3. La Radiologie 3. Imagerie Radiologique 3.1
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3. La Radiologie J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 1 3. Imagerie Radiologique 1. 2. 3. 4. 5. Production des rayons X Interaction photon X/matière Formation de l'image Détecteurs Techniques – Radiographie – Angiographie – Tomodensitométrie Référence:http://www.imagemed.org/cerf/cnr/edicerf/BASES/index.html J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 2 3.1. Production des Rayons X • Tube à rayons X – génération d'électrons • filament de Tungstène • Effet thermo-ionique chauffage→électrons – cible métallique (anode) • plateau tournant • recouvert de tungstène – accélération des électrons • ddp anode-filament – interaction électron/métal – refroidissement J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 3 1 3.1. Production des Rayons X • Interaction électron/métal – 1% de RX, 99% de chaleur – collision d'ionisation → chaleur – photon de fluorescence → raies – rayonnement de freinage (Bremstrahlung) • déviation de trajectoire • perte d'énergie • émission de RX J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 4 3.1. Production des Rayons X • spectre – raies – continu • Rendement faible Puissance appliquée P = U.I U tension d'accélération (kV) I courant éléctronique (mA) W puissance de l'émission RX W = 3.10-6.Z.U1.75.I R rendement R = W/P = 3.10-6.Z.U0.75 R < 1% RX & Chaleur J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 5 3.2. Interaction photon/matière • Effet Photoélectrique – – – – → disparition du photon prépondérant aux basses énergies coefficient. d'interaction = τ dépend du matériau et de l'énergie • Effet Compton → déviation( → flou) & ↓ énergie – coefficient. d'interaction = σ – dépend du matériau et de l'énergie – ↓flou de diffusé avec une grille anti-diffusante • Effet global="atténuation" – coef. d'atténuation global µ= τ + σ + π - loi d'atténuation N ( x ) = N 0e − µ .x − x = N 0 2 CDA CDA = couche de demi atténuatio n; µ.CDA = ln( 2) J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 6 2 3.3. Formation d’images radiologiques • Atténuation sélective du faisceau – une partie de l'énergie a été absorbée – formation d'une image radiante • Caractéristiques du faisceau sortant – fluence énergétique moyenne Fm = k.Z .(I .t ).U d2 2 kZ : ctes(tube) I .t : intensité.tpsdepose = mAs U: tension d : distance – Contraste de l'image radiante F −F c= 1 2 F +F 1 2 – Diffusé section du fx énergie épaisseur traversée J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 7 3.3. Formation d’images radiologiques • loi des projections coniques • loi de confusion des plans J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 8 3.3. Formation d’images radiologiques • Flous – Géométrique – cinétique • temps de pose – de diffusion Réduction du diffusé • focalisation • grille anti-diffusante • distance objet/détecteur J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 9 3 3.3. Formation d’images radiologiques • Modifications du faisceau – Eliminer les RX de basse énergie nuisibles • interposition de filtres (plaques métalliques) – Contraste • tension du tube ⇒ Energie du RX • intensité & temps de pose ⇒ Nombre de RX J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 10 3.4. Détection et Mesures Détecteurs d’ Ionisation: • Emulsion Photographique – Courbe de réponse du film J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 11 3.4. Détection et Mesures • Amplificateur de Brillance Amplificateur de brillance J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 12 4 3.4. Détection et Mesures (Nouveaux Détecteurs) • Écran photo-stimulable J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 13 3.4. Détection et Mesures (Nouveaux Détecteurs) Source: UTC/DESS Technologie Biomédicales hospitalières rapport Supiot-Vedoni; 01-02 • Capteurs plans – Remplacement • du couple écrans-films (imagerie statique) et • dans certains cas l’ensemble amplificateur de brillance –caméra (imagerie dynamique). – Principes • Les capteurs plans utilisent différentes techniques : – – – – conversion directe ou indirecte, matrices de transistors ou CCD, variantes dans le choix des matériaux et dans l’informatique de traitement. Chaque technique présente des avantages et des inconvénients • L’image obtenue immédiatement après l’exposition, et est numérique de taille variable. • Des compromis sont à faire entre la taille du champ et la cadence d’acquisition : aujourd’hui, l’acquisition du dynamique est limitée à des petits champs (inférieur à 23 x 23 cm).. J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 14 3.4. Détection et Mesures (Nouveaux Détecteurs) • Capteurs plans :Capteur à base de sélénium amorphe (méthode indirecte) – un écran fluorescent d’Iodure de Césium CsI avec une structure en aiguilles. – couche • de silicium amorphe, recouvert par • une matrice de photodiodes et de transistors FET (Field Effect Transistor) appelés aussi TFT (Thin Film Transistor). – support en verre – Chaque pixel comprend une photodiode et un transistor. • L’Iodure de Césium convertit les rayons X en lumière et • le silicium amorphe transforme la lumière en signal électrique. • La photodiode chargée initialement à une tension V, est déchargée par le photocourant. Lorsqu’on envoie une impuls ion de commande sur la grille du FET, il devient conducteur. La capacité de la photodiode se recharge au potentiel initial V. Ce courant de recharge se retrouve intégré par l’amplificateur la valeur de sortie est donc proportionnelle à l’expos ition reçue par le pixel entre deux impuls ions de commande. • • – Bonne Absorption RX, pas de rémanence, mais acquistion lente – champ/résolution 20cm/100µm; 40cm/200µm; 12 bits J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 15 5 3.5. Les Méthodes Radiologiques Statique Analogique Radiologie conventionnelle Dynamique radioscopie Radioscopie avec moniteur TV Digitale Radiographie numérisée Angiographie numérisée Tomodensitométrie (scanner X) J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 16 3.5. Les Méthodes Radiologiques •La Radiologie standard Classique Numérique J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 17 3.5. Les Méthodes Radiologiques •l'Angiographie Classique Objectif : voir les vaisseaux •Le problème: –Les vaisseaux (eau) ont la même densité radiologique que les tissus mous –Donc pas de contraste vaisseau/tissu •Méthode: –injection d'un produit de contraste iodé dans le vaisseau –séquence d'images J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 18 6 3.5. Les Méthodes Radiologiques • Angiographie radiologique numérisée – Objectif : augmenter le contraste des vaisseaux – Le problème: • Les vaisseaux (eau) ont la même densité radiologique que les tissus mous • Donc pas de contraste vaisseau/tissu – Méthode: • injection d'un produit de contraste iodé dans le vaisseau • séquence d'images • Le contraste reste insuffisant J.M. Rocchisani Produit de Contraste Imagerie Médicale par Rayonnements 19 3.5. Les Méthodes Radiologiques •Angiographie radiologique numérisée (suite) Méthode: soustraction logarithmique des images – image des structures non vasculaires (masque) – injection d'un produit de contraste iodé, séquence d'images – soustraction logarithmique d'images masque+Produit de Contraste masque ln(masque+PC) J.M. Rocchisani - Produit de Contraste=vaisseaux ln(masque) = ln (PC) Imagerie Médicale par Rayonnements 20 •Angiographie radiologique numérisée( suite) Méthode: soustraction logarithmique des images I0 d I0 d − µ .c.d µ I .e ρ ≈ I (1 − .c.d ) I ρ masque car µ .c.d << 1 ρ masque+PC Soustraction logarithmique Soustraction linéaire µ ∆ ≈ I − I (1 − .c.d ) ρ µ ∆ ≈ I . .c.d ρ M = ln(I ) − µ.c.d µ ) = ln( I ) − .c.d P = ln( I.e ρ ρ ∆=M −P µ ∆ = .c.d ρ dépend de I, donc de l'épaisseur J.M. Rocchisani Produit de Contraste (PC) concentration c µ/ρ PC Ne dépend pas de l'épaisseur Imagerie Médicale par Rayonnements 21 7 •Angiographie radiologique numérisée (suite) C-arm avec amplificateur de Brillance C-arm avec détecteur numérique J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 22 •Angiographie radiologique numérisée (suite) Artères iliaques Artères coronaires Rein: temps Artèriel J.M. Rocchisani Rein: temps parenchymateux Artère carotide Rein: temps veineux Imagerie Médicale par Rayonnements 23 3.5. Les Méthodes Radiologiques la Tomographie •Tomodensitométrie (a.k.a ScannerX, CT) scannerX (TDM) G.Hounsfield, A.McCormack Nobel Médecine 1979 Siretom (1975) J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 24 8 3.5. Les Méthodes Radiologiques la Tomographie •Tomodensitométrie –méthode: recueil d'images autour du sujet, dans un plan 3ième génération J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 25 3.5. Les Méthodes Radiologiques la Tomographie •Tomodensitométrie 4ième génération La couronne de détecteurs est fixe et seul le tube tourne autour de l'objet. J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 26 3.5. Les Méthodes Radiologiques la Tomographie • Tomodensitométrie • Reconstruction numérique de la coupe tomographique – à partir des projections acquises – Algorithme "Rétro-projection des projections filtrées" – Calcul des coefficients d'atténuation dans chaque pixel – Normalisation des coefficients en unité "Hounsfield" – Filtres pré-définis en fonction de la région examinée J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 27 9 3.5. Les Méthodes Radiologiques la Tomographie •Tomodensitométrie : évolution : ScannerX volumique 4ième génération Hélicoïdal Multibarettes J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 28 3.5. Les Méthodes Radiologiques la Tomographie • Acquisition : Le balayage hélicoïdal il est permis par deux paramètres : – la rotation continue d'un tube à rayons X. • Elle est étroitement couplé à un système de détecteurs répartis en couronne autour du lit où repose le patient. – la progression à vitesse constante du lit. • ce balayage permet d'accéder très rapidement à l'acquisition d'informations concernant un volume, puis aux différents traitements secondaires de ces mêmes informations. J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 29 3.5. Les Méthodes Radiologiques la Tomographie J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 30 10 3.5. Les Méthodes Radiologiques la Tomographie •détection J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 31 3.5. Les Méthodes Radiologiques (Tomographie) •Unités Hounsfield et Visualisation (fenétrage) H= µ − µeau .1000 µeau Visualisation par "fenétrage" J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 32 3.5. Les Méthodes Radiologiques (Tomographie) •Applications J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 33 11 3.5. Les Méthodes Radiologiques (Tomographie) Applications Neurologie normal J.M. Rocchisani ischémie Imagerie Médicale par Rayonnements 34 3.5. Les Méthodes Radiologiques (Tomographie) Applications J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 35 3.5. Les Méthodes Radiologiques (Tomographie) Applications nouvelles (angio-scanner) J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 36 12 3.5. Les Méthodes Radiologiques (Tomographie) Applications nouvelles (angio-cardio-scanner) Objectifs: fonction et morphologie cardiaque • voir l'intérieur des artères coronaires (1mm) • 64 barrettes • Synchronisation ECG • segmentation diastole J.M. Rocchisani systole Imagerie Médicale par Rayonnements 37 3.5. Les Méthodes Radiologiques (Tomographie) Développements: Angiographie Numérisée 3D • Acquisition volumique par un faisceau conique • Reconstruction 3D Vaisseaux Tête et Cou J.M. Rocchisani Imagerie Médicale par Rayonnements 38 13
