24- imagerie rx

24- Imagerie RX

Les points essentiels

• Atténuation des rayons X

• Couche de demi-atténuation

• Image radiologique

• Contraste radiologique

• Tomographie assistée par ordinateur

Atténuation des rayons XL’atténuation progressive des rayons X à mesure qu’ils traversent la matière est due principalement à l’effet Compton et à l’effet photoélectrique. Le nombre de rayons X atteignant la plaque photographique diminue selon la fonction exponentielle suivante:

0xN N e

où N est le nombre de rayons X ayant parcouru la distance x sans être diffusés; N0 est le nombre de rayons X émis par le tube; µ est le coefficient d’atténuation en m–1 et x est la distance parcourue par les rayons X, en m.

Exemple 1

Un tube émet 5000 rayons X. Après avoir traversé 5 cm d’une substance, 1340 rayons X atteignent la plaque. Calculez le coefficient d’atténuation de cette substance.

(0,05)

(0,05)

1

1340 5000

0,268

ln 0,268 (0,05)

26,3

e

e

m

Exemple 2

Quelle épaisseur de substance est-il nécessaire pour que la moitié des rayons X soit diffusée dans l’exemple précédent?

Solution

2500 rayons X sont détectés sur 5000 initialement, d’où:

2500 = 5000 e –26,3 x

0,5 = e –26,3 x

ln (0,5) = –26,3 x d’où x = 0,026 m ou 2,6 cm.

L’épaisseur d’une substance qui atténue de MOITIÉ l’intensité d’un rayon X s’appelle une couche de demi-atténuation (CDA).

Couche de demi-atténuation

Ainsi, puisque la loi s’écrit:

N = N0e –µx et que N = N0/2 lorsque x = (CDA), on a:

N0 / 2 = N0e –µ (CDA) ou 0,5 = e –µ (CDA)

d’où ln(0,5) = – 0,693 = – µ (CDA)

et CDA = 0,693 / µ

où CDA: couche de demi-atténuation en cm, ou en mm;µ: coefficient d’atténuation, en cm–1, ou mm–1.

On réduit l’intensité d’un faisceau de rayons X en plaçant à la sortie du tube un filtre d’aluminium dont les épaisseurs disponibles varient entre 1 mm et 5 mm.

Image radiologiqueSeuls l’effet Compton et l’effet photoélectrique sont importants à considérer dans la production d’images radiologiques.

La diffusion des rayons X par effet Compton produit un fond gris sur la pellicule photographique sans information utile pour l’image résultante. En diminuant la tension du tube, on peut réduire l’effet Compton mais on expose davantage le patient à des rayons X de faible énergie.

L’effet photoélectrique est responsable de 2 phénomènes distincts: les rayons X provenant du tube peuvent être absorbés, principalement par les substances de haute densité comme les os. Finalement, il y a tous les autres rayons X émis par l’anode du tube qui traversent les tissus mous du corps humain sans être diffusés et vont sensibiliser la plaque photographique en noircissant sa surface chimique.

Une image radiographique provient donc de la différence entre les rayons X absorbés par effet photoélectrique et les rayons X non absorbés atteignant la

plaque photographique.

Image radiologique (suite)Ainsi, toute plaque photographique exposée aux rayons X du tube noircira de façon uniforme. Si on place un membre entre le tube et la plaque, les substances radio-opaques de grande densité arrêteront les rayons X et produiront une zone pale sur cette plaque alors que les structures anatomiques de faible densité, plus facilement traversées par les rayons X, vont plus ou moins noircir celle-ci. Les zones grises sont en fait des zones noires produites par des rayons X en faible nombre. Le processus selon lequel une image radiographique résulte de la différence entre les rayons X qui traversent la cible et ceux qui ne traversent pas s’appelle l’absorption différentielle. Une image de qualité (bon contraste) implique une grande absorption différentielle; on dit aussi contraste radiologique.

Contraste radiologique

Le contraste radiologique Cxy est le degré de détection de l’image d’un objet par rapport à son contour:

où Nx et Ny sont le nombre de rayons X ayant atteint la plaque photographique respectivement dans une zone x et une zone y adjacentes.

x yxy

x y

N NC

N N

Contraste radiologique

• On administre parfois des produits de contraste.

- permet de sélectivement opacifier des régions d’intérêt

- administrées oralement, par intraveineuse ou via cathéter

Tomographie assistée par ordinateur

),(),(ID yxμyx

Tomographie assistée par ordinateur (suite)

Dans cette technique, un faisceau étroit de rayons X balaie une section transversale du patient et un détecteur suivant la trajectoire du faisceau atténué capte l’intensité de celui-ci. La rotation du faisceau peut atteindre 180 degrés (une détection est captée à tous les degrés). Les valeurs d’intensités recueillies contiennent des informations permettant de visualiser des zones d’atténuation diverses réparties sur tout le mince volume parcouru par le faisceau mobile.


Première génération Technologie moderne


Simplifions notre approche en utilisant le système suivant: un tube à rayons X produit un mince filet de rayonnement dirigé vers un petit cube de 1 cm de côté possédant un coefficient d’atténuation µ = 0,1/cm. La loi d’atténuation des rayons X nous dit alors qu’un faisceau avec N=1000 s’atténue à N = 905 après avoir traversé le cube:

N1 = 1000 e–(0,1)x = 905

De même, si le même faisceau traverse un second cube identique, son intensité deviendra:

N2 = 905 e–(0,1)x = 819

Un détecteur peut alors capter l’intensité du faisceau résultant dont la valeur dépendra du nombre de cubes identiques traversés par le faisceau. Si, par exemple, N = 819, on conclut qu’il y avait 2 cubes sur le trajet du faisceau; si N = 607, alors 5 cubes apparaissent sur le trajet.


Les intensités mesurées permettent de savoir combien de cubes identiques sont traversés par chaque rayon X (nombres entre parenthèses) mais rien ne nous informe sur la position verticale de chacun de ces cubes. On peut aller chercher plus d’informations en balayant les mêmes cubes avec un faisceau de rayons X dans une direction perpendiculaire à la précédente. Cette fois, les rangées horizontales nous montrent que 2 cubes sont rencontrés dans la première rangée, suivi de 3,1,0 et 3 dans les rangées suivantes.

Encore là, aucune information sur la position horizontale précise des cubes. En fait, les seules informations que les détecteurs nous donnent ressemblent à ce qu’on pourrait observer au bout de chaque rangée ou colonne de la grille inconnue. Si une plaque photographique était placée à droite ou en dessous de l’ensemble des cubes, on n’y verrait que des tons variables de gris sans révélation d’image claire.


Là où il y a de l’os, une atténuation importante est détectée et l’on compte un cube de densité «9»; une densité pourrait varier de 0 à 9 selon les substances traversées. Pour simplifier notre démonstration, on supposera que seul des cubes de densité 0 ou 9 sont présents. Les valeurs détectées varient entre 0 et 36; par exemple, dans la colonne donnant la valeur égale à 27, il y a 3 zones cubiques contenant de l’os; le faisceau traversant la ligne horizontale donnant la valeur 9 ne traverse qu’une seule zone cubique! Mais, en réalité, nous le savons parce que nous avons triché! Nous montrons à l’avance dans la figure ci-dessus les zones cubiques traversées par les rayons X.


Si on est honnête, tout ce que nous connaissons, ce sont les valeurs déduites des 19 faisceaux qui ont traversé la coupe étudiée. Or cette information est suffisante pour nous donner une image numérique. Par exemple , remarquez le 4ème cube sur la seconde rangée, si on additionne ensemble les valeurs de sa rangée, de sa colonne et de sa diagonale, on obtient la valeur:

18+18+36 = 72.

De même, le deuxième cube de la troisième rangée donne 63. Si on examine les 25 cubes de cette coupe, on obtiendra toutes les valeurs apparaissant à la figure ci-dessous et, c’est par la suite que le miracle s’accomplit. Commençons à noircir les cubes à partir de la valeur la plus élevée. Bien sûr, si on se rend jusqu’à la valeur minimale (=9) cela ne serait pas intéressant, mais, avec un peu d’observation, on réalise que si l’on arrête à «63», les zones noircies correspondent étrangement aux zones osseuses traversées par les rayons X.

Exercices proposés

2401, 2403, 2404, 2405, 2407, 2410, 2411

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