Physique Radiologique

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1 Physique Radiologique Première Partie : Radiologie Cours Physique MEM 2ème Année 1 Plan 1. Production de Rayons X en radiologie 2. Formation de l image radiologique 3. Qualité de l image radiologique Cours Physique MEM 2ème Année 2 1

2 III. Qualité de l image radiologique Cours Physique MEM 2ème Année 3 III. Qualité de l image radiologique A. Contraste et Flou Cours Physique MEM 2ème Année 4 2

3 A. Contraste Radiologique Définition du contraste : Différence de signal entre deux zones adjacentes de l image Il constitue la base informative de l image radiologique La qualité de l image et la pertinence du diagnostic sont directement liées au contraste On distingue différents types de contraste : Contraste de l objet Contraste du détecteur Contraste de visualisation Cours Physique MEM 2ème Année 5 A. Contraste Radiologique 1. Contraste de l objet : Lié à la capacité du faisceau de RX d interagir avec les tissus Rappels : L image radiologique repose sur le principe de l atténuation différentielle des RX par les tissus de l organisme Cours Physique MEM 2ème Année 6 3

4 A. Contraste Radiologique Rappels : A travers chacun des tissus, l intensité du faisceau transmis vaut : I(E) = I 0 (E)e - µx µ : Coefficient d atténuation global x : épaisseur de tissu traversée I : quantité de RX transmis (RX primaire) e - µx : proportion de RX atténués De plus µ = τ + σ + π Deux tissus sont correctement individualisés si les termes µx de chaque tissu sont significativement Ces coefficients dépendent de la densité des tissus et de l énergie du rayonnement Le contraste est directement lié à la différence des coefficients d atténuation linéaire Cours Physique MEM 2ème Année 7 A. Contraste Radiologique 1. Contraste de l objet : Considérons 2 milieux constitués par des tissus : Exemple : Tissus osseux noyé au sein de tissus mous Avec I 1 et I 2 les flux radiants en dehors et au niveau de la structure osseuse Cours Physique MEM 2ème Année 8 4

5 A. Contraste Radiologique 1. Contraste de l objet : Par définition, le contraste de l image est égale : Avec I 1 et I 2 les flux radiants en dehors et au niveau de la structure osseuse D après la loi d atténuation, I 1 et I 2 valent respectivement : I 1 = I 0 e -µ1d = I 0 e -(µ1x +µ1(d-x)) et I 2 = I 0 e -(µ2x+µ1(d-x)) L image apparaîtra très contrastée si I 2 est nul (atténuation totale) => C = 1 L image n aura aucun contraste si I 1 = I 2 (atténuation équivalente) => C = 0 Cours Physique MEM 2ème Année 9 A. Contraste Radiologique 1. Contraste de l objet : Par conséquent, le contraste dépend essentiellement de : Épaisseur de la structure que l on veut observer (ici l os) et non de l épaisseur totale traversée + la structure est fine, plus le contraste sera faible Pas possible d agir directement sur cette grandeur pour améliorer le contraste Différence d atténuation entre la structure et le milieu environnant => µ = µ 1 - µ 2 Aux énergies utilisées, la d atténuation par effet Compton entre les milieux est négligeable Elle est due à l effet Photoélectrique qui est donc susceptible de participer au contraste L amélioration du contraste de l image passe donc par µ Cours Physique MEM 2ème Année 10 5

6 A. Contraste Radiologique 1. Contraste de l objet : Par conséquent, le contraste dépend essentiellement de : Influence de la tension d accélération : Variation de la tension en fonction du milieu à comparer : Pour différencier muscle/graisse, il vaut mieux utiliser des basses énergies ( µ 70kV > µ 150kV ) Pour différencier poumon/os, il vaut mieux utiliser des hautes énergies et garder un bon contraste car µ 150kV est suffisamment grand Cours Physique MEM 2ème Année 11 A. Contraste Radiologique 1. Contraste de l objet : Par conséquent, le contraste dépend essentiellement de : Influence de la tension d accélération : Problème : Basse tension bonne différenciation des tissus => hν des basses énergies arrêtés dans le patient=> dose au patient A noter le problème de durcissement des faisceaux de RX en progressant en profondeur dans la matière : => de l énergie moyenne => µ entre les tissus => contraste Cours Physique MEM 2ème Année 12 6

7 A. Contraste Radiologique 2. Contraste du détecteur : Capacité du détecteur à convertir le faisceau de RX transmis à la sortie du patient en amplitude signal (détecteur électronique) ou en différente densité optique (film) Il dépend : Composition et épaisseur du matériau Processus physique par lequel le détecteur converti les RX en signal optique ou électronique Spectre de RX à la sortie du patient Cours Physique MEM 2ème Année 13 A. Contraste Radiologique 3. Contraste de visualisation : Contraste des images numériques qui peut être modifié en changeant les paramètres de visualisation Les paramètres sont modifiés à partir de la table de conversion LUT On peut modifier deux types de paramètres : La fenêtre : gamme de contraste que l on va sélectionner + ou importante selon la zone à visualiser Le niveau moyen : caractérise le centre de la fenêtre de visualisation Cours Physique MEM 2ème Année 14 7

8 A. Contraste Radiologique 4. Radiologie avec produits de contraste : Produits de contraste utilisés pour majorer le contraste naturel des compartiments dans lesquels ils sont distribués ou éliminés Leurs actions est liés à leurs Z ou leurs poids moléculaire élevé Iode => Z = 53 Sulfate de Baryum => Baryte : PM = 233 Ces produits sont responsables d un certain nombres de complications et sont considérés comme des médicaments Allergie à l iode => CHOC ANALPHYLACTIQUE La radiographie avec produits de contraste se traduit par une opacification qui apparaîtra blanche sur l image => densité de type os Technique double contraste => existence d une ligne noire entourant la cavité étudiée => densité aérienne et osseuse Cours Physique MEM 2ème Année 15 A. Contraste Radiologique 4. Radiologie avec produits de contraste : Produits de contraste iodés (PCI) utilisés pour opacifier : Structures vasculaires (coronarographie, artériographie ) Le LCR (radiculo-saccographie, myélogrpahie ) Les voies d éliminations (UIV ) Des cavités (cystographies, hystérographie ) Baryte est réservé aux explorations digestives (œsophage, estomac ) Contraste peut être augmenté en insufflant dans un 2 ème temps de l air => Technique en double contraste Cours Physique MEM 2ème Année 16 8

9 A. Contraste Radiologique 4. Radiologie avec produits de contraste : Artériographie sélective de l'artère rénale droite Le produit est injecté à l aide d un cathéter placé dans les artères fémorales => Iliaque externe => Aorte Abdominale => Artère rénale droite Il existe une sténose de l artère rénale Cours Physique MEM 2ème Année 17 III. Qualité de l image radiologique B. Facteurs de Flou Cours Physique MEM 2ème Année 18 9

10 B. Facteurs de Flou Contraste représente l élément sémiologique à la base de toute interprétation radiologique L image peut être altérée par les conditions d acquisition des images. Plusieurs facteurs peuvent créés un flou pénalisant sur l image qu il faut savoir limiter. Quatre types de flou : Flou géométrique Flou liée au détecteur Flou cinétique Flou lié au rayonnement diffusé Cours Physique MEM 2ème Année 19 B. Facteurs de flou Ces 4 facteurs sont la conséquence de l altération de la résolution spatiale et du bruit Résolution spatiale : Plus petite distance séparant deux objets qui apparaissent toujours distinct Bruit : Incertitude ou imprécision avec laquelle le signal est enregistré. Ce signal indésirable perturbe le signal utile Correspond à l écart type des mesures du signal ou de la densité optique de l image dans une région homogène Inversement proportionnel à la racine carrée du nombre de photons Cours Physique MEM 2ème Année 20 10

11 1. Flou géométrique : B. Facteurs de Flou Du au caractère non ponctuel du foyer du tube utilisé Altération de la résolution spatiale Bords de l organe sont interceptés par des RX provenant de différents points du foyer Flou des bords de l image est réduit : En approchant le patient le plus proche possible de la plaque En éloignant le tube En diminuant la taille du foyer en agissant sur le diaphragme Cours Physique MEM 2ème Année 21 B. Facteurs de Flou 2. Flou lié au détecteur : La qualité de détection peut influencer la qualité de l image en modifiant la résolution spatiale et le bruit Qualité de détection selon le détecteur : Taille des grains des films d argent Résolution spatiale des détecteurs numériques Pouvoir de résolution fini des détecteurs Cours Physique MEM 2ème Année 22 11

12 3. Flou cinétique : B. Facteurs de Flou Tout mouvement du patient ou de l organe provoque un flou Altération de la résolution spatiale Si mouvement volontaire => Immobilisation du patient Soit de manière coopérative Arrêt de la respiration Soit par contention ou préméditation Personnes âgées ou pédiatrie Si le mouvement est involontaire => Battements cardiaque Réduction du temps de pose Cours Physique MEM 2ème Année 23 B. Facteurs de Flou 4. Flou lié au rayonnement diffusé : Tous les RX qui interagissent avec l organisme ne sont pas totalement arrêtés par Effet Photoélectrique Certains d entre eux vont diffuser par Effet Compton et changer de direction => Jusqu à 5 fois le rayonnement direct Points d origine : Patient Table Détecteur Accessoires à proximité du faisceau RX Cours Physique MEM 2ème Année 24 12

13 B. Facteurs de Flou 4. Flou lié au rayonnement diffusé : Ceci provoque un flou sur l image : La position de détection de ces photons ne correspond pas à un trajet en ligne droite 1. Trajet direct d un photon non atténué => Pas de flou 2. Diffusion Compton : le photon semble avoir suivi le trajet en pointillé => flou Cours Physique MEM 2ème Année 25 B. Facteurs de Flou 4. Flou lié au rayonnement diffusé : Le rayonnement diffusé varie avec : Taille du faisceau Distance source objet Épaisseur et la composition (Z) du patient Énergie du faisceau Pour le diminuer, il faut : Diminuer le volume irradier => Compression Diminuer la taille du champ => Localisateur et collimation Utiliser une grille anti-diffusante Éloignement récepteur patient : Rayt Diffusé + vite que le Rayt directe => phénomène air gap Plaque de plomb derrière le film Cours Physique MEM 2ème Année 26 13

14 III. Qualité de l image radiologique C. Moyens de réduction du rayonnement diffusé Cours Physique MEM 2ème Année 27 C. Moyens de réduction du Rx diffusé 1. Localisateurs et collimateur : But : Réduire le champ d exposition Diminue la surface exposée => Diminution de l irradiation inutile du patient Diminue le rayonnement diffusé => Parasite pour la qualité de l image Collimateur : Accolés à la fenêtre de sortie du tube Composé de volets radio-opaques généralement en plomb Réduit le champ d exposition à sa base Cônes localisateurs : S adaptent à la sortie du tube Adaptent la forme du champ à la forme de la zone à radiographier Composés de plomb et sont de formes et de dimensions diverses Cours Physique MEM 2ème Année 28 14

15 C. Moyens de réduction du Rx diffusé 1. Localisateurs et collimateur : Cours Physique MEM 2ème Année 29 C. Moyens de réduction du Rx diffusé 2. Grilles anti-diffusantes : Principe : Inventée par Bucky Série de lamelles de plomb fines opaques au RX, séparées par d autres lamelles d un matériaux radio-transparent. Lamelles orientées vers le foyer radiogène Rôle : Sélection du rayonnement primaire Les rayons arrivant perpendiculairement aux lames de la grille peuvent la traverser si ils passent par les espaces transparents Le rayonnement diffusé émis dans toutes les directions est arrêtés par les lamelles de plomb. La quasi totalité du rayonnement diffusé est arrêté 30 à 40 % du rayonnement directe l est également => du nombre de photons utile au niveau du détecteur => du nombre mas => Dose patient Cours Physique MEM 2ème Année 30 15

16 C. Moyens de réduction du Rx diffusé 2. Grilles anti-diffusantes : Cours Physique MEM 2ème Année 31 C. Moyens de réduction du Rx diffusé 2. Grilles anti-diffusantes : Il existe deux types de grilles selon la disposition des lames :» Grilles non focalisées : les lamelles sont parallèles» Grilles focalisées : les lamelles sont orientées vers le foyer Il existe alors une distance focale (tube-cassette) à respecter Cours Physique MEM 2ème Année 32 16

17 C. Moyens de réduction du Rx diffusé 2. Grilles anti-diffusantes : Remarque : Lorsque l on utilise une grille, les lames de plomb apparaissent sur le cliché Pour palier à ce phénomène, on fait vibrer la grille dans une direction perpendiculaire à celle des lames Les zones du film occultées par les lames de plomb changent à tout instant On fait alors disparaître la grille Cours Physique MEM 2ème Année 33 C. Moyens de réduction du Rx diffusé 2. Grilles anti-diffusantes : Performances des grilles : Rapport de grille ou Rapport d anti-diffusion : Détermine la qualité de la grille Dépend de la hauteurs des lames H et de la la distance entre deux lamelles de plomb D R = H / D Varie entre 5 et 16 + R est élevé => meilleure est du rayonnement diffusé Meilleur quand H ou D Cours Physique MEM 2ème Année 34 17

18 C. Moyens de réduction du Rx diffusé 2. Grilles anti-diffusantes : Performances des grilles : Rapport de transmission : Dépend de la distance entre deux lamelles de plomb D et de l épaisseur des lames de plomb d T = d / (d + D) Plus T est petit meilleure est la transmission de la grille Meilleur quand D ou d Ce rapport est inversement proportionnel à la qualité de la grille Cours Physique MEM 2ème Année 35 C. Moyens de réduction du Rx diffusé 2. Grilles anti-diffusantes : Performances des grilles : Facteur de Bucky : Chiffre par lequel doit être multiplié le temps de pose pour compenser l utilisation de la grille anti-diffusante B = mas AVEC grille / mas SANS grille L emploi d une grille triple ou double le temps d exposition par rapport à un usage sans grille mais avec rayonnement diffusé De l ordre de 2 à 6 Cours Physique MEM 2ème Année 36 18

19 C. Moyens de réduction du Rx diffusé 2. Grilles anti-diffusantes : Performances des grilles : Sélectivité : Représente le rapport du rayonnement primaire qui passe au travers de la grille et du rayonnement diffusé qui la traverse aussi Σ = Primaire / Diffusé Ce rapport augmente pour des kv + faible et avec R croissant Facteur d amélioration du contraste : Correspond au rapport entre le contraste avec et sans grille Cours Physique MEM 2ème Année 37 III. Qualité de l image radiologique D. Exposeur automatique Cours Physique MEM 2ème Année 38 19

20 D. Exposeur Automatique 1. Définitions et principes : Permet de régler automatiquement l exposition du film radiologique donc son noircissement afin qu il ne soit ni sur exposé ni sous exposé au RX Il intègre la quantité de RX ayant traversé le patient et arrête l alimentation du tube lorsque l irradiation du film est suffisante Ceci est réalisé à l aide de détecteurs appelés «Cellules» Situé devant la cassette et dirigé par le générateur HT Cours Physique MEM 2ème Année 39 D. Exposeur Automatique 1. Définitions et principes : Plusieurs réglages sont possibles au niveau de l exposeur automatique : Réglage un point : + courant le manip estime les kv nécessaire pour la réalisation de l image Les ma et le temps de pose sont déterminés par l exposeur Réglage deux points : Manip détermine les kv et les ma Le temps de pose est déterminé par l exposeur Son emploi n est pas adapté aux cas particulier qui nécessitent certains réglages Cours Physique MEM 2ème Année 40 20

21 D. Exposeur Automatique 1. Définitions et principes : Cours Physique MEM 2ème Année 41 D. Exposeur Automatique 2. Les constantes d exposition : L exposition est réalisée en fonction de : La région à radiographier L épaisseur du patient Les caractéristiques du détecteur Les filtres, collimation Les constantes : kv, ma et s peuvent être prédéfinies en fonction de ces critères Seule l épaisseur du patient n est pas prévisible Cours Physique MEM 2ème Année 42 21

22 D. Exposeur Automatique 2. Les constantes d exposition : Les kv : déterminent : La qualité du faisceau => durcissement du faisceau L énergie des RX Le contraste Les ma règlent le noircissement du film sans en altérer le contraste L erreur de noircissement est très fréquente et est palliée par l exposeur automatique placé juste devant le récepteur Le temps de pose : règle la durée de l exposition Elle doit être la + courte possible pour : Diminuer la dose au patient Diminuer le flou cinétique Cours Physique MEM 2ème Année 43 D. Exposeur Automatique 3. Les éléments constitutifs : Les récepteurs : Éléments qui vont détecter le flux de rayonnement à la sortie du patient et en amont du film => Cellules Deux types de récepteurs : Chambre d ionisation Photo-détecteur Cours Physique MEM 2ème Année 44 22

23 D. Exposeur Automatique 3. Les éléments constitutifs : Les récepteurs : Chambre d ionisation Cavité contenant un gaz (Ar, Xe), dans laquelle règne un champ électrique établit entre deux feuilles très fines d aluminium En traversant cette cavité, les RX ionisent le gaz et créés des paires électrons ions. Les ions migrent vers l anode et les e- vers la cathode Formation d un courant électrique à la quantité de RX ayant traversés la CI Cours Physique MEM 2ème Année 45 D. Exposeur Automatique 3. Les éléments constitutifs : Les récepteurs : Chambre d ionisation Cours Physique MEM 2ème Année 46 23

24 D. Exposeur Automatique 3. Les éléments constitutifs : Les récepteurs : Photo-détecteur Chambre de mesure constituée d un élément sensible luminescent de nature voisine d un écran renforçateur Le flux de rayonnement à la sortie du patient traverse le photodétecteur est par interaction forme des photons lumineux Ces photons lumineux sont ensuite envoyés vers un photomultiplicateur qui convertit ces photons en e- et en courant électrique Peu utilisé Risque de visualisation sur le film pour des tensions faibles Cours Physique MEM 2ème Année 47 D. Exposeur Automatique 3. Les éléments constitutifs : Les récepteurs : Cours Physique MEM 2ème Année 48 24

25 D. Exposeur Automatique 3. Les éléments constitutifs : L intégrateur : Élément situé juste après les récepteurs Mesure la quantité de courant électrique délivré par les récepteurs Transmet à la minuterie du générateur le signal de fin de pose quand la quantité nécessaire de RX programmée est atteinte La minuterie : Interrompt la production de RX lorsque : l intégrateur lui envoi le signal de fin de pose La capacité thermique du tube est atteinte même si la dose d exposition est insuffisante Cours Physique MEM 2ème Année Le matériel : D. Exposeur Automatique Cas standard : Lors de la prise du cliché, le manip active ou non un ou plusieurs cellules Cellules de tailles rondes ou quadrangulaires de 100 cm² de surface Trois cellules : une centrale et deux latérales En fonction de la région à radiographier ou région dominante du cliché, on fera le chois de la ou des cellule(s) à utiliser Cellule centrale : rachis, hanche, thorax de profil Deux cellules latérales : thorax de face, bassin Trois cellules : ASP Cours Physique MEM 2ème Année 50 25

26 4. Le matériel : D. Exposeur Automatique Cas particuliers : Matériel pédiatrique : Taille des cellules réduites pour être adaptés à la taille des nourrissons Matériel en mammographie : Cellule placée non pas devant le film mais derrière L utilisation des basses en mammographie rendrait visible la trame du détecteur Cours Physique MEM 2ème Année 51 D. Exposeur Automatique 5. Corrections de l exposition : Correction en fonction du détecteur : Les écrans renforçateurs et les plaques ERLM n ont pas la même sensibilité pour toutes les valeurs de kv. L exposeur dispose donc de corrections différentielles selon le kv affiché. Un changement d écran ou de plaque peut exiger une modification de ces réglages Correction en fonction de l épaisseur du patient : Exposeur reçoit le rayonnement primaire et diffusé Le diffusé augmente avec la masse et l épaisseur du patient L exposeur propose une correction qui prend en compte la morphologie du patient => Patient mince, moyen, épais Cours Physique MEM 2ème Année 52 26

27 D. Exposeur Automatique 5. Corrections de l exposition : Correction en fonction du noircissement du film : Un correcteur permet de modifier le noircissement par pas de 25% en plus ou en moins (4 à 5 pas) Ceci assure toute la souplesse de réglage si le cliché n est pas suffisamment exposé Rappel : Un cliché trop blanc restera trop si l on ajoute quelques kv sans corriger le noircissement de l exposeur => Ionisation n est pas modifié Cours Physique MEM 2ème Année 53 D. Exposeur Automatique 5. Limites d emploi de l exposeur : Si le patient est mal positionné» La zone anatomique à radiographier ne se situe pas sur la cellule» On peut obtenir des clichés trop blanc ou trop noir Si la zone à radiographier ne couvre pas la totalité de la cellule» Une partie de cette dernière va recevoir un rayonnement direct => plus intense car n a pas subit d interaction dans le patient» Arrête prématurément la production des RX => Poignet Si un problème de noircissement persiste, la solution est de passer en mode manuel avec les constantes manuelles Cours Physique MEM 2ème Année 54 27