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Janvier 2009 V. Thomson -sous la direction de JBP- Hôpital de la Croix Rousse Lyon Le Faisceau Rx : propriétés physiques et.

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1 Janvier 2009 V. Thomson -sous la direction de JBP- Hôpital de la Croix Rousse Lyon Le Faisceau Rx : propriétés physiques et Lois Géométriques

2 Le tube à rayons X Principe du tube de COOLIDGE : En chauffant un filament par effet JOULE, on provoque lexcitation des électrons et la libération dun nuage électronique : effet EDISON (ou thermo_ionique) Ces électrons sont ensuite accélérés par une forte différence de potentiel et envoyés sur une anode généralement en tungstène ou en molybdène. Linteraction des électrons avec lanode entraîne la formation de photons X Les photons X sont canalisés pour former un faisceau.

3 filtre Tube à anode fixe

4 Tube à anode tournante Même principe avec anode mobile pour limiter léchauffement Tube utilisé sur la plupart des appareils de radiographie

5 Contraintes de lanode tournante: Supporter des températures élevées °C Supporter des forces mécaniques élevées 3000 – 9000 tours /minute Soit x accélération de la pesanteur en périphérie de lanode tournante

6 Faisceau de rayons X Définition : Ensemble des photons émis dans une direction donnée par une source extérieure (de petite dimension).

7 Faisceau de rayons X Caractérisation énergétique Les rayons X sont des rayonnements électromagnétiques se déplaçant en Ligne droite à la vitesse de km/s Le rayonnement X est polychromatique : les photons qui le composent ont des longueurs d'onde différentes. Plus la longueur d'onde est courte (rayonnement « dur ») et plus le rayonnement est pénétrant. Les photons « mous » sont plutôt nocifs car sont absorbés par les couches superficielles et ne participent pas à la formation de limage. Anode rayons « durs » : Tungstène Filtres : Fenêtre en Béryllium. Exception pour la mammographie : Anode en molybdène rayons « mous »

8 diaphragme fenêtre Faisceau de rayons X Caractérisation géométrique Foyer de rayon X issu de lanode assimilé à un point. Formation de R X dans toutes les directions: rectilignes divergents Elimination des Rx indésirables grâce à une gaine plombée autour du tube Issue du rayonnement « utile » par une fenêtre ronde ± diaphragmes La section obtenue du faisceau apparaît donc conique.

9 Rayon directeur Distance focale foyer Centre directeur On appelle rayon directeur ou axe du faisceau, la droite passant par le foyer et le centre de la fenêtre du tube. La distance focale est la distance qui sépare le foyer du centre directeur

10 Souvent assimilé à un point, mais En fait, f = f 0 sinα f 0 : taille du faisceau délectrons f : taille du foyer optique α : pente danode Foyer optique du tube à rayons X

11 Effet talon Le faisceau nest pas homogène. Lorsque les électrons « frappent » lanode, des photons sont produits dans toutes les directions, mais le sont en fait préférentiellement en fonction de la pente danode, dautant plus rares que leur axe est proche du α.

12 Formation géométrique de limage 1. Loi de confusion des plans 2. Lois de la projection conique Agrandissement Déformation-Distorsion 3. Flou de limage radiologique Flou Géométrique Flou Cinétique Flou de récepteur Flou lié au diffusé Flou total

13 1. Le Foyer Radiogène (Tube) source du faisceau de RX 2. LObjet radiographié 3. Le Récepteur (film ou électronique) Trinôme fondamental de limage radiologique

14 1.Confusion des plans Limage radiologique est formée par la révélation de limage radiante Image radiante : Elle représente les différences datténuation du faisceau de rayon X en fonction des éléments traversés. Cette différence datténuation aboutit à la création dombres portées qui seront révélées sur le film. Mais un objet en trois dimensions, formé d'éléments situés dans des plans différents, contribuera à la formation d'image sur un film plan à deux dimensions. Il n'est pas possible de reconnaître sur l'image les ombres liées à des éléments situés dans des plans différents. Tous les plans sont confondus dans l'image

15 Cette superposition dimages de structures complexes sur un plan unique, produit un enchevêtrement avec des lignes et des surfaces tel que lidentification de divers éléments anatomiques et/ou pathologiques est difficile, voire impossible. Il est donc nécessaire demployer plusieurs incidences pour dégager les structures à analyser.

16 Exemple : La Mammographie

17 Ext FACE Mammographie : Repérage

18 PROFIL Haut Mammographie : Repérage

19 Repérage dans 2 plans orthogonaux Localisation de la lésion Application tous les jours pour repérer les tumeurs : biopsie percutanée exérèse chirurgicale

20 A la lecture des clichés de mammographie, le radiologue recherche des images évocatrices de cancer (opacités stellaires, microcalcifications, désorganisation). Une image de superposition de glande mammaire normale peut créer une fausse image stellaire.

21 compression de la glande mammaire peut être réalisée à laide dune pelle de grand diamètre. Ceci permet: duniformiser lépaisseur du sein déviter tout mouvement. cliché complémentaire centré, Peut être réalisé avec une pelle de plus petit diamètre que la première. Ceci provoque une compression différente: en cas de fausse image stellaire, ce cliché centré entraine un étalement de la glande qui fait disparaître limage construite, alors quen cas de réelle lésion stellaire celle-ci sera encore mieux individualisée.

22 ? Mammographie : Cliché de Face

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24 Limagerie en coupe de débarrasse en partie ces problèmes de superposition : En scanner - rayons X, un couple tube / détecteur tourne autour de lobjet puis reconstruit une image en densité des éléments dune même coupe. Néanmoins, il peut persister un problème de volume partiel.

25 Coupe native Reconstruction La dernière génération de scanner est dite « volumique » Elle comporte plusieurs détecteurs juxtaposés qui autorisent une analyse beaucoup plus rapide et plus fine Des algorithmes recalculent la densité des pixels de chaque coupe Les coupes peuvent être empilées pour reconstruire limage dans un plan différent du plan dacquisition.

26 Loi de l'inverse du carré de la distance 2.Lois de projection cônique Agrandissement Le caractère divergent du faisceau de rayons X entraîne un agrandissement de limage par rapport à lobjet étudié. Toutes les structures situées dans un même plan objet parallèle au récepteur donnent une image identiquement agrandie quelle que soit linclinaison du rayon. La surface ou section perpendiculaire au rayon directeur croit proportionnellement au carré de la distance au foyer.

27 Coefficient dagrandissement Le coefficient dagrandissement (M) est le rapport entre les dimensions linéaires de limage radiologique et les dimensions correspondantes de lobjet: ce coefficient varie de façon continue pour les différents plans de lobjet en fonction de leur distance au plan du récepteur. le coefficient dagrandissement M est donné par la formule: A : la distance entre le foyer et le récepteur (film), C: la distance entre le foyer et lobjet (valeur de M comprise entre 1.1 et 1.4 en radiologie standard). M = I/O = A/C = A/ (A-B)

28 Application pratique : Rachis lombaire de profil La distance foyer-film (A) est voisine de 100 cm sur les installations habituelles. La largeur d'un sujet de trochanter à trochanter vaut 30 à 40 cm. Il est indispensable d'ajouter l'épaisseur de la grille, de l'exposeur, du plateau de table situés entre la zone d'appui et le film ; ainsi le plan des épineuses se trouve à 25 cm du film (A-C). Soit FO = = 75 cm et Agrandissement = FR/FO soit 100 / 75 = 1,33 L'image du rachis lombaire est donc agrandie de un tiers ; Même pour des zones moins épaisses, le coefficient d'agrandissement varie entre 1,1 et 1,3. La distance objet film n'étant généralement pas connue avec précision, l'agrandissement n'est évalué que de manière imprécise. Ne déduire la taille dun objet sur l'image qu'avec précautions.

29 Donc, pour agrandir une image, on peut : (1) Rapprocher le tube de lobjet (2) Éloigner lobjet du récepteur (2) (1) tube objet récepteur

30 Exemple : Cliché agrandis en mammographie En mammographie pour faire de clichés agrandis, on place le sein sur une boîte en plastique vide (air gap) qui éloigne le sein du film. Ces clichés sont utiles pour lanalyse fines des microcalcifications mammaires. Laspect morphologique et la distribution de ces microcalcifications orientent la conduite à tenir: simple surveillance radiologique biopsie ou macrobiopsies biopsie exérèse chirurgicale demblée

31 AIR GAP

32 Agrandissement différentiel Les objets habituellement radiographiés ont un volume ; tous les points constitutifs ne sont pas situés dans un même plan objet et sont donc à des distances différentes du foyer et du récepteur. Tous les éléments de l'objet ne sont pas agrandis dans les mêmes rapports. Ceci, malgré la confusion des plans, permet de localiser certains éléments de l'objet sur l'image. Par exemple, sur un cliché thoracique de profil les côtes situées contre la plaque (récepteur) seront plus petites sur limage que celles qui sont à distance de la plaque. On réalise en général un profil gauche (côté gauche contre la plaque) afin de ne pas majorer le volume du cœur et pour quil soit moins flou.

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34 2.Lois de projection cônique Déformation -Distorsion Lorsque le récepteur n'est pas parallèle au plan du film, l'image est déformée par rapport à l'objet : selon les directions respectives l'image est plus grande ou plus petite.

35 Si le rayon directeur est perpendiculaire au film: Si le rayon directeur est perpendiculaire au film: les structures planes et parallèles au plan du film: ne sont pas déformées, elles sont agrandies; les angles et les formes ne changent pas quelque soit la position du foyer. les structures obliques par rapport au film : sont déformées.

36 Si le rayon directeur est oblique par rapport au film : Les structures non parallèles subissent des déformations différentielles plus ou moins importante selon leur orientation.

37 Aussi, pour définir une incidence radiologique, il est nécessaire de préciser : la direction du rayon par rapport à l'objet (incidence) ; angulation dans le référentiel orthogonal (plan sagittal, horizontal et frontal) la position précise du récepteur et de lobjet par rapport au rayon directeur.

38 1.Incidence lombaire de face 2. Incidence dorsale de face 3. Incidence C1-C2 de face 4. Incidence L5-S1 de face 2.Lois de projection cônique Utilisation du caractère conique du faisceau Cliché de rachis de profil Utilisation du caractère conique du faisceau pour réaliser des clichés de concavités, fréquentes notamment au niveau rachidien : Intérêt : Aborder tangentiellement des plateaux vertébraux et enfiler correctement les espaces inter-vertébraux

39 Profil gauche Plateaux non visibles Image ininterprétable Profil droit Plateaux dégagés Image interprétable

40 3. Netteté de l'image : Le Flou Les contours de l'image doivent être nets, c'est-à-dire parfaitement délimités ; une ligne précise sépare les zones opaques sombres et claires. L'absence de netteté est le flou, défaut que l'on s'efforce de réduire. Le flou est en fait inévitable et les phénomènes qui le produisent sont nombreux. 4 causes principales : - flou géométrique - flou cinétique - flou d'écran - flou de forme

41 Le foyer géométrique (ou optique), source du rayonnement X n'est pas un point Cette surface d'émission est un carré de 0,6 mm à 1,2 mm de côté sur la majorité des tubes radiogènes actuels ; Ses dimensions peuvent atteindre 2 mm (tube radiogène) ou descendre à 0,1 mm. 3.1 Flou géométrique On reconnaît la formation de l'image d'un foyer sur le bord fin d'un objet opaque. On peut distinguer trois zones de l'image : - La lumière - Lombre - La pénombre

42 Ombre : aucun rayon provenant directement du foyer ne touche le film. Lumière : tout point du récepteur est en vue directe de la totalité du foyer ; l'éclairement est maximum. Pénombre : cette zone intermédiaire ne reçoit qu'une partie du rayonnement du foyer ; le passage de l'ombre à la lumière se fait progressivement et la limite entre ces deux zones est indistincte, floue. La valeur du flou géométrique est donnée par la formule: Flou géométrique: Fg = f x OR OF Si: f est le diamètre du foyer démission des rayons X OR est la distance Objet-Récepteur OF est la distance Objet-Foyer

43 Pour réduire le flou géométrique, il suffit donc de : (1) réduire les dimensions du Foyer (Fg), (2) réduire la distance Objet - récepteur (OR), (3) augmenter la distance Foyer - Objet (FO). Flou géométrique minimal = la distance objet - récepteur est minimale. Remarque : Cest tout linverse pour lagrandissement ! (1)(2)(3)

44 Applications numériques et pratiques Radio pulmonaire de face FO = 200 cm. OR = 20 cm, thorax ayant une épaisseur de 30 à 40 cm. Foyer = 2 mm, dimension maximale rencontrée. Fg = 2 mm x ( 200 mm / 1800 mm) = 0.22 mm Un foyer deux fois plus petit réduit le flou géométrique (Fg) de moitié, mais ce bénéfice n'est pas reconnu par l'œil. Poignet de face Le poignet est peu épais (moins de 50 mm) ; même en utilisant un très gros foyer de 2 mm, le Fg reste acceptable avec une distance FR courante. Fg = 2 mm x (50 mm / 950 mm) = 0.11 mm Donc pour le poignet placé sur la cassette un foyer fin est inutile.

45 Applications numériques et pratiques Mammographie Un cliché de mammographie est réalisé avec un foyer de 0,3 mm. Lors de la réalisation de clichés agrandis, à laide de lair gap, pour lanalyse de microcalcifications, il est nécessaire de changer de foyer. Avec ce foyer le cliché agrandi est flou et inexploitable Le cliché agrandi est donc réalisé avec un foyer dit foyer fin de 0,1 mm. Tous les mammographes sont appareillés avec ces 2 foyers différents

46 Flou cinétique : Fc = V x t x M 3.2. Flou de mouvement Mouvements de lobjet Le flou cinétique est proportionnel au déplacement (d) et à lagrandissement géométrique ou magnification (M). Or, le déplacement est fonction du temps de pose (t) et de la vitesse de déplacement de lobjet (V) : d = V x t La valeur du flou cinétique de lobjet est ainsi donnée par la formule :

47 3.2. Flou de mouvement Mouvements du foyer radiogène Il s'agit le plus souvent de: La vibration d'un plateau d'anode voilé d'une vibration de gaine mal contenue par une suspension qui, en vieillissant, a pris un jeu mécanique : L'amplitude de cette vibration autour d'une position moyenne augmente la dimension apparente du foyer. L'effet est donc plus marqué pour un foyer de petites dimensions qui pourrait alors donner des résultats équivalents à un gros foyer. majoration du flou géométrique

48 3.2. Flou de mouvement Mouvement du récepteur Il s'agit là encore de déficiences mécaniques. Exemple: Le temps séparant le lancement de l'anode de la prise de cliché sur une table télécommandée doit être bref (moins de 2 secondes) ; Ce temps comprend non seulement la mise en vitesse de l'anode (9 000 tours) mais le transport d'un tiroir contenant la cassette sur une distance de 50 cm et une immobilisation en fin de course. Si l'on déclenche le deuxième temps de prise de cliché trop tôt, le cliché est pris alors que la cassette est encore en mouvement ou en vibration.

49 Radio pulmonaire de face Le mouvement de la paroi cardiaque peut atteindre la vitesse en systole de 200mm/seconde, alors qu'elle peut être immobile à d'autres moments. Dans les conditions géométriques décrites précédemment le flou cinétique est maximal. Fc = Vitesse x Temps x Agrandissement Fc = 200 mm/s x 0,05 s x 1,1 = 11 mm, valeur importante, parfaitement visible ; mais le temps pendant lequel cette vitesse maximale est atteinte est très bref, de sorte que le cliché ne pose problème qu'occasionnellement (un problème de flou, 1 fois sur 10 et si l'on est exigeant). Un temps de pose trop long aggrave la situation, le temps de pose trop bref conduit à des problèmes différents (sous exposition).

50 Rachis lombaire profil debout Le temps de pose avoisine 1 seconde car le faisceau doit passer un épaisseur importante; pour que le flou cinétique ne dépasse pas 1 mm, il est nécessaire que le patient se déplace de moins de 1 mm. On voit l'intérêt d'une bonne immobilisation du bassin ou la nécessité d'un cliché complémentaire couché pour avoir des images fines.

51 3.3. Flou de récepteur Ce flou est dû à lépaisseur non négligeable de lémulsion du film et surtout à celle, nécessaire, des couches luminescentes renforçatrices. La sensibilité du récepteur croît avec la dimension des cristaux, aussi bien du film que des écrans, mais cest le flou décran qui est le plus important. Le flou décran est indépendant des autres facteurs géométriques et cinétiques. Toutefois, étant constant, pour des écrans donnés, il affecte moins les objets éloignées du film, agrandis par la projection conique. Il augmente avec lépaisseur de la couche de cristaux et donc avec la sensibilité des écrans renforçateurs. Il n'est pas possible de donner une formule de ce flou. On peut admettre que le flou approximatif d'un système (Fe) d'écrans normaux est de l'ordre de 0,2 mm ; les écrans dits fins donnent un flou d'écran voisin de 0,15 mm.

52 3.4. Flou de forme Loi des tangences Lorsquun rayon aborde tangentiellement la surface dun objet opaque ou la surface séparant deux objets de densités différentes, il donne lieu à une image dite de bord. Cest une condition fondamentale en radiologie qui conditionne lorientation des clichés et qui permet une analyse sémiologique de limage. Si linterface est dans le plan de projection, pas de différenciation Si elle est oblique, transition progressive de densité Si elle est tangente au faisceau, elle apparaît comme une ligne dense

53 Profil droitProfil gauche

54 Exemple : Les articulations Sacro- Iliaques Sacro-iliite : Pathologie inflammatoire avec remaniement des berges et de linterligne articulaire Différents stades : Pseudo-élargissement et flou des berges Irrégularité avec début de pincement Condensation et fusion Nécessité de bien « enfiler » linterligne pour analyser larticulation

55 Axe oblique en avant et en dehors Exemple : Les articulations Sacro- Iliaques

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58 ASP : Abdomen Sans Préparation Incidence antéro-postérieure Exemple : Les articulations Sacro- Iliaques

59 ASP : Incidence antéro-postérieure Mauvais cliché pour lanalyse des sacro-iliaques

60 Bon cliché pour enfiler les interlignes sacro-iliaques Incidence postéro-antérieure Exemple : Les articulations Sacro- Iliaques

61 Sacro-iliite stade III, fusion des berges

62 Ostéose iliaque condensante, interligne normal Exemple : Les articulations Sacro- Iliaques

63 Incidence cranio-caudale de Chevrot : interligne antérieur Exemple : Les articulations Sacro- Iliaques

64 Signe du Bord Le bord correspondant à linterface entre deux structures sera dautant plus net et contrasté que la différence dabsorption sera plus brutale, avec au maximum apparition dune ligne opaque ou transparente sur les clichés Il ne sagit donc pas vraiment dun artéfact mais plutôt ici dune caractéristique de limage lié à lobjet lui-même. Si linformation donnée par limage ne permet pas une interprétation correcte, il faut réaliser des clichés complémentaire avec des incidences différentes, des réglages optimaux (foyer, film-écran, position). Intérêt aujourdhui du post- traitement de limage grâce au numérique. Parfois, on atteint les limites de lexploration radiologique conventionnelle et il faut avoir recours à un autre type dimagerie (scanner, échographie,IRM).

65 Abord tangentiel, contraste élavé air / liquide Ligne nette

66 Eperon graisseux = Signe dépanchement du coude Fracture

67 Signe de la silhouette de Felson Lorsque deux structures de densité identiques sont situées dans deux plans différents et se superposent sur un cliché radiologique, elles conservent leur contours respectifs. Deux structures de densité identique au contact lune de lautre ne sont séparées par aucun bord et apparaissent confondues.

68 Application de ces lois à lInterprétation de la radiographie thoracique Visualisation des éléments anatomiques Détection des éléments pathologiques

69 Les lignes médiastinales

70 Refoulement de la ligne para vertébrale droite SPONDYLODISCITE infectieuse

71 Bords des masses thoraciques Informations sur le caractère Parenchymateux Pariétal ou pleural de la masse

72 Mamelon Bord externe net Bord interne flou

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78 3.5 Flou lié au rayonnement diffusé Rayonnement diffusé après interaction avec lobjet partant dans toutes les directions. On va utiliser une grille dont la forme permettra au rayons de passer jusquau détecteur, mais seulement selon lincidence du faisceau

79 Malheureusement, la grille anti-diffusante peut elle-même être à lorigine dun flou lorsquil existe des problèmes mécaniques ! On voit la grille sur le cliché ! Asymétrie de clarté droite/gauche !

80 3.6 Flou total Un cliché comporte toutes les causes de flous (géométrique, cinétique, décran). Ces divers flous sont liés et il est utile de faire une estimation du flou total (Ft). Ces flous sadditionnent, pour donner un flou total. Il a été démontré par Bowers, en 1929, que cette addition ne se fait pas arithmétiquement mais géométriquement: Flou total = ( fg² + fc² + fe² ) ½ Ceci conduit à une valeur totale plus faible que la simple addition.

81 Facteurs limitant le flou Pour un adulte coopérant Immobilité en sappuyant contre la table Ecran moyen donnant une bonne résolution Petit foyer Objet au plus près de lécran, loin du foyer Pour un sujet peu coopérant qui bouge Employer un gros foyer Elever les kV (diminuer les mAs et le temps dexposition) quitte à diminuer le contraste Choisir une paire d'écrans rapide Surtout tenter la meilleure immobilisation (sacs de sable, une sangle de contention…)

82 Valeur tolérable du flou La recherche de la meilleure netteté est liée à une plus grande performance des matériels : puissance du foyer radiogène finesse des écrans, etc. Il n'est pas toujours nécessaire de vouloir dépasser certaines performances: l'œil à distance de lecture (50 cm) ne peut distinguer deux points distincts de 0,2 à 0,3 mm, les images les plus fines d'un poumon sont millimétriques, les dispositifs les plus courants obtiennent de tels résultats.

83 Valeur tolérable du flou Utiliser des écrans très fins ou un foyer fin (sauf problème lié au temps de pose court) sur un poumon est inutile. Par contre les écrans fins donnent des images lisibles à la loupe sur les clichés d'extrémités parfaitement immobilisables ou en mammographie.

84 Critères de qualité dune image radiologique Netteté : l'image doit être nette, sans flou, ses contours sont bien délimités. Contraste : les différences d'intensité dans le noircissement du film permettent de reconnaître les structures que l'on souhaitait étudier. Incidence : l'analyse anatomique impose une comparaison à des clichés pris dans une position définie de référence. Centrage : l'image utile doit se trouver au centre d'un film de dimension minimale. Conformité aux règles de présentation : l'identification du malade, du côté ou des conditions de réalisation obéit à des règles administratives (identité, côté) ou de tradition locale (position de l'étiquette, enveloppe).


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