densité élevée • Permettent d’obtenir un bon contraste en l’absence de contraste naturel. • En angiographie : • pour distinguer les vaisseaux sanguins des tissus mous environnants. • Voltage du tube radiogène typiquement de 60 à 125 kV
  • 37. Qualité d’image • La dose, le contraste et le bruit sont interdépendants Bruit faible Contraste élevé Dose élevée Dose faible Source :IAEA, Radiation protection in cardiology L8 : Image quality in cardiac angiography
  • 38. Résumé Paramètre Qualité des images (à dose égale) Dose au patient (à qualité égale) ↑ Épaisseur du patient ↓ qualité de l’image ↑ ↑ Courant (mA) ↑ contraste, ↓ bruit ↑ ↑ Temps d’exposition par image ↓ résolution temporelle ↑ ↑ Voltage (kVp) ↓ contraste (ça dépend de ce que l’on veut voir) ↓ ↑ Magnification ↑ résolution, ↑ contraste ↑ ↑ Ouverture des collimateurs ↓ contraste, ↑ bruit ↑ zone exposée ↑ Distance patient-détecteur ↓ résolution ↑ Tableau : Comportement général de la qualité des images et de la dose au patient en fonction des divers paramètres de l’appareil d’angiographie.
  • 39. Résumé • La qualité des images en radioscopie ou en angiographie n’est pas assurée. • Certains paramètres – kVp, mA, mAs – sont optimisés par le module de contrôle automatique de l’exposition (CAE) • Il faut garder les autres en tête pour continuer le processus d’optimisation. • La qualité des images dépend aussi énormément de ce qu’elles servent à représenter.