1. L’ image radiologique
Jean-Marc NIGOUL
Service de radiothérapie
CHU La Timone
Jeanmarc.nigoul@ap-hm.fr
DE Manipulateur deuxième année – année 2012-2013

2. Phénomènes physique de base
Tube RX Patient Détecteur
Production de rayons X Formation de Formation de
l’image radiante l’image radiologique
Interactions Interactions Interactions
électrons-matière photons-matière photons-matière
DE Manipulateur - L'image radiologique 2

3. L’ image radiologique
1) Production des RX
2) Formation de l’image radiante
3) Détection de l’image radiante
4) Critères de qualité de l’image
5) Facteurs déterminants l’exposition
6) Conclusion
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4. Production des RX
• Généralités
• Interactions électrons-matière : formation des RX
• Tube RX
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5. Les rayons X - Généralités
RX = rayonnements électromagnétiques
DE Manipulateur - L'image radiologique 5

6. Les rayons X - Généralités
La quantité d'énergie (E) transportée par les rayonnements
électromagnétiques est proportionnelle à la fréquence (ν) :
E = h . ν = h . c/λ
Le facteur de proprortionnalité (h) est la constante de Planck (h=6,62 10-
34 J.s).
L'unité souvent utilisée pour quantifier l'énergie des rayonnements
électromégnétiques est le Kilo- ou le Méga-électronvolt (KeV ou MeV).
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7. Les rayons X - Généralités
Les rayonnements électromagnétiques >10 KeV sont des rayonnements
ionisants et sont, à ce titre, considérés comme dangereux.
Les examens d'imagerie utilisant les rayons x (radiographie et
tomodensitométrie) et les rayons γ (scintigraphie) sont accompagnés de
mesures de précautions et sont encadrés par une réglementation
permettant de limiter les risques pour la santé.
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8. Formation des RX
Deux mécanismes sont à l'origine de la formation des rayons x dans un
tube radiogène :
le rayonnement de freinage (ou bremsstrahlung)
l'émission caractéristique.
Dans les 2 cas: 1 flux d'électron est lancé à grande vitesse sur une cible
matérielle.
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9. Formation des RX – Rayonnement de freinage
Le rayonnement de freinage = le mode principal de formation des
rayons x en radiologie.
L’e- passe à proximité du noyau et se trouve attiré par sa charge.
L'électron est dévié et ralenti. La perte d'énergie engendrée se
retrouve sous la forme de l'émission d'un ou de plusieurs rayons X.
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10. Formation des RX – Rayonnement de freinage
L'énergie des rayons x dépend de 3 paramètres :
1) L'énergie cinétique de l'électron,
2) L'attraction du noyau, c'est à dire sa charge (Z), et
3) La distance entre l'électron et le noyau, qui est aléatoire.
Les rayons X ainsi produits peuvent avoir toutes les
énergies possibles entre 0 et l'énergie cinétique des
électrons.
⇒ Spectre continu
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11. Formation des RX – Émission caractéristique
L'émission caractéristique = phénomène mineur dans la production
des rayons x.
L’e- incident vient percuter un e- (couche K) et parvient à l'éjecter.
L’e- (couche L ou M) comble le vide. La différence d'énergie de liaison
entre les 2 couches se retrouve sous la forme de l'émission d'un rayon
X.
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12. Formation des RX – Émission caractéristique
L'énergie de liaison des e- étant unique pour chaque couche et chaque atome,
le spectre d'énergie des RX émis est caractéristique de l'atome en question.
Il s'agit d'une émission dont l'énergie ne dépend que de l'atome constituant la
cible.
⇒ Spectre de raies
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13. Spectre d’émission des RX
La quantité de RX produits dans un tube dépend de :
- la quantité d’e- lancés sur la cible,
- de leur Ec (pour l'émission générale)
- de la taille du noyau.
L'atome utilisé dans la majorité des tubes radiogènes utilisés en
radiodiagnostic est le Tungstène (W). La majorité des rayons x sont produits
par rayonnement de freinage.
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14. Spectre d’émission des RX
Au rayonnement de freinage, vient s'ajouter des raies correspondant à
l'émission caractéristique du Tungstène, car la cible est constituée de
Tungstène dans les tubes radiogènes classiques.
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15. Caractéristiques d’un tube RX
Le tube RX est composé d'une cathode, responsable de l'émission d’e-,
d'une anode, source de production des RX et d'une enveloppe protectrice
radiotransparente (gaine en verre ou en pyrex) assurant le vide, une
isolation électrique ainsi qu’une protection thermique.
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16. Caractéristiques d’un tube RX – La cathode
La cathode est 1 filament spiralé d’où sont émis les e- par un
mécanisme de thermo-émission (effet EDISON). Les e- libérés par
la haute T° sont soumis à une ddp et sont précipités sur l'anode
avec une grande vitesse.
Sur certains appareils, la cathode est composée de deux filaments
de taille différente (petit ou grand filaments).
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17. Caractéristiques d’un tube RX – L’anode
Les e- accélérés viennent percuter la cible (anode) produisant ainsi
des RX. Sa surface de bombardement s'appelle le foyer. Elle est
généralement composée de tungstène car il a un numéro atomique
élevé (Z=74), qui favorise le rendement, mais aussi une température
de fusion élevée (3410 degrés). Le rendement de production est
très faible (1%) le reste de l’E se retrouve sous forme de chaleur.
La surchauffe, dépend de la concentration en électrons sur l'anode
et de leur énergie.
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18. Caractéristiques d’un tube RX – L’anode
Le foyer
Le foyer thermique (ou foyer réel) qui correspond au point d’impact
des électrons sur le disque de l’anode.
Le foyer optique (ou foyer virtuel) qui correspond à la projection
géométrique du foyer thermique.
Ils conditionnent la charge
thermique et la définition de
l’image
DE Manipulateur - L'image radiologique 18

19. Caractéristiques d’un tube RX – L’anode
Le foyer
DE Manipulateur - L'image radiologique 19

20. Caractéristiques d’un tube RX – L’anode
Effet talon de l’anode
Phénomène d’autant plus important qu’on est en petit foyer
donc l’utilisation de grands champs n’est pas recommandée au
petit foyer.
DE Manipulateur - L'image radiologique 20

21. Caractéristiques d’un tube RX – Le filtre
Placé contre la fenêtre de sortie de la gaine en verre, il permet
d’homogénéiser l’énergie du faisceau X en éliminant les photons de trop
faibles énergies.
Classiquement, pour des tensions de 60 à 120 kV, on préconise une
filtration d’environ 2 mm d’aluminium.
Au delà de 120 kV, on préconise une filtration d’environ 2mm de cuivre et
d’aluminium.
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22. Caractéristiques d’un tube RX – Gaine plombée
Enveloppe de protection (3 à 5 mm de plomb)
Elle contient l’ensemble du tube et permet d‘en assurer une protection
électrique, thermique (évacuation de la chaleur) et mécanique tout en
assurant la protection des utilisateurs contre les rayonnements de
fuite.
Fenêtre de sortie pour
les RX
DE Manipulateur - L'image radiologique 22

23. L’alimentation d’un tube RX – Le générateur
Son rôle est multiple, il doit:
- appliquer une U (KV) au tube. La valeur et la forme de la HT détermine la
qualité du rayonnement
- chauffer la cathode pour obtenir l’ I (mA) désirée dans le tube
- déterminer le temps d’application de la HT c-à-d l’exposition (s)
- assurer la sécurité du tube, vérifier que les valeur de U, I et exposition
sont acceptables pour le tube.
DE Manipulateur - L'image radiologique 23

24. La console de contrôle
La console de contrôle permet à l'opérateur d'ajuster les 3 paramètres
d'exposition radiographie : la tension (kV), l'intensité (mA) et le temps de pose
(ms).
kV mA ms
Quantité X X X
Energie X
DE Manipulateur - L'image radiologique 24

25. L’ image radiologique
1) Introduction
2) Formation de l’image radiante
3) Détection de l’image radiante
4) Critères de qualité de l’image
5) Facteurs déterminants l’exposition
6) Conclusion
DE Manipulateur - L'image radiologique 25

26. Phénomènes physique de base
Tube RX Patient Détecteur
Production de rayons X Formation de Formation de
l’image radiante l’image radiologique
Interactions Interactions Interactions
électrons-matière photons-matière photons-matière
DE Manipulateur - L'image radiologique 26

27. Formation de l’image radiante
Après la traversée d’un milieu, le faisceau X est atténué et modifié en
fonction des structures rencontrées.
Ce faisceau est aussi appelé image radiante.
DE Manipulateur - L'image radiologique 27

28. Formation de l’image radiante
L'image radiante est formée par les différences d'atténuation du
faisceau de RX dans les milieux traversés.
L'atténuation des rayons x par la matière organique varie en fonction:
•de l'épaisseur des objets,
•de leur composition physique et chimique,
•de l'énergie des rayons x.
De plus, un rayonnement secondaire diffusant dans toutes les
directions se forme lors du passage du faisceau de RX dans la
matière, mais dégrade la qualité de l'image.
DE Manipulateur - L'image radiologique 28

29. Formation de l’image radiante
Le faisceau de rayons X est progressivement atténué lors de son
passage à travers la matière.
Trois évènements peuvent se produire :
•les rayons x traversent sans être
affectés : ces rayons forment les
parties les plus noires de l'image
radiographique (A)
•les rayons x sont arrêtés : la proportion
de rayons x arrêtés conditionne le
niveau de gris visibles sur l'image
radiographique (B,C et D)
•les rayons x sont déviés et forment le
rayonnement diffusé qui forme un voile
uniforme sur l'image radiographique et a
des conséquences sur la radioprotection.
DE Manipulateur - L'image radiologique 29

30. L’image radiologique
Les différences d'atténuation entre les régions sont responsables des
différences de niveau de gris de l’image radiologique. Le différentiel
d'atténuation est lié à la densité des objets et aux numéro atomique des
atomes constituants.
Eau
Métal Os (tissus Graisse Air
mous)
L'introduction de produits de contraste radiographiques ou l'utilisation
d'autres méthodes d'imagerie, permettent d'améliorer la résolution en
contraste.
DE Manipulateur - L'image radiologique 30

31. Interactions RX-matière
Le coefficient d'atténuation µ exprime la probabilité pour
un photon de subir une interaction.
Photon primaire
 Photon diffusé Effet
incidents 
Photons Compton
Absorption partielle d'énergie

électron
I0 I
Effet
Absorption totale d'énergie
photoélectrique
électron
MILIEU
 • Épaisseur de milieu
I = I0 exp (-  • Nature du milieu Z
µ x)  •
Énergie des photons
DE Manipulateur - L'image radiologique 31

32. Interactions RX-matière
E = Ea + Es
• L’énergie perdue par le fx incident (atténuation) se retrouve sous deux
formes :
- Une partie EA est absorbée par le milieu (Ec des e- secondaires).
- Une partie ES est diffusée et sort de la matière dans une direction
différente de la direction du faisceau initial (E des photons
secondaires).
DE Manipulateur - L'image radiologique 32

33. Interactions RX-matière
H2O
Énergie (MeV)
Coefficient d’atténuation linéique (cm-1)
DE Manipulateur - L'image radiologique 33

34. Interactions RX-matière
Effet photoélectrique
- Absorption, par un atome, de la totalité de l’énergie
E du photon incident.
- Ejection d’ 1 e- de sa couche électronique (énergie de
liaison W) qui a une Ec = E-W.
- Ionisation de la couche à laquelle appartenait l’e-
- Emission de photons de fluorescence.
DE Manipulateur - L'image radiologique 34

35. Interactions RX-matière
Effet photoélectrique
La probabilité d'interaction par un effet photoélectrique est
proportionnelle à la densité du matériel et au cube du numéro
atomique des atomes constituants. Les atomes de numéro atomique
élevé, comme le plomb (Z = 82) arrêtent plus facilement les rayons X
par un effet photoélectrique que les atomes de numéro atomique
faible (carbone, hydrogène, oxygène, azote) composant la matière
organique.
L'effet photoélectrique est l'effet principal dans les matières
organiques lorsque les rayons x sont de relativement faible énergie.
On considère que l'effet photoélectrique est l'effet majeur pour des
tensions inférieures à 70 kV.
DE Manipulateur - L'image radiologique 35

36. Interactions RX-matière
Effet Compton
Le résultat de l'effet Compton est :
-une déviation avec une perte d'énergie du RX,
-la production d'un électron
-la production d'un ion positif.
La probabilité d'interaction par un effet Compton ne dépend que de
la densité du matériel et ne dépend pas du numéro atomique.
DE Manipulateur - L'image radiologique 36

37. Interactions RX-matière
Effet Compton
L'effet Compton est prépondérant dans les tissus organiques avec
des rayons x de forte énergie (tension > 100 kV).
Le rayonnement diffusé ou secondaire provient du patient.
La quantité de rayonnement diffusé augmente avec l'énergie des
rayons x et le volume irradié, c'est-à-dire l'épaisseur
radiographiée et la taille du champ.
Le rayonnement diffusé diminue le contraste de l'image.
DE Manipulateur - L'image radiologique 37

38. Interactions RX-matière
Effet de la tension KV sur le contraste de l’image
L'effet photoélectrique est prépondérant aux basses tensions (50 -
70 kV) tandis que l'effet Compton est prépondérant aux hautes
tensions (>100 kV).
Le contraste obtenu par l'effet photoélectrique est relativement
bon car il fait intervenir à la fois les différences de densité entre
les milieux mais aussi les différences de numéro atomique.
Lorsque la tension est basse (<70 kV) l'image radiographique est
plus contrastée que lorsque la tension est haute (>100 kV).
Le contraste diminue progressivement lorsque la tension
augmente.
DE Manipulateur - L'image radiologique 38

39. Formation géométrique de l’image
L’image radiologique est une ombre projetée d’objets plus ou
moins opaques aux RX.
L’image radiologique est une représentation en deux dimensions
d’une épaisseur complexe.
La conicité du faisceau RX et l’orientation du rayon directeur
entraînent une déformation des structures radiographiées.
Il en résulte une perte d'information quant à la position
(profondeur) et la forme exacte des objets.
Une deuxième vue, prise la plupart
du temps avec une incidence
perpendiculaire à la première, est
nécessaire pour évaluer la position
et la forme des objets dans
l'espace.
La projection de l’image
radiologique obéit à des règles
géométriques très simples.
DE Manipulateur - L'image radiologique 39

40. Formation géométrique de l’image – 1° règle
La projection forme une ombre qui est généralement plus grande que l’objet,
c’est l’agrandissement (distorsion de taille).
I = O × ( fi /
fif= distance foyer film
o )
fo = distance foyer objet
Mais en général :
objet anatomique = plusieurs plans + ou
– éloignés
donc agrandissements ≠
DE Manipulateur - L'image radiologique 40

41. Formation géométrique de l’image – 2° règle
2 objets égaux (o) à des distances différentes du détecteur
et du foyer forment des images inégales. Le plus éloigné du
détecteur donne l’image la plus grande.
I2 = O × ( fi / fo2 ) > I1 = O × ( fi / fo1 )
car fo2 < fo1
⇒ Déformations
DE Manipulateur - L'image radiologique 41

42. Formation géométrique de l’image – 3° règle
Une projection perpendiculaire agrandit mais ne modifie pas la forme
d’un objet parallèle au plan du détecteur mais une projection oblique
non perpendiculaire au plan du capteur, modifie dans tous les cas la
forme de l’objet (distorsion de forme).
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43. Formation géométrique de l’image – 4° règle
1 objet dont le plan principal est oblique par rapport au plan du
détecteur est déformé par la projection normale ou oblique.
a: 2 cotés parallèles au film, b: aucun coté parallèle au
film DE Manipulateur - L'image radiologique 43

44. Formation géométrique de l’image – 5° règle
• 1 objet disposé perpendiculairement au plan du film, ou + exactement
dans le sens de propagation des rayons donne une ombre (linéaire) à
peine discernable.
• Pour rendre visible un tel objet, il faut faire une projection légèrement
oblique, l’objet donne alors une ombre très déformée mais interprétable.
DE Manipulateur - L'image radiologique 44

45. Formation géométrique de l’image – 5° règle
• 2 objets superposés dans le sens de propagation des RX forme
une ombre composite où les objets ne sont discernables que par
différence d’opacité.
• Par projection oblique les 2 objets peuvent être séparés; le +
éloigné s’écarte en direction opposée à celle du foyer de RX.
DE Manipulateur - L'image radiologique 45

46. L’ image radiologique
1) Introduction
2) Formation de l’image radiante
3) Détection de l’image radiante
4) Critères de qualité de l’image
5) Facteurs déterminants l’exposition
6) Conclusion
DE Manipulateur - L'image radiologique 46

47. La détection de l’image radiante
Le faisceau qui a traversé le sujet transporte une image radiante qui
sera visible par transformation et donnera l’image radiologique.
La radioscopie permet de visualiser des images en temps réel (mode
dynamique).
La radiographie permettant d’obtenir une image « figée » (mode
statique) .
DE Manipulateur - L'image radiologique 47

48. Différents systèmes avec
amplificateur de luminance
A : système avec tube sous la table
B : système fixe à arceau
C: système mobile à arceau A
C B
DE Manipulateur - L'image radiologique 48

49. DE Manipulateur - L'image radiologique 49

50. Détections des RX – Radioscopie
L’amplificateur de luminance
 Son rôle est double:
• Intercepter le fx RX et le convertir en photons lumineux (dans
le domaine du visible)
• Amplifier ou intensifier ce signal lumineux
DE Manipulateur - L'image radiologique 50

51. Amplificateur de luminance
Son principe: Amplifier le signal par accélération et focalisation des
électrons
DE Manipulateur - L'image radiologique 51

52. Détections des RX – Radioscopie
La fenêtre d’entrée
 1 écran fluorescent constitué d’une couche de
phosphore qui transforme les RX (20 à 120 keV) en
photons lumineux (1,5 à 3 keV).
 1 photocathode dans laquelle les photons lumineux
libèrent des e-. Ces électrons sont libérés par
effet photo-électrique.
DE Manipulateur - L'image radiologique 52

53. Détections des RX – Radioscopie
La couche de phosphore
 Plus elle est épaisse et meilleure est l’efficacité et moins
on a besoin de dose 
Mais on augmentera la diffusion des photons et donc on
diminuera la résolution spatiale 
 Epaisseur comprise entre 300 et 450 µm
 Afin d’augmenter l’efficacité de conversion le coefficient
d’atténuation du phosphore d’entrée doit correspondre au
spectre RX émis à la sortie du patient.
 Choix actuel CsI:Na (absorption plus importante)
DE Manipulateur - L'image radiologique 53