BTIME – 25.01.17 – L`imagerie par rayons X

BTIME – L'imagerie par rayons X
25/01/2017
VIGNE Cécile L2
CR : CHAZAL Justine
BTIME
Pr. C. CHAGNAUD
22 pages
L'imagerie par rayons X
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
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 :
F. Conclusion  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.
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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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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
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)
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.
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[CR : La structure de l’objet peut être hétérogène, c’est-à-dire que l’on peut avoir des épaisseurs constantes mais
avec des sous objets avec des CLA différents : l’atténuation ne sera pas uniforme dans toutes les directions de
l’objet. Là encore on va avoir un faisceau incident qui aura un certain relief]. Cela représente la réalité du corps
humain qui est un milieu composite.
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 Découvert par A. Einstein
Effet Compton
Effet photo-électrique : Un photon X va interagir avec un électron d'une couche profonde, avec absorption
complète de l'énergie du photon X et éjection de cet électron de la couche profonde. [CR : cil va ensuite y avoir
un certain nombre de réarrangement dans les couches électroniques qui aboutiront à l’émission d’un photon de
fluorescence]
La masse volumique est proportionnelle au cube du numéro atomique de
l'objet et inversement proportionnelle au cube de l’énergie du faisceau.
(Formule à ne pas apprendre) [CR : il y a un rôle prépondérant du numéro atomique]
Quand l'énergie augmente = le coefficient linéaire d’atténuation par effet photo électrique s'effondre rapidement.
C’est un phénomène qui prédomine aux énergies relativement basses.
L'effet photo électrique prédomine aux faibles énergies (<50keV). Il y a un rôle très important du numéro
atomique et de l'énergie du faisceau. Il n'y a pas de rayonnement diffusé.
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Effet Compton : C’est un phénomène qui se produit sur les
couches plus périphériques. [CR : Le photon X ne va pas
être absorbé, il va simplement transférer une partie de son
énergie] à un électron de couche externe (qui va être éjecté ;
c’est l’électron Compton). Le photon X va être dévié
(phénomène de diffusion) et il va être réémis [CR : dans
une direction aléatoire qui est généralement plutôt proche
de sa trajectoire initiale mais qui peut en pratique aller]
dans n’importe quelle direction, y compris repartir en sens
inverse = rétrodiffusé), on l'appelle le photon diffusé.
Ce photon diffusé est à l'origine de nos malheurs en
radioprotection car c'est ce dernier qui irradie le personnel
médical autour des patients, il est émis par le patient. (C’est
pourquoi les radiologues portent un tablier de plomb quand ils sont obligés d’être à proximité du patient).
Lorsque l'énergie augmente, il y a diminution plus lente de l'atténuation.
L'effet Compton prédomine aux hautes énergies (>120keV). Il y a de faibles variations aux énergies et c'est
une source de rayonnement diffusé.
Remarque : ces deux effets n'interviennent pas aux mêmes énergies et dépendent du numéro atomique ainsi que
de l'énergie du faisceau incident.
Densité physique et densité radiologique :


La densité dans le langage scientifique courant signifie la masse volumique.
En radiologie on parle de densité en référence au coefficient linéaire d'atténuation. (Atténuation des
rayons X)
La densité/masse volumique et la densité atténuation varient dans le même sens mais pas de manière linéaire
car cela dépend beaucoup de l'énergie et du numéro atomique.
Le relief du faisceau émergent (à intensité ondulée), aussi appelé l'image radiante, est quelque chose de virtuel
car nous ne le voyons pas à la vue.
Comment va-t-on révéler l'information ? Par un détecteur sensible au rayonnement X.
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IV. Détecteurs
a) Détecteurs analogiques
• Écrans fluorescents : Ce sont les premiers qui ont permis la découverte des rayons X.
L'écran est mis sur le patient. Le médecin regarde l'image directement, il doit être dans le
noir car la fluorescence (ou la luminosité de l'écran) émise est extrêmement faible.
On voit sur l'image que dans les débuts de la radiologie, le médecin tenait l'écran à la main,
ce qui est bien évidemment interdit aujourd'hui à cause des risques encourus. [CR : les
premiers radiologues mourraient de cancers dans des souffrances terribles à cause des
radiations. Il n’y avait pas de notion de radioprotection].
• Papier photographique (A servi pour réaliser la première image en 1896).
• Film radiographique : C'est un film photographique particulier car très généralement on utilise du film
recouvert d'émulsion de bromure d'argent sur ces 2 faces. (Comme ça il y a interaction du rayons X à la
fois à la face postérieure et antérieure). Aujourd'hui il est interdit d'utiliser le film radiographique en
exposition direct (sauf en radiologie dentaire), il doit être utilisé sous forme de couple écran/film, on met
ce film à l'intérieur d'une cassette.
• Couple écran/film
Cette cassette se repliait sur le film. [CR : Les 2 faces blanches sont des écrans
fluorescents que l’on appelle « écrans renforçateurs », qui ont la particularité de
s’illuminer lorsqu’ils sont soumis aux RX. En pratique, le film radiographique dans cette
condition là était très peu impressionné par le rayonnement X mais par la lumière qui
était récupérée sur les écrans fluorescents.]. Ces écrans ont pour mission de transformer
le rayons X en rayonnement lumineux pour augmenter le rendement du dispositif. On
met des écrans renforçateurs à la face antérieure et face postérieure du film et ces écrans
renforçateurs sont fluorescents. Interaction entre rayons X et écrans renforçateurs qui va
émettre une lumière. (Visible ou proche visible) qui vient éclairer la face antérieure du film et de même pour la
face postérieure.
De cette manière-là, on augmente le rendement d'un facteur de 100.
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• Tube amplificateur de brillance :
Il y a 2 écrans : un écran primaire [CR : écran
fluorescent] qui est situé à la face antérieure (au
contact du patient) et un écran secondaire.
Le principe est de transformer l'image radiante,
photonique en une image électronique.
Les électrons vont être accélérés dans
l'amplificateur de brillance par une différence de
potentiel entre l'écran primaire et l'écran secondaire
(à la face postérieure) et on va concentrer ce faisceau
électronique par des lentilles électroniques de
manière à le connecter sur une surface beaucoup plus petite (diamètre de 4 à 5cm).
Sur l'écran secondaire va apparaître une image qui est une image inversée par rapport à l'écran primaire, mais
avec une luminosité qui est de l'ordre 10 000 fois supérieure à celle qui se formerait sur l'écran fluorescent.
Cette image peut être regardée à l'œil nu par un médecin.
Pour pouvoir analyser, enregistrer cette image par amplification de brillance :
- On peut tout simplement utiliser un appareil photographique qui photographie l’image qui se forme sur l'écran
secondaire = Ampli-photographie (10x10) avec une cadence de 3 à 4 images par seconde, on s'en servait pour
les radios thoraciques et en radiologie vasculaire.
- On peut le filmer avec une caméra de cinéma (36mm). Le radio cinéma permet d'avoir jusqu'à 50 images par
seconde, utilisé pour faire de la coronarographie, ventriculographie, pour analyser la déglutition et la mobilité de
l’œsophage
- On peut utiliser un tube analyseur d'image (le plus utilisé). Cela consiste à placer derrière l'écran secondaire
un tube analyseur image, c'est à dire une caméra de télévision, et de retransmettre l'image sur un écran. On parle
de scopie télévisée. C’est cette méthode qui est utilisée aujourd’hui.
b) Détecteurs numériques ou numérisés
Le premier système numérique utilisé est la numérisation du signal vidéo d'un amplificateur de brillance
• Numérisation du signal vidéo d'un AB (=amplificateur de brillance). Cela consiste à numériser le signal vidéo
de la caméra de tv branchée sur l'amplificateur de brillance. [CR : permet un traitement d’image très facilement]
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• Écrans radio-luminescents à mémoire (ERLM)
(appelés « écran au phosphore » mais n'en
contiennent pas)
Ce sont des écrans qui emmagasinent l’énergie du
faisceau et la restituent par un phénomène de
phosphorescence. Le problème, c’est que la
phosphorescence prend du temps (c’est de la
fluorescence retardée). Il y a une technique qui
permet d’accélérer le phénomène et de l’enregistrer
dans un ordinateur comme image numérique.
La cassette est utilisable immédiatement après.
• Les tambours au sélénium (très peu utilisés)
• Capteurs plan matriciels/numériques (très utilisés). [CR : ils sont extrêmement couteux mais ont l’avantage
de ne pas nécessiter de traitement particulier pour fournir l’information]. Reliés soit par câble ou wifi à
un ordinateur, produisent une image de manière instantanée (pas de phase de balayage par un faisceau
laser, pas de traitement numérique). L'image est immédiatement disponible.
Ils peuvent être mobiles ou intégrés à une table de radiologie.
• Chambre à fils de Charpak : Est un dispositif qui est extrêmement sensible de détection. [CR : avec un
excellent rendement. On retrouve ces chambres à fils dans le système EOS dans le service de radiologie
pédiatrique à la Timone. Il a l’avantage de réduire considérablement l’irradiation]. Il y a une très faible
irradiation pour les patients, ce dispositif fonctionne par balayage c'est à dire qu'il y a un faisceau plat qui
balaye le patient de haut en bas ou de bas en haut, et un détecteur qui se déplace parallèlement à la source de
rayon X.
Permet de faire radiographie du corps en entier (utilisé en orthopédie : analyse des angles du genou et analyse
des courbures du rachis)
Il y a eu une sur-incidence du cancer du sein chez les filles qui avaient été suivies pour scoliose avec des procédés
analogiques anciens.
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C- Corps humain vis-à-vis des rayonnement X
En pratique :
• Composition naturelle du corps humain :
Air-gaz (tube digestif, voies aériennes)
Graisse (tissu adipeux, moelle osseuse)
Eau (tissu non adipeux et non minéralisé) [CR : c’est l’élément
prépondérant car non cellules en sont remplies]
Os minéralisé (numéro atomique du calcium : 20) [CR : atténuation
beaucoup plus importante que l’eau]
• Composants artificiels :
-
Corps étrangers métalliques (projectiles, implants)
Produits de contrastes radiologiques.
Sur le film ou l'écran : 4 + 1 tonalités radiologiques (relatives)
-
Tonalité gazeuse ou aérique (le plus foncé à l'image) (le moins atténuant)
Tonalité graisseuse (gris foncé)
Tonalité hydrique (gris claire)
Tonalité calcique (blanc) (très atténuant)
Tonalité métallique, toujours artificielle (très blanc)
[CR : Sur le premier cliché : 4 niveaux de gris (en réalité, il y en a beaucoup plus, mais l’œil peut percevoir
environ 16 niveaux de gris). Sur le second cliché, on a une 5ème tonalité : la tonalité métallique lié aux prothèses
totales de hanches].
4 tonalités naturelles et 1 artificielle.
Ces tonalités sont relatives les unes par rapport aux autres, il n’y a pas de tonalité absolue.
Il faut avoir différentes tonalités pour dire celle-ci est plutôt graisseuse ou plutôt hydrique...
Le contraste (= luminosité d'un écran) entre les tonalités, est variable. Cela va dépendre de la manière dont on
réalise le cliché et la manière de visualiser sur l'écran.
On peut modifier soit la quantité soit la qualité du rayonnement X :
-
Si on augmente le nombre de photon X, l'image va apparaître plus foncée, car plus de photons arrivent sur
le détecteur et si on utilise peu de photon, l'image apparaitra plus blanche.
-
Si on utilise des rayons X à haute énergie, l'image sera beaucoup moins contrastée et les différences de
niveau de gris entre les différentes tonalités seront moins importantes.
-
Si on utilise des rayons X à faible énergie, on augmente le contraste de l'image (effet photo électrique).
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L’œil humain se trompe parfois…
Physiologie du cerveau : L’illusion d'optique
Par exemple, sur le dessin ci-contre, si on nous demande
quelle est la case la plus foncée, n'importe quel humain
normalement constitué répondra que la case A. En réalité
les cases A et B ont exactement le même niveau de gris.
[CR : Cela est lié à un phénomène dans notre cerveau
qui apprécie les niveaux de gris par le contraste. Tant
que la case est à côté d’une case claire, elle va nous
apparaître plus foncée. Au contraire, la case B qui est à côté de cases plus foncées va nous apparaître plus
blanche.] Cela intervient en permanence lorsqu’on regarde une image radiographique [CR : puisque cette image
est une succession de plages qi ont des tonalités différentes. Notre perception du niveau de gris dans l’image va
être faussée par ce phénomène. C’est notre expérience qui permettra d’analyser les images].
Notre cerveau relativise le niveau de gris d'une zone en fonction des niveaux de gris qui l'entourent.
(Relativité et subjectivité ++)
D'autres effets optiques : Prolongement de ligne, et complète les cercles.
D- Bases physiques
[CR : le phénomène fondamental est un phénomène de tangence entre
le faisceau et les interfaces à l’intérieur de l’objet].
Par endroit, on a des variations de tonalité brutales. A d'autres endroits,
on a des dégradés pas forcement perceptibles.
Pour comprendre comment vont se
former ces images avec des plages nettes
ou des dégradés, imaginons un verre
avec de l'huile et de l'eau :
Incidence axiale : faisceau de rayon X qui a une direction verticale.
L'image est un cercle qui va avoir une tonalité homogène car
l'épaisseur d'eau et d'huile traversée est la même, quelle que soit la
direction du faisceau. [CR : il n’y a aucun relief et aucune rupture
nette d’atténuation.].
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BTIME – L'imagerie par rayons X
Tube incliné à 45° sur l'horizontale : On obtiendra une ellipse dégradée
continue car on a d'abord une faible épaisseur d'eau et cette épaisseur va
augmenter progressivement, puis on a toujours la même quantité d'eau puis une
petite épaisseur d'huile, et on continue puis on repart en sens inverse. [CR :
aucune rupture de niveaux de gris].
Cliché horizontal : On obtient une image rectangulaire avec une plage de
tonalité homogène de deux couleurs différentes, il y a une limite nette entre les
deux plages appelée « bord » en radiologie.
Pour le voir, il faut 2 conditions :
• Que dans l'objet il y ait 2 sous objets qui ont des niveaux d'atténuation (CLA) très différents l'un de l'autre.
• Que le faisceau soit tangent à l'interface entre les deux sous objets.
On reproduit la même expérience avec : un verre d'huile avec un papier d'aluminium.
(1) Image homogène, on a un cercle et pas de bord
(2) Image hétérogène, on a une ellipse avec un dégradé progressif
(3) Image homogène, on a un rectangle et on obtient une « ligne » (on n'appelle pas ça un bord)
Pour avoir une ligne : objet lamellaire très fin avec un coefficient d’atténuation très différent du milieu dans lequel
il est situé, et que le faisceau soit tangent.
Si l'objet est plus épais (quelques mm), on appelle ça une « bande ».
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Rappel de terminologie :
Dans les clichés radiographiques on ne parle pas de tonalité mais de clarté et d'opacité. [CR : quand on parle
de radio clarté ou de de radio opacité, on ne fait par référence à l’image mais à l’objet qui produit cette
image].
On a un paradoxe :
Quand quelque chose qui apparaît blanc :
on parle d'opacité, (image d'un objet qui
est opaque au rayon X).
Quand quelque chose qui apparaît foncé :
on parle de clarté (image claire car l'objet
qui a donné naissance à l'image est clair e
vis à vis du rayon X il est dit radio
transparent.)
En scanner, on parle d'hypodensité ou
d'hyperdensité.
Limite :
Bord : limite nette entre 2 plages de tonalités différentes
Ligne : limite nette entre 2 plages de même tonalité
Bande : comme une ligne mais en plus épais
E- Avantages et inconvénients du radiodiagnostic
IAvantages
Les images sont informatrices s'il existe des contrastes naturels entre les éléments anatomiques qui constituent
le segment du corps humain qui nous intéresse.
Par exemple, cela est avantageux pour le thorax, le contraste étant important avec :
-
Gaz : air dans les voies aériennes (bronches, trachée) et alvéoles
Eau : tissus de soutien, vaisseaux, cœur, diaphragme...
On a également de l'os (les côtes) qui peuvent gêner, sauf si c'est ce qu'on souhaite
regarder. On voit mal les bronches car elles sont gorgées d'air.
[CR : C’est une des raisons pour laquelle la radiologie du thorax est encore très
largement utilisée, c’est parce qu’on a un contraste naturel].
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BTIME – L'imagerie par rayons X
C'est également avantageux pour le squelette, le contraste étant important
avec :
-
Calcium : tissu osseux minéralisé
Eau : muscles, cartilages, épanchements
Graisse : comblement entre les muscles.
Photo d’un coude traumatisé : épanchement hydrique (sang dans la cavité
péri articulaire) qui refoule la graisse péri-articulaire.
Radiographie et radioscopie standard : photo droite : selle turcique, masse calcifiée (tumeur)
La sémiologie est basée sur des signes directs comme la détection d'opacités ou de clartés anormales (parasites
kystes, métastases calcifiées...).
Elle est également basée sur des signes indirects comme la déformation des structures osseuses et le
déplacement des calcifications normales.
(Radio du crane de face, date de 1924), calcification de la glande pinéale déplacée par
une masse (tumeur ?).
Chez l'adulte, il y a des structures du cerveau qui se calcifient comme la glande
pinéale.
Exemple : si l'on observe une selle turcique à double fond, cela peut signifier qu'il y a
une tumeur d'une moitié latérale de l'hypophyse.
On ne voit pas directement la lésion mais on l’imagine grâce au déplacement des structures annexes. [CR : On
analyse les conséquences de la lésion sur les structures osseuses normales].
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II-
Limites
C'est une sémiologie qui a certes, une excellente résolution spatiale, mais il y a beaucoup de superpositions
multiples (côtes qui se superposent au parenchyme pulmonaire).
On a pour certains organes une résolution en densité qui est médiocre : c'est le cas des parenchymes pleins, des
canaux (vasculaires, biliaires, urinaires...) qui se comportent de la même manière vis à vis des rayons X et où il
n'y a pas de contraste ente les structures anatomiques et les processus pathologiques qui se développent à
l'intérieur de ces organes pleins, ont un comportement vis à vis des rayons X qui sont très voisins.
Ex : Une tumeur du foie sera indistinguable en radiographie, sauf si elle est calcifiée. [CR : sans calcification, il
n’y a aucun contraste entre le nodule tumoral et le foie].
Beaucoup de structures anatomiques et pathologiques se comportent comme de l'eau vis à vis des rayons X, et
on n'obtient pas de contraste pour les détecter.
D'où l’intérêt de modifier artificiellement le contraste à l'intérieur du corps humain.
III-
Solutions proposées
-Pour régler le problème des superpositions, on a créé la tomographie (= imagerie en coupe). On déplace en sens
opposé le détecteur et l’orientation du faisceau pour avoir un plan net et des plans flous au-dessus (extrêmement
irradiant) [CR : c’est la tomographie par effacement. C’est aujourd’hui très peu utilisé à cause de l’irradiation].
-Pour régler le problème de résolution en densité (ou problème de contraste), on a inventé les produits de
contrastes.
-Pour régler les deux problèmes d'un coup, on utilise la tomodensitométrie.
Examens avec contrastes :
Le principe est l'introduction dans l'organisme d'agents de contrastes destinés à rendre visible des structures
anatomiques qui ne le sont pas naturellement.
On a des contraintes physiques comme la consistance du produit injecté, la tolérance par l'organisme
(allergies aux produits iodés) et les modes d'introduction.
Certains produits de contraste persistent toute la vie dans la moelle osseuse, rate, foie ..., d'où l'importance de la
tolérance.
Le Torium radioactif, n’est plus utilisé. Il était utilisé pour faire des angiographies.
On utilise en contraste positifs : (Ils ont des valeurs On utilise des contrastes négatifs :
d’atténuation élevées)
Sulfate de Baryum (Ba56) = baryte (tube digestif)
PdC Iodés (I53)
Air (très utilisé en radiologie digestive et
ostéoarticulaire)
CO, CO2
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Pour introduire à l'intérieur du corps humain les produits de contrastes, tous les moyens ont été utilisés :
Ingestion : (ex : sulfate de baryum à l'état liquide) pour faire un transit de l’œsophage, gastro-duodénal ou des
anses grêles.
Sur l'image, on a un transit qui est en double
contraste : on utilise à la fois de la baryte par
ingestion qui va apparaître blanche sur l'image et
également un gaz (capsule effervescente pour
distendre l'organe creux.)
1
Inhalation : pour tapisser les bronches1 (bronchographie).
2
Cathétérisme d'orifices :
-
Galactophore2 (sein)
Voies lacrymales
Canaux salivaires3 (sialographie)
Rectum (Lavement baryté double contraste)
Utérus (aussi utilisé pour examiner la perméabilité des trompes : Hystéro salpyngographie)
3
[CR : Il est utilisé en cas d’inferilité car s’il n’y a pas de perméabilité, il n’y a pas de grossesse possible].
Ponction percutanée +/- cathétérismes
-
D'un vaisseau (artère, veine, lymphatique)
D’une autre structure canalaire (voie biliaires et urinaires)
D'une cavité close (articulation et kyste).
CR : Artériographie
cérébrale
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BTIME – L'imagerie par rayons X
Technique de dénudation :
- Lymphographie (vaisseau lymphatique) : On dénude le dos du pied pour trouver un canal
lymphatique sous la peau, on injecte un colorant résorbé par le système lymphatique. On
pouvait, du coup, voir à travers la peau les canaux lymphatiques, et lorsqu'on en voyait un de
taille suffisante, [CR : on attaque une dissection du dos du pied pour individualiser les
vaisseaux lymphatiques], on injecte dans ce dernier un produit de contraste. [CR : il fallait 2h pour
injecter le produit. On le voyait progresser à l’intérieur du membre inférieur. On faisait ensuite revenir les patients
quelques jours après pour observer l’opacification des ganglions au niveau du pelvis]
-
D'une autre structure canalaire (voies séminales) : cet examen n’est plus pratiqué
à cause du risque de sclérose séminale.
Ponction percutanée d'un organe via splénoportographie, qui permettait de voir
la veine splénique et le tronc porte, mais cette technique n'est plus pratiquée car il y a un
risque de faire exploser la rate en injectant le produit de contraste.
-
Ponction percutanée d'un organe (phlébographie pertrochantérienne)
Utilisée pour rechercher l’ostéonécrose de la tête fémorale et pour voir des
thromboses veineuses, des phlébites. (On introduit sous anesthésie générale
[CR : car la douleur de l’injection du PdC dans l’os est intolérable] un trocart
à l’intérieur de la tête fémorale pour injecter le produit de contraste. Cet examen
n’est plus réalisé aujourd’hui). [CR : il y avait un contrôle de la pression au
manomètre].
Exemple pour l'appareil urinaire :
1
Méthode physiologique1 : urographie intra veineuse
Injection intraveineuse du produit de contraste qui est éliminé par filtration
glomérulaire. On obtient donc progressivement de l'urine radio-transparente qui va d'abord
apparaître au niveau des reins, ensuite des uretères puis de la vessie et de l’urètre.
-
Méthode rétrograde : mettre une sonde et injecter à contrecourant du produit de contraste.
(Dans l'urètre) [CR : Cette méthode est couramment utilisée pour rechercher les reflux vésicourétéraux chez les futurs transplantés rénaux. Une autre méthode rétrograde, plutôt réalisée par
les urologues, consiste à mettre un endoscope à l’intérieur de la vessie et à aller cathétériser le
méat urétéral et opacifier à contre-courant l’uretère et les cavités intra-rénales.].
-
Ponction directe : on injecte le produit avec une aiguille dans un bassinet ou un calice (plus besoin de
nos jours pour diagnostique car on a l’imagerie en coupe).
-
Néphrostomie = dérivation des voies urinaires : on met une aiguille dans un calice rénal pour évacuer
artificiellement les urines. Cette technique est utilisée de nos jours en thérapeutique. [CR : Méthode percutanée
antérograde].
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BTIME – L'imagerie par rayons X
Radiologie avec contraste : objectifs
-
Étude des déplacement anormaux des organes dans l'organisme (Les vaisseaux qui se déplacent au niveau
des tumeurs)
Étude des déplacements anormaux des conduits dans un organe (Foie)
Étude des parois et de la lumière des organes creux (pour colon et la paroi vasculaire)
Étude de la vascularisation des parenchymes et de lésions s'y développant (par artériographie)
Les installations :
-
-
Appareils mobiles de radiologie : radiographie au lit (Clichés médiocres)
Salle os- poumons (plateau flottant [CR : plateau bloqué par des électro-aimants sur lequel s’allonge le
patient. On peut déplacer le plateau. C’est généralement couplé à un deuxième dispositif vertical qui
permet de faire des radiographies du thorax])
Table télécommandée : on peut la commander à distance avec laquelle on peut déplacer le patient et le
tube peut s'incliner.
Orthopanthomographe (permet faire des clichés déroulés du massif facial)
Mammographie : radiographie du sein comprimant le sein entre deux plaques
Arceau de bloc opératoire (sert à faire de la radioscopie [CR : très utilisé en chirurgie osseuse et vasculaire
pour les différents contrôles])
Table de radiologie vasculaire
Table de radiologie vasculaire biplan
Tomodensitométrie à RX : Tomographie axiale transverse assisté par un ordinateur [CR : Petite histoire : le premier
scanner était « l’EMI-scanner ». EMI est un éditeur de disque qui à l’époque produisait les Beatles et, pour diversifier son activité, a
monté un laboratoire de recherche qui a mis au point après quelques années de recherches, le premier scanner].
-
1917 : transformée de Radon
50's : travaux de Allen M. Cormack
60's travaux de Godfrey Hounsfield
1972 : premier appareil à Londres
F. Le Scanner
Il donne des images en coupe. Il permet d’être beaucoup plus
discriminant en matière de Coefficient linéaire d’atténuation et d’avoir
une meilleure résolution en matière de densité que la radiologie
conventionnelle.
Ex : les tumeurs cérébrales n’ont pas exactement la même densité, le
même CLA que le cerveau lui-même. Le scanner est donc un bon outil
pour les localiser.
Principe général : reconstruction d'une image à partir de projection multiples (transformé de Radon) de l’objet,
selon différents plans.
-
Mesure du coefficient d'atténuation de volumes élémentaires (voxel), représenté sur l’image sous la forme
-1
d'un pixel, exprimé en [UH] au lieu de [m ]
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BTIME – L'imagerie par rayons X
-
Atténuation en UH = 1000 x (μ-μeau) /μeau
Le scanner est donc composé d’un tube à Rayons X solidaire de l’anneau qui
tourne sur lui-même. En face du tube se trouve une rangée de détecteurs qui vont
enregistrer les signaux transmis (les photons qui n’ont pas été atténués).
La rétroprojection (passage rapide du prof)
[CR : la rétroprojection filtrée est un procédé mathématique de type géométrique qui permettait d’aller très
vite. Le problème dans ce cas est de pouvoir faire les calculs. Aujourd’hui les capteurs sont tellement puissants
qu’on utilise la reconstruction itérative qui résout des millions d’équations extrêmement complexes.]
Le problème de la rétroprojection non filtrée est que l’image d’un point est une étoile.
La filtration permet de modifier le profil de projection pour que l’image finale soit la plus semblable possible à
l’objet de départ.
A l’époque des premiers scanners, ceux-ci ne comptaient qu’une seule rangée de détecteurs, aujourd’hui ils ont
entre 16 et 128 rangées en fonction de leur résolution ce qui permet d’analyser des volumes beaucoup plus
importants en même temps. Ex : l’imagerie cardiaque qui nécessite une grande précision.
C’est ce dispositif que l’on a
actuellement, avec une
rotation à 360° autour du
patient immobile, ce qui est
très rapide et les données sont
traitées mathématiquement
par ordinateur pratiquement
en instantané. [CR : ça va 100
à 200 fois plus vite que pour
les premiers scanners].
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BTIME – L'imagerie par rayons X
Les Progrès du scanner :
1972
FOV : 20cm
Matrice 80x80
Epaisseur coupe 10 mm
Rotation 4'
Temps de reconstruction : une nuit
8 niveau de gris
On voyait à peine les hématomes et quelques
tumeurs.
CR : la résolution est « pourrie »,
on ne voyait que les hémorragies,
éventuellement les tumeurs mais à
l’époque, tout le monde était ébahi
devant ça.
2011
FOV : 50cm
Matrice 1024x1024
Epaisseur coupe 0,6mm
Rotation 0,33''
Temps de reconstruction : 30i/sec
Image : scanner du rocher
CR : Scanner du rocher. On
considère qu’un scanner est bon
quand on voit la branche de
l’étrier qui est pratiquement la
structure la plus fine de
l’organisme.
Une image tomodensitométrique peut être représentée avec des
niveaux de gris différents.
Au départ l’échelle variait de -1000 (atténuation de l’air) à +1000
(atténuation des corticales denses). Actuellement les scanners
travaillent sur 4000 niveaux.
Quand on fait une acquisition on n’utilise pas systématiquement
tous les niveaux de gris : on utilise un fenêtrage adapté aux
structures auxquelles on s’intéresse.
Ex : pour un scanner du rocher, les structures sont très différentes
les unes des autres (air, os). On va étaler les niveaux de gris au
maximum.
Au contraire lorsque l’on veut étudier le parenchyme hépatique
où les structures normales et pathologique ont des CLA qui sont
proches les uns des autres, on ne va étaler les niveaux de gris que
sur des petites tranches de CLA en négligeant toutes les
structures plus denses et moins denses comme les os ou l’air.
Image : trois exemples de fenêtrages plus ou moins larges.
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BTIME – L'imagerie par rayons X
Indications du scanner : pratiquement tous les
organes
Sans préparation
-Produits de contraste (eau, PdC Iodé dilué)
-balisage du tube digestif
-injection IV
-repérage des structures vasculaires
-analyse des structures vasculaires : angio-TDM
-analyse de la vascularisation et du type de
vascularisation d’une lésion
Image en haut à gauche : sans produit de contraste.
Autres images : analyse après différents temps après injection de
produit de contraste iodé.
(Marquage au niveau de l’aorte puis du tronc porte puis des reins)
A l’apparition du scanner, les coupes étaient de 1cm d’épaisseur ; maintenant on peut en faire jusqu’à 0,05mm
d’épaisseur, et à chaque examen on en produit des milliers en même temps. Elles seront ensuite traitées par logiciel
(reformatage, analyses).
-Traitement de l’image
-Reconstructions 2D : MPR
-Reconstructions 3D : MIP, mini-MIP, VRD
F- Conclusion
Limites :
- Il y a des limites comme toutes techniques
- seulement des images produites et non la réalité (il faut se méfier des artéfacts, plusieurs images peuvent
correspondre à un même objet)
Il faut bien comprendre comment les images des scanners sont produites afin de se méfier des artéfacts qui
pourraient perturber notre diagnostic/pronostic.
Ca y est c’est le dernier cours du quad :D
Dédicace à Nico qui m’a supportée pendant ces 2 heures intenses et à Justine qui va devoir relire tout ça.
A mes petits amours Jadou, Léa, Pierre, Antoine, Gaël, Guigui (et ta fourrure)
Aux co-stagiaires de l’ambiance Fiona, Juju et Antoine (même si j’en peux plus de toi :p)
A la team descente qui va ambiancer tout le CRIT en avril <3
A la grande grande TAMille
Et le meilleur pour la fin à, l’APOCARLYPSE !!
Bon courage à tous pour les révisions et les exams, on va y arriver promis :3
CR : Dernière relecture du quad !! Merci pour ce ronéo Cécile ! Bon courage à tous pour les révisions :)
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