BTIME – 25.01.17 – L`imagerie par rayons X

BTIME – L'imagerie par rayons X
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25/01/2017
VIGNE Cécile L2
CR : CHAZAL Justine
BTIME
Pr. C. CHAGNAUD
22 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 :
 Etablir 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, elle permet de traiter sous contrôle de l’imagerie notamment avec le scanner)
 Recherche scientifique (anatomie, physiologie, physiopathologie...) sur le corps humain ou chez l'animal.
Plan
A- Introduction
B- Radiologie « conventionnelle » : composition et fonctionnement
I. Généralités
II. Production du faisceau
III. Atténuation
a) Loi de Lambert-Beer
b) Interactions des rayons X avec la matière
IV. Détecteurs
a) Détecteurs analogiques
b) Détecteurs numériques ou numérisés
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
F- Le scanner
G- Conclusion
F. Conclusion

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1- Photographie d’un genou
2- Radiographie
3- Échographie
4- Scanner (Arthroscanner)
5- IRM
6- Scintigraphie
Une image ne rend pas compte de la totalité de l'information que l'on peut avoir. On n’aura que certaines
propriétés/réalités qui différeront selon le procédé physique qui crée l'image.
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), qui va
produire un faisceau de rayon X primaire (2), un objet
(patient) (3) qui va être traversé par le faisceau, un
faisceau de sortie/transmis (4) qui n'a plus les mêmes
propriétés physiques que le faisceau (2) et un détecteur
(5) pour enregistrer le nouveau faisceau et la variation.
C'est une technique très ancienne, elle date de 1896.

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Le tube radiogène est l'objet qui va produire le faisceau de RX.
On bombarde une cible métallique (en tungstène) par un faisceau
d’électrons qui sont accélérés, et lorsqu'ils entrent en contact, ils
produisent des rayons X.
II. Production du faisceau
La production des rayons se fait par deux procédés :
• Un freinage qui est l'interaction entre le noyau (qui compose la cible) et les électrons accélérés incidents.
L’interaction du noyau et de l’électron peut aller du
choc frontal où la totalité de l'énergie de l’électron est
absorbée, avec l’émission d’un photon de freinage. Si
le contact se fait de manière plus éloignée, il y a une
déviation de l’électron avec émission de photon X de
freinage. On obtient un spectre continu, de la valeur
maximum [CR : qui est l’énergie cinétique de
l’électron] à une valeur infime.
En sortie de tube, le rayonnement de très faible énergie disparait rapidement.
• Une fluorescence qui est l'interaction
entre les électrons incidents et les
électrons qui composent la cible.
Les électrons vont interagir avec les
électrons des couches électroniques,
vont être arrachés. Ensuite se produit
le phénomène de
réorganisation/réarrangement des
couches électroniques.
Chaque fois qu'un électron change de couche, il y a une émission de photon X. Le spectre de raie, qui est
discontinu, est caractéristique de la cible.

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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 utilisée et un spectre discontinu (ou spectre de raies)
qui est caractéristique de la nature de la cible.
[CR : les tubes radiogènes modernes sont des tubes à anode tournante. La
cible (l’anode) est mise en rotation de manière à ce que ça ne soit jamais
le même point de métal qui subisse le bombardement électronique. Cela
permet de favoriser la dispersion d’énergie. Un tube a RX a un rendement
faible : 99% de l’énergie absorbée se dégage en chaleur et 1% utilisable].
Les tubes radiogènes quand ils fonctionnent dégagent une chaleur phénoménale, il faut donc l’éliminer grâce à
des systèmes de refroidissement [CR : par de l’eau, de l’air, de l’huile, …]. Le tube radiogène est
« carapaçoné » (enclavé) dans des enveloppes plombées pour éviter d'irradier autour de l'appareil.
[CR : En avant du tube, on trouve un boitier avec des diaphragmes qui permettent de modifier la morphologie
du faisceau. On ne veut pas que le rayonnement se propage. On adapte la morphologie du faisceau à l’objet
étudié sans avoir à l’irradier entièrement.].
On peut modifier la nature du faisceau de rayon X de deux manières :
• On modifie le courant utilisé pour obtenir le RX, c’est-à-dire la quantité d’électrons projetés sur la
cible : Soit en faisant varier l’intensité du courant soit en faisant varier le temps de circulation du
courant (mAmpères par seconde), cela ne modifie pas l’énergie maximale du faisceau mais la quantité
de photons. [CR : Par exemple pour une radio, si on utilise des masses faibles, on aura un cliché sous
exposé ; à l’inverse, si on utilise beaucoup d’électrons, on aura un cliché surexposé].
 Soit en modifiant la différence de potentiel entre la source d’électrons et l’anode (énergie cinétique). On va
augmenter l'énergie maximum des rayons produits. Plus la différence de potentiel est élevée, plus le
spectre va se déplacer vers la droite (haut niveau énergétique).
Les tubes à rayons X travaillent avec des différences de potentiels entre 80 et 140 kV. (Une différence de potentiel
de 140kV nécessite140 000 volts pour sa production). [CR : si on travaille à 140kV, l’énergie maximale d’un
photon X est l’énergie cinétique d’un électron soumis à une ddp de 140kv, soit 140 keV].

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I : intensité du faisceau sortant
I° : intensité du faisceau incident
μ : coefficient linéaire d'atténuation (CLA)
x : épaisseur de l'objet (si on considère un objet
uniquement dans sa structure et dans son
épaisseur)
Le tube à RX va diffuser un faisceau uniforme qui va se propager dans l’air sans modulation, les photons auront
la même énergie. Le principe de la radiographie/radiologie est d’interposer un objet dans ce faisceau et d’observer
ce qu’il se passe. Le faisceau qui sera modulé (ex : par un corps humain), et il y aura des interactions produites
par un phénomène d’atténuation.
Remarque 1 : Faisceau incident = faisceau
primaire : n'a pas de relief (Si on se place
n'importe où, à équidistance du foyer,
l’intensité est la même)
Remarque 2 : L'objet soumis au rayonnement
X est un milieu hétérogène avec des
épaisseurs et constitutions variées.
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. C’est une décroissance exponentielle.
I=I°.e−μx
Donc l'atténuation va varier en fonction du milieu et de l'épaisseur de l'objet. (On considère que l’objet est
uniforme au niveau de sa structure et de son relief.)
Si l’épaisseur est invariante, on a en sortie un faisceau qui est sans relief. Si on a une variation soit de l’épaisseur
soit de la constitution de l'objet, on va avoir un relief dans le faisceau sortant avec des zones plus ou moins
atténuées.