Les bases physiques de l'imagerie radiologiqueRadiographie 1895 RentgenDcouverte des proprits des rayons X par Roentgen. Les rayons X permettent de voir uniquement l'os, le poumon et les produits de contraste artificiels.L'image radiologiqueProcd dimagerie utilisant des Rayons X 1895 (Rontgen) 1995composants de la chane image radiologiqueCalculateurMoniteurTube metteur de rayons XEnsemble de collimationDtecteurLa production des Rayons Xrappelsle tube radiogne (Coolidge 1906)le spectre continule spectre de raiesProduction des Rayons XOn bombarde une cible mtallique (anode) par un faisceau dlectrons acclrs.RX+-icathode+- UanodeZDeux mcanismes simultans vont se produirevidePe= k i Z U2avec k = 10-9U = 30 160 kVLa Fluorescencephoton Xlectron extrieur ou plus priphriqueSpectre de RAIES(sauts quantiques) (valeur fonction du type datome de la cible)Emis= Edest.- Eorig.Le rayonnement de freinageLnergie cintique perdue est fonction de la distance dentre trajectoire et axe du noyau. Spectre CONTINU(valeur maximale Emax= Ecin.de la particule incidente) Ecin.e-photon XdInteraction : attnuation Effet Compton : si forte nergie interaction avec e-priphriques photons diffuss Effet photo-lectrique e-profonds absorptionphoton incidentlectron Comptonphoton diffus+ 180+9010040eauKev 0,10,2 plage de prdominance Comptonplage de prdominance photolectrique Spectre des Rayons XdNdEESpectre de RAIESEL EKSpectre CONTINUEmaxautoabsorptionUn peu de technologie Dissipation importante de chaleur Puissance mise : Pe= k i Z U2 Puissance consomme : Pc= Ui Pc>> PePe/ Pc 1 % Refroidissement indispensable Limiter lusure prmature(cratrisation)Un peu de technologie Dissipation importante de chaleur Puissance mise : Pe= k i Z U2 Puissance consomme : Pc= Ui Pc>> PePe/ Pc 1 % Refroidissement indispensable Mtal rsistant (Tungstne : Tf=3600C) Fluide caloporteur Anode tournante (disque biseaut)Lanode tournante9000 t/mincathodeanodeRXe-Limage radiologiquela formationObjet faibleImage ReproduiteLimage radiologiqueImage de lattnuation dun faisceau de rayons X par le tissu traversTube RXDtecteurImage Radiante levImagerie dattnuation Limageradiologiquenestpaslimagede lobjetlui-mmemaislaprojectionsurun plandesvaleurs descoefficients dattnuationdechaquestructureatteinte par les rayons X.Le film RX : le dtecteurLe film photographique constitue le dtecteur classique en radiologie.RXsupport plastique transparentmulsionMolcule dargent Rvlation, Fixation et LavageIon Ag+ qui devient opaque par rvlationDifficults de vocabulairePar analogie avec la lumire : Quand les rayons X atteignent le film, ils provoquent un noircissement, mais comme ils ont travers le corps, on parle de clart Dans les zones non exposes, le film reste transparent, mais comme les rayons ont tarrts on parle d'opacitLimage radiologiquede la thorie la pratiqueEtapes de la formationde limage (1) effet photo-lectrique un seul photonTube RXObjetDtecteureffet binaire : 1 ou 0 : tout ou rienarrtEtapes de la formationde limage (2) effet photo-lectrique beaucoup de photonsTube RXObjetDtecteurmodulation : somme deffets binairesImages lmentairesBordLigneBandeCercleClartOpacitSigne de la silhouetteFaceProfild Fluence (E/S)VEnergie des photonsIou tNombre de photonsNoircissement Facteur ParamtreDe quoi dpend la modulation ? Puissance mise par le tube Pe= Energie reue par le dtecteurE=221. . . V I Z k2221. 41. . . .dt V I Z kformation gomtrique de limageradianted0dLquation d'attnuationL'attnuation dpend de et xI = Io . e - xLe noircissement du film est la traduction visuelle des variations locales du facteur d'attnuation.Les variations de Les coefficients dattnuation : Z4,5/ E3,5 (photo-lect.) E, varie peu avec Z (Compton) Les principaux milieux : les os (sternum, ctes et rachis) les tissus mous et le sang (quivalents leau) lair dans les voies respiratoiresCourbes de selon Z100 keV 10 keV 1 MeVeauairCaPCuEPbComptonAttnuation globale10,2. 10-3m2.kg-110,6. 10-3m2.kg-140017,5. 10-3m2.kg-116,7. 10-3m2.kg-110054,1. 10-3m2.kg-124,5.10-3m2.kg-140/ Os / Tissu mou Energie(keV)influence de E sur le contrasteInfluence de , x et EObjetImage lev faiblex moyenx levx "seuil"nergie levexContraste entre 2 objets Diffrence paisseur et Z paisseur totale traverse : compression Prdominance paisseur / Z selon KV DiffusII 12grande paisseur faible paisseur x x21x x21I1I2II12I2I1basse tensionhaute tensionZ3 Clichs radiologiques standardsNormalPathologiqueDgradation de limage le rayonnement diffusLi l'effet Comptondtecteurfaisceau objetdiffus Source = objet radiographi Dans toutes les directions Baisse le contraste Augmente avec : nergie section paisseurdia- phragme multiplan dia- phragme monoplanlocalisateurtubeaugmentation de l-h pour diminuer le flou gomtriquel-hh diffus n'atteignant pas le filmsolution : la grille anti-diffusanteFGGrille FilmPotterLe diffus et le radiologuefaisceau primairetube RXrayonnementdiffuscran plombFacteurs gomtriques AgrandissementfoyerhlM =ll-hM=2avec M=coefficient de magnificationl=distance foyer-filmh=foyer structure-filmDgradation de limage : agrandissement dformationsolution : distance source-patient1,5 1,8 mfaisceau pratiquement parallleFacteurs gomtriques Dformationfoyerobjetplan de projectionimage = 90#90 foyerobjetimage= = = = plan de projectionLa cassette doit rester parallle lobjet radiographiFacteurs gomtriques Flou gomtrique (de foyer)dobjet de petite taillefoyerI12I1Ichevauchement des zones de pnombrefoyerobjetombrepnombrecontours de l'image de l'objetll-hhI1 2IdpDiminu si petit foyer, l grand et h petitla perte de rsolution taille de la source de rayons X Solutions : contrle de qualit de lanode, anode tournante nouveaux procds : laser haute nergiersolution actuelle 1 mmFacteurs gomtriques Flou cintiquezones de pnombrefoyerbords en mouve-mentVitesse maximale des bords du cur = 40 cm/sSi temps pose = 1/100me sAlors flou = 4mmDonc :- immobilit- temps de pose court- diminution objet-filmle flou le flou dynamique affecte : Le cur Les poumonsSolutions : immobilisation - apne courte dure de prise dimage (1/10ede seconde) squence rapide de clichs : 50 100 images/s synchronisationles superpositions addition de lattnuation Solutions : clichs de profils - positionnement du patient compression (ballon) faible levLes problmes de dosimtrie La Directive Europenne 97-43 patient optimisation rduction de la dose dlivre au patient respect de la qualit ncessaire pour linterprtation justification respect des guides de bonne pratique et des SOR Comment rduire lirradiation sans nuire la qualit de limage ? Utilisation des filtres la sensibilit de dtection: ampli. de luminanceLutilisation de filtres Linteraction utile limage radiologique :leffet photo-lectrique La dose dlivre dpend de lnergie trop forte, elle favorise le diffus (zone Compton) trop faible, elle est compltement absorbe Se situer dans la partie mdiane de la courbe de EPELes filtres mtalliques on les interpose entre le tube et le patient plaques de cuivre et/ou daluminium dpaisseur variable arrtent surtout les basses nergies modifient la forme du spectre des rayons X entranent le durcissement du faisceau.Modification du spectredNdEEEmax EL EKsans filtreavec filtre Cu/Aldoses typiques de diffrentsexamens radiologiques30 8 - 22 Lombaire (profil)1 5 (?) Sein5 20 (?) Scanner X- 4 - 10 Rein- 0,5 - 4 Cervical (face)10 6 - 10 Bassin0,3 0,25 - 0,50 PoumonNiveau de rfrenceeuropenDoses typiquesen mGyExamenD'uprs mesures IRSN 1999 {source : rupport scientifique et technique Z00Z de I'IRSN}Suuf chiffres Sein et scunner X vuIiderDiffrents dtecteurs Film radio cran de brillance Plaques phosphore Dtecteurs plannumrisation Structure Rponse voile de base pied proportionnelle paule saturationSystmes film-cranAmliorer la sensibilit :lcran renforateurfilmcrans1 mmSystmes film-cranFilm conventionnelbase filmmulsionmulsioncran phosphorecran phosphorebasebaseAmliorationKodakcouches anti cross-overLamplificateur de luminancePhotonsvisiblesPhoton Xe-Augmentation de la densit de lumirecran dentrelectrodesdflectricescran de sortieLa radiologie tlviseamplificateurde luminancetube TVmoniteur TV Rduction importante de la dose dlivre Amlioration du positionnement Champ rduit, limitation de la rsolution spatiale Facilite la radiologie interventionnelleCouche (alliage Magnsium)Couche (Pb)Phosphore - couchePlombageRayon-XStimulation-LaserLuminescenceVue de facePlaque photostimuleCapteur : plaques Plaques lectroluminescentes ou photostimulablesLuminescence Photo-stimuleLe capteur RX numriqueLecture directe par laser ou matrice de transistorsF Br BaI CsSeRXschemo de principe d'un FXDConvertisseurAmplificateurs CMOSA/DLignes dadressagematrice active aSi:H sur verrePixel diffrents types de dtecteurs Source : documentution HoIogicLes 3 critres de qualit imagecontrustebruitresoIution sputiuIeobjef imogeLe Contraste Dfinition : dpend directement deI = Io . e x2 12 1I II IC+=10% 10% 20% 20% 50% 50%Les modificateurs de contraste Adapter les rglages de V (kV) et de i .t (mAs) Diminuer le dun milieu Renforcer le dun milieuAdaptation des rglages1 m1 m1,5 m1,8 md200 ms 600 mA 70 kV Abdomen d250 ms 520 mA 55 kV Gril costal c16 ms 250 mA 80 kVPoumon face(enfant)b20 ms 250 mA 135 kV Poumon face aTemps de poseIntensit Tension ExamenLes modificateurs de contraste Adapter les rglages de V (kV) et de i .t (mAs) Diminuer le dun milieu air (poumon digestif) remplace localement le tissu Clichs en inspiration-expiration, eau gazeuse Renforcer le dun milieuLes modificateurs de contraste Adapter les rglages de V (kV) et de i .t (mAs) Diminuer le dun milieu Renforcer le dun milieu sels de baryum (tube digestif) remplissent une cavit composs iods (vaisseaux) se diluent dans le sang repres mtalliques (clips et prothse) implantsLes modificateurs de contraste Adapter les rglages de V (kV) et de i .t (mAs) Diminuer le dun milieu Renforcer le dun milieu Combiner les deux types dagents Exemple : sels de baryum puis air Modifier le comportement de l'organisme diurtiques: urographie UIV mdicaments cardiovasculaires aliments : pour vider la vsicule biliaireSels de baryum et airProduit de contraste iodContraste mtalliqueApplications de la radiologie Document mdico-lgal :Limage devient la preuveImportance de larchivage Radiologie interventionnelle : cathtrisation prise de pressions, prlvements biopsie guide, exrse dsobstrution, embolisation pose de dispositifs endo-vasculaires (stent, ombrelle...)Petit historique Analogique Radiographies standard 1900 Changeur automatique de films 1940 Radiocinma 1960 Amplificateur de luminance + TV 1970 Numrique Amplificateur + TV + codeur AN 1980 Numriseur de film radiologique 1995 Capteur numrique 1995Les enjeux du numrique Mdicaux Standardisation du dossier imagerie Distribution simultane du dossier patient (PACS) Rduction des clichs rats Dosimtrie plus faible Techniques Soustraction dimages / contraste Transmission distance Amlioration de larchivage (rapidit scurit) Rduction du cot des archivesanalogique numriqueAngio. numrique aprs soustractiondu masqueTumeur de lafesseSituation actuelle : radiologie Le scanner X est numris Toute la radiologie nest pas du scanner : les clichs plans : poumons, osto-articulaire les clichs haute rsolution: mammographie certains examens spcialiss : examens vasculaires examens digestifs avec nos sincres remerciements pour son aide prcieuse dans la ralisation de ce document notre ami le Pr Jean Yves Devaux (St Antoine)anne 2008-2009