Introduction imagerie- RX

Introduction - La Formation de l'image Radiographique - Rappel sur les Rayons X - La Formation des Rayons X


Points importants :

 

  1. Imagerie médicale regroupe des techniques ayant en commun la visualisation des organismes humains et animux par des méthodes autres que l'observation directe
  2. Les rayons x sont des rayonnements électromagnétiques de forte énergie capable de traverser la matière d'une manière inégale en fonction des milieux
  3. Les rayons x sont rayonnements ionisants
  4. Les rayons x sont produits par l'interaction d'électrons lancés à grande vitesse sur une cible matérielle
  5. Les rayons x sont produits essentiellement par le ralentissement des électrons lorsqu'ils passent à proximité d'un gros noyau
  6. La quantité de rayons x produits dépend de la taille du noyau, du nombre d'électron envoyé et de leur vitesse
  7. L'énergie des rayons x produits dépend de la vitesse des électrons

1. Imagerie médicale

 

Les rayons x ont été découverts fortuitement en 1895 par Wilhelm Röntgen, scientifique allemand, qui réalisa que ces rayons d'origine inconnue, qu'il appela pour cette raison "X", avaient la capacité à traverser des corps opaques à la lumière. Il réalisa ainsi la première radiographie d'une main. Les premières radiographies d'animaux datent de l'année suivante à Vienne, en Autriche. L'intérêt des rayons x en médecine fût immédiatement perçu, en orthopédie, puis pour l'exploration du thorax et de l'abdomen. L'introduction des examens avec produits de contraste a encore élargi le champ d'action de la radiologie à partir des années 1950.

L'utilisation des rayons gamma en médecine est beaucoup plus tardive et c'est l'invention de la caméra gamma qui a donné naissance à la scintigraphie à la fin des années 1950. L'échographie est apparu à la même époque, grâce à la technologie du sonar développé par les marins. Les progrès considérables de l'informatique sont à l'origine de la reconstruction d'images de coupe à partir de projections multiples : c'est la tomodensitométrie (TDM) ou scanner apparu dans les années 1970. L'imagerie par résonnance magnétique (IRM) est le dernier né dans les années 1980. L'apparition et le développement de ces technologies nouvelles ont boulversé la radiologie et la médecine d'une manière générale. Toutes ces disciplines sont regroupées sous le vocable imagerie médicale. L'endoscopie, en revanche, ne fait pas partie à proprement parlé de l'imagerie médicale car il s'agit de vision directe.

2. Principe de la formation de l'image radiographique

 

Les rayons X sont des rayonnements électromagnétiques d'énergie suffisante pour qu'une partie du rayonnement puisse traverser les objets sans être altérée. Contrairement à la lumière, qui est absorbée ou réfléchie par les objets solides, les rayons X traversent les corps opaques à la lumière, et en particulier les organismes vivants. L'atténuation du faisceau de rayons X au cours de son passage dans le corps à radiographier n'est souvent pas uniforme. Des différences d'atténuation existent entre les poumons, le cœur et les os par exemple. Ces différences d'atténuation sont essentielle à la formation de l'image radiographique :

L'image radiographique résulte de la différence d'atténuation des rayons X dans les milieux traversés

3. Les rayons x

 

Les rayons x font partie de la famille des rayonnements électromagnétique, au même titre que la lumière, les micro-ondes, les ondes radiophoniques, et les rayons γ. Les rayonnements électromagnétiques sont des quantités d'énergie voyageant sous la forme d'une combinaison d'un champ électrique et d'un champ magnétique perpendiculaires l'un à l'autre et dont l'intensité varie suivant une fonction sinusoîdale.

Les ondes électromagnétiques se déplacent en ligne droite, dans le vide ou la matière, avec une vitesse constante dans le même milieu. Lorsqu'elles se déplacent dans la matière, des interactions sont possibles avec les atomes des milieux traversés pouvant entraîner une absorption, une diffusion ou une réflexion de l'onde initiale.

Les ondes électromagnétiques sont caractérisées par leur longueur d'onde et leur amplitude. La longueur d'onde (λ) est reliée à la fréquence (ν) par la vitesse (c), qui est constante :

c = λ ν

Le spectre des ondes électromagnétiques comprend des rayonnements aux propriétés et aux utilisations très différentes, depuis les ondes radio jusqu'aux rayonnements cosmiques. Le spectre visible est très étroit. Les couleurs correspondent à différentes longueurs d'onde.

Les rayons x sont des rayonnements électromagnétiques de longueur d'onde plus courte (de fréquence plus grande) que la lumière. Ils se différentient des rayons γ par leur origine : Les rayons γ sont issus d'une transformation nucléaire alors que les rayons x sont d'origine extra-nucléaire. En dehors de leur origine, rien ne peut différentier un rayon x d'un rayon γ.

La quantité d'énergie (E) transportée par les rayonnements électromagnétiques est proportionnelle à la fréquence (ν) :

E = h ν.

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 rayonnement électromégnétique est le Kilo- ou le Méga-électronvolt (KeV ou MeV). Les rayons x sont des rayonnements plus énergétiques que la lumière. Ils ont suffisamment d'énergie pour pouvoir, lors d'interaction avec la matière traversée, éjecter un électron lors de leur absorption ou de leur déviation. L'atome démuni d'un électron est un ion positif, et ce processus est décrit comme une ionisation. L'ionisation des atomes constituants les matières organiques peut avoir des conséquences néfastes sur la structure et la viabilité cellulaire. Les rayonnements électromagnétiques de plus de 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.

Il est parfois plus facile, en particulier pour l'étude des interactions entre la matière et les rayons x, de considérer les rayons x comme des toutes petites particules pouvant percuter les constituants atomiques en leur transmettant tout ou une partie de leur énergie cinétique, à la manière des boules de pétanques.

4. Formation des rayons x

 

Deux mécanismes sont à l'origine de la formation des rayons x dans un tube radiogène : l'émission générale (ou bremsstrahlung) et l'émission caractéristique. Dans les 2 cas, les rayons x sont le fruits de l'interaction entre un flux d'électron lancé à grande vitesse sur une cible matérielle.

4.1 Émission générale

L'émission générale est le mode principal de formation des rayons x en radiologie. L'émission générale se produit lorsque l'électron 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.

L'énergie des rayons x produits de cette manière est variable. On parle de faisceau polychromatique (par analogie avec la lumière). 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. La probabilité de produire un rayon x de forte énergie est plus faible que la probablilité de produire un rayon x de faible énergie. Le spectre d'émission est donc décroissant avec l'énergie avec une décroissance à peu près linéaire.

4.2 Émission caractéristique

L'émission caractéristique est un phénomène mineur dans la production des rayons x. En revanche, c'est un phénomène physique utilisé dans la détection et le dosage de certains atomes par la technique de fluorescence X.

Lors d'émission caractéristique, l'électron incident vient percuter un électron d'une couche profonde (souvent K) et parvient à l'éjecter. Le "trou" laissé est très vite comblé par le passage d'un électron d'une couche plus périphérique (L ou M) vers la couche profonde incomplète. Ce déplacement est dû aux différences d'énergie de liaison entre les couches électroniques. La différence d'énergie de liaison entre les 2 couches se retrouve sous la forme de l'émission d'un rayon X. L'énergie de liaison des électrons étant unique pour chaque couche et chaque atome, le spectre d'énergie des rayons x 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.

4.3 Spectre d'émission des rayons x

La quantité de rayons x produits dans un tube radiogène dépend de (1) la quantité d'électron lancés sur la cible, (2) de leur énergie cinétique (pour l'émission générale) et (3) 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 l'émission générale dont l'énergie varie entre 0 et l'énergie cinétique des électrons et dont la quantité relative varie inversement de leur énergie. Les rayons x de faible énergie sont très vite arrêtés par les matériaux qui entourent la cible et sont exclus du faisceau utile qui sort du tube. Ces 2 élements explique la forme en cloche du spectre d'émission des rayons x qui sortent d'un tube radiogène.

À l'émission générale, viennent s'ajouter des raies correspondant à l'émission caratéristique du Tungstène, car la cible est constituée de Tungstène dans les tubes radiogènes classiques.

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Commentaires (1)

1. abdelaziz bechiri 30/10/2011

tres bonne introduction aux rayons x

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