08/12/14 ROUBIN Alexandre L2 CR : Julie Chapon BTIME

BTIME – L'imagerie par rayons X
08/12/14
ROUBIN Alexandre L2
CR : Julie Chapon
BTIME
Pr. C. CHAGNAUD
16 pages
L'imagerie par rayons X
A. Introduction
L'imagerie médicale est l'ensemble des techniques qui permettent l'acquisition et le traitement des images
internes du corps humain. En vue de :
–établir un diagnostic
–surveiller une pathologie connue (sous ou sans traitement)
–réaliser un traitement : « radiologie interventionnelle » (partie de la radiologie qui se développe de plus
en plus)
–recherche scientifique (anatomie, physiologie, physiopathologie..) sur le corps humain ou chez l'animal
C'est une méthode d'analyse des tissus in vivo.
Dans toutes ces représentations, on
s’intéresse au même organe.
Cependant, elles ne se ressemblent pas sur
le plan visuelle et informatif.
1. Photographie 4. Scanner
2. Radiographie 5. IRM
3. Échographie 6. Scintigraphie
Une image ne rend pas compte de la
totalité de l'information que l'on peut
avoir. On aura que certaines
propriétés/réalités qui différeront du
procédé physique qui crée l'image.
Elles ne sont pas interchangeables.
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Plan
A. Introduction
B. Radiologie « conventionnelle » : composition et fonctionnement
I. Généralités
II. Production du faisceau
III. Atténuation
IV. Détecteurs
C. Corps humain vis-à-vis des rayonnements X
D. Bases physiques : tangence faisceau / objet
E. Avantages et inconvénients de la radiologie
I. Avantages
II. Limites
III. Solutions proposées

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CR : notons que la photographie peut aussi faire partie du domaine de l'imagerie (utilisation en chirurgie
esthétique par exemple)
L'imagerie médicale concerne un certain nombre de procédés d'acquisition des images :
Certaines utilisent des radiations ionisantes :
C'est le cas pour l'imagerie par rayons X comme la radio « conventionnelle » et le scanner
(tomodensitométrie/TDM) ainsi que pour l'imagerie par radio-isotope comme la scintigraphie et la tomographie
par émissions de positons (TEP).
D'autres techniques utilisent des radiations non ionisantes :
C'est le cas de l'imagerie par ultra-sons comme l'échographie ou l'échographie couplée au Doppler et l'imagerie
par onde radio qui correspond à l'imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM).
B. Radiologie « conventionnelle » : Composition et fonctionnement
I. Généralités
C'est une technique d'imagerie qui fonctionne en transmission / atténuation
Elle nécessite une source (1) (tube radiogène), un faisceau (2), un objet (3) qui va être traversé par le faisceau,
un faisceau de sortie (4) qui n'a plus les mêmes propriétés physiques que le faisceau (2) et un récepteur (5) pour
enregistrer le nouveau faisceau et le rendre intelligible.
C'est une technique très ancienne, elle date de 1896.
Il existe d'autres méthodes d'imagerie, par exemple l'ultra-son qui est une imagerie par réflexion.
On a alors une source, un objet, une réflexion par l'onde qui va repartir en sens inverse et être ré-enregistrée
au même endroit où elle a été émise.
Le tube radiogène est l'objet qui va produire le faisceau de RX.
On bombarde une cible avec des électrons, et lorsqu'ils entrent en contactent, ils produisent des rayons X.
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II. Production du faisceau
La production des rayons se fait par deux procédés :
• Un freinage qui est l'interaction entre le noyau et les électrons incidents. Les électrons vont être déviés par le
noyau, ce qui cause une accélération qui va entraîner une émission d'un rayon X de freinage.
On a un rayonnement continu.
• Une fluorescence qui est l'interaction entre les électrons incidents et les électrons qui composent la cible.
L'électron incident va éjecter un électron des couches électroniques de l'atome de la cible et par un phénomène
de retour à l'équilibre de fluorescence va émettre un certain nombre de rayons X. On a un rayonnement
discontinu qui est parfaitement quantifié puisqu'il correspond à la différence entre les niveaux énergétiques des
couches électroniques lors du retour à l'équilibre.
En pratique, si on analyse le spectre d'un rayonnement X qui sort d'un tube, on a la superposition d'un spectre
continu qui ne dépend pas de la nature de la cible que l'on a utilisé et un spectre discontinu (ou spectre de
raies) qui est caractéristique de la nature de la cible.
Le rayonnement X n'est pas un rayonnement monochromatique, on émet un spectre très large sur le plan
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énergétique qui dépend de la nature de la cible et de la différence de potentiel que l'on utilise.
On peut modifier un faisceau de rayon X de deux manières :
–Soit on augmente la quantité de photons X sans en modifier la forme générale, en augmentant
l'intensité du courant électrique passant par le tube. Cela ne modifie en rien la nature du faisceau.
–Soit en modifiant la différence de potentiel. Plus la différence de potentiel est élevée, plus le spectre va
se déplacer vers la droite (haut niveau énergétique).
En pratique, si on travaille sur 110 kV à l'intérieur du tube, quelle est l'énergie maximale des photons produits ?
Si le tube a une différence de potentiel de 110kV, quelle est l'énergie cinétique des électrons qui sont accélérés à
l'intérieur du tube ?
L'énergie cinétique des électrons est de 110keV car une charge d'un électron est la différence de potentiel de 1V
à une énergie de 1 eV.
Et avec la méthode du freinage, s'il y a un choc frontal entre l'électron et le noyau, l'électron est stoppé et toute
l'énergie cinétique de l'électron est transformée en un photon X de freinage dont l'énergie sera de 110keV.
On ne peut pas produire de photons X à 110keV si on a pas une différence de potentiel d'au moins 110 kV.
Mais si on regarde le spectre, il y a très peu de photons très énergétiques mais beaucoup de photons à faibles
énergies.
Remarque 1 : Le faisceau est homogène dans son plan de section. Il n'y a pas de relief. Il est collimaté par
soucis de radioprotection.
Remarque 2 : Le corps humain est un milieu hétérogène à la fois en épaisseur et dans sa constitution.
III. Atténuation
a) Loi de Lambert-Beer
Ce phénomène d'atténuation répond à une loi, celle de Lambert-Beer : l'atténuation par un objet homogène
d'épaisseur identique en tout point.
I=I ° .e−μx
I : énergie du vaisseau sortant I°: énergie du faisceau incident
μ : coefficient linéaire d'atténuation (CLA) X : épaisseur de l'objet
Donc l'atténuation va varier en fonction de l'épaisseur de l'objet dans un milieu homogène.
Si on a un objet homogène, le faisceau émergent va être atténué de la même manière sur toute sa section. Il n'y
a donc pas de reliefs.
Mais si on a un objet hétérogène par son épaisseur, on va avoir une atténuation différentielle puisque tel ou tel
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secteur sera plus atténuant qu'un autre.
L'énergie du faisceau émergent sera plus importante dans les zones les moins épaisses et réciproquement.
Cela se complique un peu lorsque l'on a des objets homogènes en épaisseur et hétérogènes en composition. On
va avoir un relief de plus en plus important avec le faisceau émergent.
Ce relief traduit la composition et la morphologie de l'objet.
L'atténuation va être la somme des atténuations par la somme des différents objets élémentaires qui composent
l'objet à radiographier.
b) Interactions des rayons X avec la matière :
Aux énergies du radio-diagnostic, on a 2 effets principaux :
–Effet photo-électrique
–Effet Compton
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