UE2-Fernandez-Rayons_X_et_TDM

UE2 - Biopathologie
Pr. Fernandez
Date : 22/09/2015 Horaires : 16h15/18h15
Promo : 2015/2016 Enseignant : Pr. Philippe Fernandez.
Ronéistes : Deba Marine
Pillet Manon
L’imagerie par rayons X
I. Imagerie par rayons X
1. Production des rayons X
A. Spectre continu
B. Spectre discontinu
2. Interactions et atténuation du faisceau
A. Effet Compton
B. Effet photoélectrique
C. Atténuation.
3. Image radiante
4. Détection des rayons X
A. Les films radiologiques
B. Les tubes amplificateurs
C. Écran à mémoire ou à phosphore ( ERLM )
D. Détecteur-plan matriciel
5. Exemple d’utilisation
II. Tomodensitométrie
1. Principe
2. L’image en coupe
3. Performance et qualité de l’image
4. Sémiologie de l’image TDM

I. Imagerie par rayons X
Introduction :
Nous allons essayer de comprendre comment nous obtenons une image par rayons X par soit la
radio conventionnelle ou par un autre moyen un peu plus sophistiqué en 3D qui est la
tomodensitométrie (TDM).
Il existe également ostéodensitométrie, dont je ne vous parlerais pas, qui permet de mesurer grâce
à deux faisceaux la densité osseuse de l’endroit choisit. Le faisceau sera atténué selon les
structures qu’il traverse.
1. La production de Rayons X
La production de rayons X se fait grâce au tube de Coolidge. Il s’agit d’un tube en verre à
l’intérieur duquel c’est du vide. Il contient une cathode qui est en tungstène que l’on va chauffer à
très haute température qui va permettre par effet thermoïonique l’arrachement d’électrons.
À l’intérieur de cette cathode, il y une pièce de focalisation qui entoure le filament qui permet de
focaliser l’émission électronique vers l’anode.
Entre ces deux éléments il existe une différence de potentiel.
L’anode qui se situe en face, est aussi faite en tungstène (une plaque), c’est à cet endroit que sont
produits les rayons X par l’interaction du rayonnement électronique issu de la cathode. Ces
rayons vont être dirigés vers une fenêtre et de celle-ci va donc sortir l’image.
L’anode est en A et la cathode en K.

Pour avoir ces interactions sur l’anode il va falloir accélérer ces électrons, ce qui est possible
grâce à une différence de potentiel entre l’anode et la cathode.
À l’heure actuelle on utilise le plus souvent une anode tournante. Du fait de la présence d’un
rotor, l’anode va tourner à grande vitesse.
L’utilité de cette anode tournante est qu’on va pouvoir augmenter l’énergie des rayons X produits
ainsi que la durée de vie de ces anodes. Elle permet également que l’impact ne soit pas toujours
au même endroit.
Cette énergie est qualifiée d’énergie calorifuge qui est tout simplement de la chaleur qui au fur et
à mesure du temps va détériorer rapidement l’anode.
L’anode est souvent faite en molybdène ou en graphite.
Plus la vitesse de rotation est grande plus le tube sera puissant. Il y a également une meilleure
répartition de la chaleur produite lors des interactions.
Pour reprendre, il s’agit en fait de l’interaction entre les électrons et les atomes de l’anode qui va
provoquer des ionisations, arrachements ou simples excitations.
Par réarrangement électronique (retour à l’état initial), on aura une émission de fluorescence sur
le spectre. Il y a également des interactions avec le champ électronique des atomes du tungstène
et c’est à partir de ces interactions qu’on va avoir émission par freinage (le Bremsstrahlung) qui
représente qu’1% de l’énergie du faisceau de rayon X, le reste étant pour une grande partie de la
chaleur diffusée.
En fonction de la proximité de ces électrons (entre la cathode et l’anode), les faisceaux vont avoir
des énergies différentes allant de 0 à leur énergie maximale transformée en rayons X de freinage.
On va avoir alors un faisceau poly
énergétique (appelé aussi faisceau poly-
chromatique) allant de 0 à une énergie
maximale et qui va présenter 2
composantes :
1) Une composante de freinage, donc
continue.
2) Une composante due aux raies de
fluorescence, donc discontinu.

A. Spectre continu (du rayonnement de freinage)
Il existe plusieurs caractéristiques de ces rayonnements.
L’énergie produite va augmenter avec l’énergie des électrons accélérés entre l’anode et la
cathode.
Il va varier avec le carré de la tension, qui justifie une adéquation avec la tension qu’on a
paramétré aux bornes de notre tube et l’énergie de nos rayons X obtenu pour faire l’image
Proportionnalité entre énergie produite et tension choisie.
Plus on augmente la tension aux bornes du
tube plus on augmente l’énergie totale (la
quantité) mais également l’énergie maximale
(en keV) de nos photons.
Pour une tension identique, si on augmente
le nombre d’électrons on va augmenter la
quantité d’énergie mais Emax restera la
même car on n’a pas modifié la tension et
donc par conséquence la vitesse des
électrons.
* Emax augmente avec l’augmentation de
l’énergie des électrons.
L’énergie produite augmente avec le Z du matériau de l’anode, c’est constitutionnel on y touche
presque jamais. L’énergie va correspondre en fait à la formule de surface d'un triangle rectangle.

Dans l’énergie produite il y 4 paramètres :
1) Le motule lui-même.
2) Le nombre d’électrons arrachés à la cathode.
3) Le Z de l’anode.
4) Le carré de la tension.
Sur ce spectre continu vont se greffer des
rayonnements de fluorescence.
Les raies correspondent aux énergies de
liaison entre les différentes orbitales du
tungstène.
On a donc un spectre de raies qui s’ajoute au
spectre continu et en fonction des e- arrachés
(en fonction de leur orbitale).
Plus on augmente le nombre n d’e- (donc
l’énergie totale produite), plus on augmente
le nombre de raies de fluorescence et
l’amplitude des pics.
NB : Il s’agit ici d’un diagramme théorique
de la production en énergie, allant de 0 à
une E0 (ici 120 keV) en rapport avec la
tension
B. Spectre discontinu (issu du réarrangement électronique)
Le faisceau de rayons X envoyé sur le
patient sera plus ou moins absorbé par les
différents tissus traversés.
Les rayons X de faible énergie vont être
auto-absorbés par l’organisme et ne plus en
sortir. Soit ils peuvent être arrêtés par la
peau soit ils sont totalement arrêtés par le
patient et donc contribuer à l’irradiation du
patient qui est totalement inutile puisqu’elle
ne participe pas à la formation de l’image.
Il est possible de faire une filtration (on utilise le plus souvent une petite plaque d’aluminium)
afin d’éviter que le patient ne reçoive trop de rayons X de faible énergie nocifs.