Radiologie conventionnelle

Radiologie
Conventionnelle
Lezzar Omar Cherif
5/5/2010
Omar Cherif Lezzar
Radiologie conventionnelle
La radiographier se compose de :
générateur haute tension (HT).
Le tube a rayon X.
La barre de commende
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I. La barre de commende :
Grace a elle le radiologue détermine la tension du secondaire adapté a la partie
qu’on vet irradié et les mas pour le réchauffent du filament et le temps d’exposition
A chaque foi on entre tt ces données a laide de la console
Commende
Energie du
stator
Générateur haut tension
Tube à rayon X
II. Générateur haute tension :
Le générateur est constitué d'une part du tube radio gène, et d'autre part de
l'alimentation électrique de celui-ci.
Le langage courant, associe au terme de générateur l'ensemble des éléments qui
agissent sur l'alimentation électrique et dissocie le tube radio gêne.
Le générateur adapte le courant électrique fourni aux besoins du tube radio gêne et
remplit les fonctions suivantes :
- Appliquer sur le tube une haute tension. La valeur de la HT ainsi que sa forme
déterminent la qualité du rayonnement.
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Tension fournie 220 ou 380 V eff
Transformateur
Sortie générateur / 40 à 160 KVc
- Redresser le courant alternatif en un courant continu (toujours de même sens) mais
soit constant (même valeur) soit variable (valeur fluctuante).
Alternatif
Redresseur
Continu
- Chauffer la cathode du tube (filament) afin d'obtenir l'intensité désirée dans le tube
RX.
Courant fournie 6 A à 200 A
Transformateur
Courant du tube 10 mA à 1 000 mA
- Déterminer le temps d'application de la HT sur le tube, c'est-à-dire l'exposition (1
ms à 10 s).
- Assurer la sécurité du tube en vérifiant que les valeurs de la HT, de l'intensité, du
temps d'exposition sont acceptables pour le tube.
Il existe d'autres fonctions auxiliaires telles que l'alimentation du moteur d'anode des
tubes à anode tournante.
Le transformateur
Est un appareil qui permet d'augmenter ou de diminuer une tension alternative en
conservant la puissance qui le traverse. Il est constitué de deux enroulements
(primaire et secondaire) dont le nombre de spires est NP et NS.
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Types de transformateurs
La réalité associe plusieurs types de transformateurs :
- Le bloc HT : il permet l'élévation de la tension et est isolé pour des raisons de
sécurité (160 kVc exigent une protection particulière).
- Le transformateur moyenne tension : il assure le réglage des kVc et est associé au
pupitre de commande.
- D'autres transformateurs se retrouvent à divers niveaux du générateur pour
permettre le réglage de l'intensité traversant le tube ou fournir l'alimentation des
organes annexes.
Variation d'intensité
Les réglages du courant qui traverse le tube peuvent varier dans le temps ; il faut
surveiller l'intensité affichée par l'ampèremètre du pupitre et faire corriger les
divergences.
Redresseurs
Les électrons doivent traverser
le tube du filament vers l'anode.
Le courant alternatif doit donc
être corrigé de sorte que cette
seule direction soit obtenue.
C'est le rôle des redresseurs.
Puissance d'un générateur
Résultat du produit des KV par les mA.
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Cependant, un générateur donnant 160 kV maximum et 800 mA maximum peut ne
donner que 500 mA sous 100 KV soit 50 kW triphasé.
Un générateur peut donc être défini par :
- sa puissance
- son intensité maximale
- le kilo voltage maximum.
- le type de redressement du courant
Le tube qui est l'élément fragile de l'ensemble doit avoir une puissance équivalente
ou supérieure à celle du générateur.
Le choix entre mono et triphasé
C'est une affaire de prix et d'usage. L'opposition disparaît avec le développement de
la haute fréquence qui procure avec un générateur monophasé la même puissance,
le courant constant et les coupures rapides que donnaient autrefois les générateurs
triphasés.
Tension moins grande et plus lisse
Tension grande mes moins lisse
Association tube / générateur
Dans le choix d'un générateur on ne doit pas négliger celui du tube RX (3000 t/m ou
9000t/m, plateau large ou ordinaire etc). Parfois le bon choix peut associer un
générateur de moyenne puissance à un tube très puissant 9 000 tours.
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III. Tube radio gène :
Il permet la production des rayons X.
Il est composé d’une ampoule de verre.
d’une gaine où est placée l’ampoule et de l’huile minérale.
Ampoule de verre
L’ampoule maintient un vide poussé où le déplacement des électrons ne rencontre
aucun obstacle. Le verre doit résister à des températures très élevées provenant du
filament et surtout du plateau anodique.
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Au paravent en utilisé des anodes fixe mais sa limites la duré de vie du tube. En effet
l’anode exposer a plusieurs frape des électrons elle se désintégré petite a petit et
elle résisté pas a des chaleurs thermiques très grande.
Pour les appareils actuels, les puissances élevées nécessaires exigent l'utilisation de
tubes à anode tournante. La double exigence de l'ouverture importante du faisceau
de rayons X (50 degrés) et de la limitation des effets gyroscopiques nécessitent une
orientation de l'axe longitudinal du tube (ou de l'anode tournante) perpendiculaire au
plan du mouvement de rotation.
Les tubes à rayons X sont soumis à
des contraintes thermiques et
mécaniques sévères, ils sont
généralement garantis pour 335 000
coupes. Les tubes à rayons X
fonctionnent de la manière suivante :
dans une enceinte de verre où règne
le vide, des électrons sont émis par un
grand filament en tungstène en forme
de spirale (cathode) qui est chauffé à des très hautes températures par un courant
électrique (effet EDISON).
Effet Edison ou thermoélectrique
L'échauffement par effet Joule d'un filament parcouru par le courant qui le traverse
libère un nuage d'électrons qui 'entourent la source chaude. La quantité d'électrons
libérés est fonction de la température.
La différence de potentiel entre filament et anode est telle que la totalité des
électrons libérés est attirée par l'anode et constitue le courant qui traverse le tube.
Le faisceau d'électrons doit être concentré sur
une surface réduite (0,6mm x 2 mm de côté
pour le petit foyer) et non pas se disperser sur
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toute la surface du plateau anodique. Cette concentration est obtenue en disposant
le filament au fond d'une pièce métallique portée au potentiel négatif convenable
repoussant vers le centre du faisceau les électrons négatifs, Cette concentration est
obtenue en disposant le filament au fond d'une pièce métallique portée au potentiel
négatif convenable repoussant vers le centre du faisceau les électrons négatifs et
améliorant ainsi la finesse de l’image. Ils sont accélérés en direction d’une anode
(ou anticathode) par un champ électrique créé par une différence de potentiel élevée
(généralement de 10 à 150 kV) entre le filament qui sert de cathode et l’anode. Ces
électrons entrent en collision avec la cible qui constitue le métal de l’anode.
D'autre part, le numéro atomique doit être élevé pour améliorer le rendement émissif
de sorte que seul le tungstène (Wo dont Z= 74) ou un alliage tungstène-Rhénium
(Z=75) répond à ces conditions
Le plateau anodique :
Dans les escients tube l’anode étant fixe elle n’avait pas besoin d’une alimentation,
les anodes tournante elles sont besoin d’une alimentation pour la rotation donc en
utilise le générateur elle se compose d’un stator et rotor
Le plateau anodique monté sur un axe de rotation joue un rôle de :
masse ayant une capacité d'accumulation thermique de l'énergie introduite de
manière discontinue lors de chaque cliché
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source de dissipation de cette quantité de chaleur
conducteur électrique (anode)
composition de l’anode : Tungstène, graphite, molybdène.
support mécanique en rotation rapide
Le diamètre du plateau mesure 70 à 120 mm pour les modèles courants.
Le moteur d'entraînement du plateau anodique :
Le plateau anodique tourne à 3000 ou 9000 t/min, entraîné par un axe, lui-même lié
au rotor du moteur situé dans l'ampoule de verre ; des roulements à billes de grande
qualité permettent un fonctionnement malgré les contraintes thermiques.
Le stator du moteur est disposé à l'extérieur de l'ampoule : le courant nécessaire
pour accélérer le plateau à 9000 t/min en un temps bref (1 à 1,5 secondes)
représente environ 400 V et 10 A (4 kW) donc une source de chaleur non
négligeable lorsque l'entraînement d'anode est inutilement prolongé.
Création des rayons X :
Il y a deux phénomènes complètement différents susceptibles de donner naissance à des
rayons X :
Le spectre continu :
Lorsqu'un électron d'énergie cinétique Ec arrive au voisinage d'un noyau, sa vitesse est
réduite de quelques 100 000 km.s-1 à celle des électrons libres dans un métal (1 000 km.s-1) ;
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sa trajectoire est déviée et il subit une accélération due à la force attractive d'origine
électrostatique. Il s'avère qu'une
une particule décélérée (freinée) rayonne de l'énergie.
l'énergie L'énergie
émise sous forme de photons X est prélevée sur l'énergie cinétique Ec de l'électron qui
poursuit sa trajectoire avec une énergie cinétique plus faible E'c telle que :
Le spectre de raies (discret) :
Lorsqu’un électron très énergétique arrive sur un atome de la cible, la probabilité pour qu'il
heurte
un
électron
du
cortège
électronique
n'est
pas
négligeable.
Si cet électron possède une énergie cinétique supérieure à l'énergie d'ionisation d'un
électron du cortège électronique, celui-ci
celui est expulsé.
Si l'électron incident à une énergie cinétique assez forte, il pourra expulser un électron des
niveaux internes de l'atome. Dès lors, l'atome devient instable ; un réarrangement
électronique se produit en moins de 10-16 s.
Supposons par exemple que l'électron
l'électron incident ait une énergie cinétique supérieure à
l'énergie d'ionisation d'un des deux électrons de la couche K (n = 1), celui-ci
celui
est alors
expulsé. Sa place sur la couche K devient vacante.
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Les électrons des couches externes auront tendance à se précipiter
précipiter dans la place
laissée vacante. Ce faisant, l’électron qui change d’orbite perd de l’énergie, qui est
rejetée à l’extérieur sous la forme d’un photon : tel est le mécanisme d’émission des
photons des raies caractéristiques de rayons X.
L’énergie E des photons ainsi émis est parfaitement déterminée. Elle est égale à la
différence entre les énergies initiales W 1 et finale W 2 de l’électron qui change
d’orbite : E = h. ν = W1-W
W2
Les piques représentant le spectre discret
Les rayons X créés constituent 1% de l’énergie fournie et 99% de l’énergie est transformée
en chaleur. Ces pour cela qu’on fait refroidir le tube.
La gaine du tube :
La gaine métallique qui contient l'ensemble du tube joue les rôles suivants :
- protection mécanique et électrique, moyen de support de l'ensemble, base de
fixation du diaphragme ou des localisateurs.
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- protection contre le rayonnement X : le rayonnement utile sort par une fenêtre
limitée ; dans toutes les autres directions la gaine réduit la dose à de très faibles
valeurs ; elle est entourée de plomb.
- évacuation de la chaleur provenant de la cible de l'anode avec le l’huile refroidit
grâce à un radiateur.
Les problèmes de chaleur dans le tube RX
Le tube RX est l'élément fragile de l'installation radiologique. Très coûteux, il s'use et
surtout des maladresses de manipulation, que l'on peut rencontrer dans des
situations très banales (vasculaire ou radiologie digestive) peuvent le détruire. La
connaissance de ces problèmes techniques est donc une nécessité.
Expositions répétées
- Expositions espacées
Refroidissement du plateau anodique après échauffement.
Cette courbe représente l'effet de clichés de radiologie osseuse où l'intervalle entre clichés
permet un refroidissement suffisant.
- Expositions rapprochées
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Figure 18 : échauffement avec poses répétées.
Cette courbe montre le résultat de poses rapprochées avec 60 secondes entre
poses. Chaque nouvelle pose survient alors que l'anode n'a pas retrouvé la
température existant auparavant. L'introduction et l'évacuation thermiques sont telles
qu'après six clichés la capacité thermique maximale d'anode est atteinte. Le cliche
suivant risque donc de détériorer ou détruire le plateau anodique.
Les examens les plus dangereux pour l'anode correspondent aux poses répétitives :
- peut nombreuses avec une charge élevée (tomographie ou artériographie de
membres inférieurs sur grand format et surtout scanographie),
- charge limitée mais poses nombreuses
Mort du tube RX
Le tube RX est fragile, s'use et peut être détruit par fausse manœuvre. Il est très
coûteux. Sa protection doit être un souci, même sur les installations modernes.
Dépassement de la capacité d'anode et destruction d'anode
Le métal du plateau anodique et de la piste thermique peut sous l'effet d'une chaleur
excessive :
- d'abord se déformer sous l'action conjointe de la rotation qui peut donner une
accélération localisée de 200 g (g= unité d'accélération terrestre) ;
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- puis se rompre et éclater, brisant le tube de verre.
- Si le moteur d'entraînement ne tourne pas, dans certaines scopies, l'échauffement
en un seul point peut "cratériser" la piste thermique.
Vieillissement du foyer thermique
La répétition d'échauffements-refroidissements de la piste thermique entraîne des
contraintes localisées, un dépoli et même la création de microcraquellures de
surface. La surface émissive du rayonnement X rendue irrégulière ne produit qu'un
faisceau spatialement hétérogène : l'intensité du faisceau X est en partie absorbée
par les irrégularités de surface.
La réduction du faisceau du côté de l'anode porte le nom d'effet talon (talon d'anode)
ou effet heel en anglais.
Avec le temps ce phénomène de cratérisation de l'anode diminue le rendement
émissif du tube ; pour obtenir la même image (c'est-à-dire la même quantité de
rayonnement X) il est nécessaire d'augmenter la charge unitaire.
Cette surcharge progressive, outre une diminution de qualité d'image aggravera la
détérioration de l'anode et précipitera la destruction.
Vieillissement du verre
D'infimes craquellements de l'ampoule, consécutifs à une surchauffe localisée,
peuvent laisser pénétrer des molécules qui diminuent la qualité du vide : le faisceau
d'électrons interagit avec ce gaz, une fluorescence bleue est visible lors du passage
de courant.
Ce phénomène réduit considérablement la quantité de RX émis. Ce "tube bleu" doit
être changé, puisque son contenu devient conducteur et des amorçages se
produisent.
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Le vieillissement du filament
Les filaments soumis à un chauffage prolongé, comme ceux d'une ampoule
d'éclairage, perdent une partie de leur épaisseur de tungstène par évaporation ; la
résistance électrique du filament augmente, donc la température d'émission par effet
thermo-ionique diminue ainsi que le courant tube. Des corrections périodiques de
réglage peuvent être utiles (comparer chaque fois que cela est possible sur
l'Ampèremètre du pupitre l'intensité demandée à celle qui est réellement fournie).
Un des 2 filaments peut même se rompre : le tube ne fournit alors de rayonnement X
que sur l'un des 2 foyers.
La rotation d'anode
Les portées de roulement de l'axe d'anode sont également soumises aux contraintes
d'une rotation à grande vitesse, sous vide et à forte température. Avec le temps,
l'usure rend bruyant ce roulement, certaines positions du tube favorisant ce bruit. Ce
phénomène annonce un grippage donc une mort du tube.
La vitesse de 3 000 t / m à 9 000 t / m est atteinte en près de 1 seconde. Pour
réduire l'usure des roulements, certaines installations envoient un courant inverse
dès la fin de l'exposition. Si une coupure générale d'alimentation survient en cours
d'exposition l'anode peut continuer à tourner ; le freinage sera aisément obtenu en
faisant un nouveau lancement d'anode suivi d'arrêt.
Grille anti diffusante
Principe
Inventée par BUCKY, la grille est constituée par une série de lamelles fines (d = 50
microns environ) opaques aux RX, orientées dans la direction du foyer radio gène et
séparées par des espaces transparents (D = 300 microns environ) également
orientés vers le foyer :
- les rayons X directs émis par le foyer, transmis par l'objet traversent les espaces
transparents de la grille. Les rayons diffusés émis en toutes directions autres que le
foyer sont arrêtés par les lames opaques qu'ils abordent obliquement. Ainsi la grille
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anti diffusante joue un rôle de sélection, éliminant préférentiellement le rayonnement
diffusé.
Figure 23 : sélection du rayonnement transmis.
Réalisation pratique
- Les lames opaques ont une épaisseur transversale, une partie du rayonnement
direct est donc arrêtée. L'épaisseur des lames doit donc être aussi réduite que
possible au regard des espaces transparents. La plus grande opacité (due à la
densité et au Z) permettant des lames opaques mais fines est obtenue avec Plomb
ou Tungstène.
Figure 24 : absorption du rayonnement.
- L'espace radio clair intermédiaire, ayant l'épaisseur de la grille, (H = 3mm), est
constitué d'un matériau mécaniquement résistant, Aluminium, carbone carton ou
matière plastique ; toutefois, l'aluminium épais de 3 mm (épaisseur de la grille)
absorbe une quantité non négligeable du rayonnement direct.
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