3. La Radiologie. 3. Imagerie Radiologique Production des Rayons X

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1 3. La Raiologie J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 1 3. Imagerie Raiologique 1. Prouction es rayons X 2. Interaction photon X/matière 3. Formation e l'image 4. Détecteurs 5. Techniques Raiographie Angiographie Tomoensitométrie Référence: J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements Prouction es Rayons X Tube à rayons X génération 'électrons filament e Tungstène Effet thermo ionique chauffage électrons cible métallique (anoe) plateau tournant recouvert e tungstène accélération es électrons p anoe filament interaction électron/métal refroiissement J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 3 1

2 3.1. Prouction es Rayons X Interaction électron/métal 1% e RX, 99% e chaleur collision 'ionisation chaleur photon e fluorescence raies rayonnement e freinage (Bremstrahlung) éviation e trajectoire perte 'énergie émission e RX J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements Prouction es Rayons X spectre raies continu Renement faible Puissance appliquée P = U.I U tension 'accélération (kv) I courant éléctronique (ma) W puissance e l'émission RX W = Z.U 1.75.I R renement R = W/P = Z.U 0.75 R < 1% RX & Chaleur J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements Interaction photon/matière Effet Photoélectrique isparition u photon préponérant aux basses énergies coefficient. 'interaction = τ épen u matériau et e l'énergie Effet Compton éviation( flou) & énergie coefficient. 'interaction = σ épen u matériau et e l'énergie flou e iffusé avec une grille anti iffusante Effet global="atténuation" coef. 'atténuation global = τ + σ + π loi 'atténuation. x x N( x) = N 0 e = N 0 2 CDA CDA = couche e emi atténuation;. CDA = ln(2) J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 6 2

3 3.3. Formation images raiologiques Atténuation sélective u faisceau une partie e l'énergie a été absorbée formation 'une image raiante Caractéristiques u faisceau sortant fluence énergétique moyenne kz :ctes(tube) k. Z.( I. t). U 2 I. t :intensité.tpsepose = mas F m = U: tension 2 :istance Contraste e l'image raiante F F c = 1 2 F + F 1 2 Diffusé section u fx énergie épaisseur traversée J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements Formation images raiologiques loi es projections coniques loi e confusion es plans J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements Formation images raiologiques Flous Géométrique cinétique temps e pose e iffusion Réuction u iffusé focalisation grille anti iffusante istance objet/étecteur J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 9 3

4 3.3. Formation images raiologiques Moifications u faisceau Eliminer les RX e basse énergie nuisibles interposition e filtres (plaques métalliques) Contraste tension u tube Energie u RX intensité & temps e pose Nombre e RX J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements Détection et Mesures Détecteurs Ionisation: Emulsion Photographique Courbe e réponse u film J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements Détection et Mesures Amplificateur e Brillance Amplificateur e brillance J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 12 4

5 3.4. Détection et Mesures (Nouveaux Détecteurs) Écran photo stimulable J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements Détection et Mesures (Nouveaux Détecteurs) Source: UTC/DESS Technologie Bioméicales hospitalières rapport Supiot Veoni; Capteurs plans Remplacement u couple écrans films (imagerie statique) et ans certains cas l ensemble amplificateur e brillance caméra (imagerie ynamique). Principes Les capteurs plans utilisent ifférentes techniques : conversion irecte ou inirecte, matrices e transistors ou CCD, variantes ans le choix es matériaux et ans l informatique e traitement. Chaque technique présente es avantages et es inconvénients L image obtenue imméiatement après l exposition, et est numérique e taille variable. Des compromis sont à faire entre la taille u champ et la caence acquisition : aujour hui, l acquisition u ynamique est limitée à es petits champs (inférieur à 23 x 23 cm).. J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements Détection et Mesures (Nouveaux Détecteurs) Capteurs plans :Capteur à base e sélénium amorphe (méthoe inirecte) un écran fluorescent Ioure e Césium CsI avec une structure en aiguilles. couche e silicium amorphe, recouvert par une matrice e photoioes et e transistors FET (Fiel Effect Transistor) appelés aussi TFT (Thin Film Transistor). support en verre Chaque pixel compren une photoioe et un transistor. L Ioure e Césium convertit les rayons X en lumière et le silicium amorphe transforme la lumière en signal électrique. La photoioe chargée initialement à une tension V, est échargée par le photocourant. Lorsqu on envoie une impulsion e commane sur la grille u FET, il evient conucteur. La capacité e la photoioe se recharge au potentiel initial V. Ce courant e recharge se retrouve intégré par l amplificateur la valeur e sortie est onc proportionnelle à l exposition reçue par le pixel entre eux impulsions e commane. Bonne Absorption RX, pas e rémanence, mais acquistion lente champ/résolution 20cm/100m; 40cm/200m; 12 bits J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 15 5

6 Statique Dynamique Analogique Digitale Raiologie conventionnelle Raiographie numérisée Tomoensitométrie (scanner X) raioscopie Raioscopie avec moniteur TV Angiographie numérisée J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 16 La Raiologie stanar Classique Numérique J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 17 l'angiographie Classique Objectif : voir les vaisseaux Le problème: Les vaisseaux (eau) ont la même ensité raiologique que les tissus mous Donc pas e contraste vaisseau/tissu Méthoe: injection 'un prouit e contraste ioé ans le vaisseau séquence 'images J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 18 6

7 Angiographie raiologique numérisée Objectif : augmenter le contraste es vaisseaux Le problème: Les vaisseaux (eau) ont la même ensité raiologique que les tissus mous Donc pas e contraste vaisseau/tissu Méthoe: injection 'un prouit e contraste ioé ans le vaisseau séquence 'images Le contraste reste insuffisant Prouit e Contraste J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 19 Angiographie raiologique numérisée (suite) Méthoe: soustraction logarithmique es images image es structures non vasculaires (masque) injection 'un prouit e contraste ioé, séquence 'images soustraction logarithmique 'images masque+prouit e Contraste masque Prouit e Contraste=vaisseaux ln(masque+pc) ln(masque) = ln (PC) J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 20 Angiographie raiologique numérisée( suite) Méthoe: soustraction logarithmique es images I 0 I 0 I masque Soustraction linéaire Prouit e Contraste (PC) PC concentration c /. c. I. e I (1. c. ) car. c. << 1 masque+pc Soustraction logarithmique I I(1. c. ) M = ln( I). c. I.. c. P ln( I. e = ) = ln( I). c. = M P =. c. épen e I, onc e l'épaisseur Ne épen pas e l'épaisseur J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 21 7

8 Angiographie raiologique numérisée (suite) C arm avec amplificateur e Brillance C arm avec étecteur numérique J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 22 Angiographie raiologique numérisée (suite) Artères iliaques Artères coronaires Artère carotie Rein: temps Artèriel Rein: temps parenchymateux Rein: temps veineux J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 23 Tomoensitométrie (a.k.a ScannerX, CT) scannerx (TDM) G.Hounsfiel, A.McCormack Nobel Méecine 1979 Siretom (1975) J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 24 8

9 Tomoensitométrie méthoe: recueil 'images autour u sujet, ans un plan 3ième génération J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 25 Tomoensitométrie 4ième génération La couronne e étecteurs est fixe et seul le tube tourne autour e l'objet. J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 26 Tomoensitométrie Reconstruction numérique e la coupe tomographique à partir es projections acquises Algorithme "Rétro projection es projections filtrées" Calcul es coefficients 'atténuation ans chaque pixel Normalisation es coefficients en unité "Hounsfiel" Filtres pré éfinis en fonction e la région examinée J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 27 9

10 Tomoensitométrie : évolution : ScannerX volumique 4ième génération Hélicoïal Multibarettes J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 28 Acquisition : Le balayage hélicoïal il est permis par eux paramètres : la rotation continue 'un tube à rayons X. Elle est étroitement couplé à un système e étecteurs répartis en couronne autour u lit où repose le patient. la progression à vitesse constante u lit. ce balayage permet 'accéer très rapiement à l'acquisition 'informations concernant un volume, puis aux ifférents traitements seconaires e ces mêmes informations. J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 29 J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 30 10

11 étection J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 31 (Tomographie) Unités Hounsfiel et Visualisation (fenétrage) H = eau eau.1000 Visualisation par "fenétrage" J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 32 (Tomographie) Applications J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 33 11

12 (Tomographie) Applications Neurologie normal ischémie J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 34 (Tomographie) Applications J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 35 (Tomographie) Applications nouvelles (angio scanner) J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 36 12

13 (Tomographie) Applications nouvelles (angio cario scanner) Objectifs: fonction et morphologie cariaque voir l'intérieur es artères coronaires (1mm) 64 barrettes Synchronisation ECG segmentation iastole systole J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 37 (Tomographie) Développements: Angiographie Numérisée 3D Acquisition volumique par un faisceau conique Reconstruction 3D Vaisseaux Tête et Cou J.M. Rocchisani Imagerie Méicale par Rayonnements 38 13