Imagerie médicale. Avoir des informations sur l intérieur de la boite sans l'ouvrir... N'ouvrir qu'à but thérapeutique!

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1 Imagerie médicale Avoir des informations sur l intérieur de la boite sans l'ouvrir... N'ouvrir qu'à but thérapeutique!

2 Deux possibilités Faisceau sortant Faisceau entrant Différence = absorption On mesure ce qui est émis de la boite : Interaction avec quelque chose d extérieur On fixe qqchose qui émet sur l'élément a imager dans la boite

3 PLAN > La radiographie et le scanner reposent sur l utilisation des rayons X. > L échographie exploite la propagation des ultrasons. > L imagerie par résonance magnétique (IRM) utilisent la résonance magnétique nucléaire. > La scintigraphie et la tomographie par émission de positions (TEP) se fondent sur les propriétés radioactives de molécules

4 L'imagerie médicale conventionnelle (anatomique ou structurale ): la radiologie X, le scanner, l échographie, l'imagerie par Résonance Magnétique Informations : STRUCTURE (leurs formes, leurs limites, et dans certains cas leur contenu) L'imagerie fonctionnelle Informations : FONCTION des organes, des tissus ou des cellules : leur METABOLISME. la scintigraphie, le PETSCAN, et certaines études d'irm, dite IRM fonctionnelle.

5 Le scanner La radiographie X

6 Wilhelm Röntgen Histoire Radiographie des poumons par le docteur Béclère. La découverte des rayons X le premier Prix Nobel de physique en 1901 Image : Institut Curie. Marie Curie au volant d'une «petite Curie». Image : ACJC

7 Principe général

8 Les rayons X Les longueurs d'onde sont très petites (10-10m) ce qui permet le passage du rayonnement à travers la matière, alors qu'un rayonnement de plus grande longueur d'onde se trouve réfléchi par la surface du matériau étudié. Onde : caractéristique temporelle : fréquence Caractéristique spatiale : longueur d'onde ondes électromagnétiques (de même nature que les ondes de lumière mais plus énergétiques).

9 Production des rayons X Saut énergétique précis => pics noyau Freinage => fond continu Faisceau poly énergétique

10 Tube à rayons X Filtration pour obtenir un faisceau avec une seule énergie : monochromatique

11 Les rayons X dans la matière Effet Compton Effet photo électrique Le retour à un état stable s opère grâce à un réarrangement électronique. Plus de photon X. Ce phénomène es responsable d un voile sur le film qui diminue le contraste, et responsable de l exposition des personnes intervenant auprès du patient lors du passage du rayonnement. Diffusion cohérente (5 % des interactions) simple déviation du photon, sans changement de longueur d onde (donc sans changement d énergie)

12 Probabilité d'interaction La probabilité d apparition des différentes interactions est liée: - à l énergie des photons X - à l énergie de liaison des électrons (qui dépend elle-même du Z du matériau) Plus l énergie du photon est grande par rapport à l énergie de liaison des électrons des couches internes (donc par rapport au Z), plus il y aura d effet Compton (donc moins le cliché sera contrasté) Dans le corps humain, le Z le plus grand est celui de l os. Plus l énergie des photons sera basse, meilleur sera le contraste (plus d effet photo-électrique) - Toutes les courbes diminuent quand l énergie augmente. - Les photons de 90 kev donnent autant d effet Compton dans l os que dans les parties molles, mais ne donnent aucun effet photo-électrique. - Les photons de 60 kev donnent beaucoup d effet Compton dans les parties molles, aucun effet photo-électrique dans les parties molles, mais plus dans l os (l énergie des photons s approche plus de énergie liaison électrons du calcium) - Les photons de 40 kev (de 55 à 80 kvp) donnent autant d effet photoélectrique que d effet Compton dans l os, alors que dans les parties molles l effet Compton est très prédominant. - Les photons inférieurs à 20 kev donnent plus d effet photo-électrique dans l os et dans les parties molles (utilisation en mammographie pour obtenir un bon contraste)

13 Absorption des rayons X Les RX ont la propriété d être absorbés par les substances solides. Ils ont la propriété d'être atténués par toutes sortes de substances, y compris les liquides et les gaz. Ils peuvent traverser le corps humain, où ils seront plus ou moins atténués suivant la densité électronique des structures traversées. L'intensité I(x) du rayonnement décroît exponentiellement en fonction de l'épaisseur x de matière traversée : I(x)= I0 exp-mx où m est le coefficient d'atténuation linéaire Le coefficient d'atténuation m croît en fonction du numéro atomique Z des atomes du matériau, et décroît en fonction de l'énergie des photons X. Le coefficient d'atténuation m dépend de la composition chimique des tissus traversés

14 Absorption par les matériaux Godfrey Newbold Hounsfield Échelle de Hounsfield

15 RX kev: Rayons X mous Prédominance de l effet photoélectrique zone de la plus grande différence entre les µ des différents tissus essentiellement du fait de la différence de Z mais aussi de densité volumique ρ Bonne discrimination des tissus mous mais les os sont complètement opaques. L'intensité reçue par le récepteur est faible, ce qui nécessite d'augmenter le temps de pose, et la dose absorbée par le patient est plus élevée puisque µ croît quand U diminue. Utilisation : mammographie, radiographie de petits os (doigt, poignet), recherche de Corps étrangers. RX kev: Rayons X plus pénétrants Effets photoélectrique et Compton à peu près équivalents. Le contraste repose sur les différences de Z et de ρ Utilisation : radiographie des os volumineux (épaule, rachis, bassin). Effet Compton dominant Ce type de rayon écrase le contraste (les µ se rapprochent) mais permet par exemple de ne pas cacher complètement les poumons en regard du cœur, des côtes ou du rachis.

16 Produits de contraste Pour opacifier des cavités ou rendre apparents les vaisseaux sanguins, on a recours à des produits de contraste. Ceux-ci utilise des éléments à Z élevés comme le baryum ou l iode afin de maximiser l absorption des rayons X par le liquide. On parle de produits de contraste positifs très atténuants: atomes à Z élevé : sulfate de Baryum 56Ba ou sels d'iode 55I Il existe aussi des roduits de contraste négatifs peu atténuants: en général il s agit de gaz (air, CO2 ou N2). On peut introduire le produit dans l'organe lui-même (angiographie), ou utiliser le rôle fonctionnel de l'organe à étudier pour concentrer le produit (UIV: urographie intraveineuse).

17 Le scanner Le scanner ou tomodensitométrie Le scanner X permet une modulation très fine de l irradiation aux rayons X => la zone étudiée peut être comme «découpée en tranches» (d où l autre nom du scanner : «tomographie», tomein signifiant «couper» en grec). Couplée à un traitement numérique des données, la mesure du coefficient d atténuation des rayons X permet alors de restituer une image précise de la zone étudiée => reconstruction en 3D

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20 Scanner hélicoïdal Principe de la rotation continue du scanner hélicoïdal. Les détecteurs permettent une conversion énergétique des rayons X en signaux électriques utilisés pour reconstruire les images en traitement informatique.

21 Exemples de spirales, chacune d'une durée de 16 s, c'est-à-dire effectuant 16 rotations de 360 Projection de l'acquisition hélicoïdale sur une échelle centimétrique. Une émission de rayon X pendant 10 s avec une avancée du lit de 1 cm/s, et une collimation de 1 cm permet une exploration sur 10 cm. L'augmentation du PITCH à 2/1 permet une exploration sur 20 cm, car la vitesse du lit a augmenté à 2 cm/s. La qualité d'image avec un PITCH de 2/1 a diminué. (Redessiné d'après [1] avec l'autorisation de l'éditeur de Am J Radiol.)

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