LES RAYONS X II-1 Définition et propriétés
Comme les rayons X traversent la matière le film radiographique peut garder l'impression et livrer l'image de notre anatomie interne. Au cours d'une. Page 3
Chapitre III-Rayons-X.pdf
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Diapositive 1
L'électron continue sa course sur une autre trajectoire ayant été dévié par Le spectre de rayonnement X obtenu à la sortie d'un tube à rayons X. - A une ...
Cours n°6 : Imagerie par Rayons X
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DETERMINATION DES STRUCTURES CRISTALLINES PAR
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1 Rayons X 08
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Cours n°6 : Imagerie par Rayons X
Plus l'élec- tron passe près du noyau plus il sera freiné
La physique des Rayons X
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17 févr. 2012 Ce livre est la mise en forme plus complète
Imagerie
GTS503 :
Cours 2
Présentations
21 janvier 2013 2 GTS503 - C3 : Imagerie
Modalités
21 janvier 2013 3 GTS503 - C3 : Imagerie
Modalités
Radiographie
http://info.med.yale.edu/library/exhibits/curie/curie-2.html http://science.hq.nasa.gov/kids/imagers/ems/xrays.html
4 GTS503 - C2 : Imagerie
Modalités
Fluoroscopie
Écran fluorescent : émission
de lumière visible lorsque frappé par la radiation ionisanteIntensificateur d'image : voir
les images sous conditions normales (plus de chambre noire) - : forte irradiation5 GTS503 - C2: Imagerie
Modalités
Mammographie
6 GTS503 - C2 : Imagerie
Introduction
Les modalités ² Tomographie Axiale (CT)
meded.ucsd.edu/isp/ 1999/surgery/rad02.html web.northnet.org/.../ ct%20scan%20hospital.jpg7 GTS503 - C2 : Imagerie
Notions de physique
Ondes, atome et rayonnement
21 janvier 2013 8 GTS503 - C3 : Imagerie
DĠfinition d'une onde͗
Fréquence F ou ʐ [Hz] : nombre de cycle par seconde Longueur d'onde ʄ [m] : distance entre 2 maximumVitesse de propagation v ou c [m/s]
Notions de physique
Les ondes
JT Bushberg et al., 2002
9 GTS503 - C2 : Imagerie
Notions de physique
I·MPRPH
Noyau =
Proton :
Élément de charge électrique positive
Numéro atomique Z
Neutron :
Élément sans charge électrique
Notation N
=> Nombre de masse : Différent de la masse atomique ; edžemple de l'odžygğne 16 ͗8 protons
8 neutrons
A = 16 mais masse = 15,9949 amu
Calcul :
011/10/atome1.jpg
10 GTS503 - C2 : Imagerie
Notions de physique
I·MPRPH
Noyau =
Proton
Neutron
Nuage extranucléique d'Ġlectrons :
Éléments de charge électrique négativeModèle de Bohr :
orbites d'e- à distance fixe du noyau couches (+ proche au + éloigné = attraction la + forte à la +faible) : n : nbe quantiqueChaque couche contient 2n2 e-
Niǀeau d'Ġnergie associĠ JT Bushberg et al., 200211 GTS503 - C2 : Imagerie
Notions de physique
I·MPRPH
12 GTS503 - C2 : Imagerie
Notions de physique
I·MPRPH
Énergie de liaison
Énergie nécessaire pour retirer un électron complètement de l'atome Peut ġtre donnĠe par un photon ou une forme corpusculaire d'une radiation ionisante Augmente avec le nombre de protons dans le noyau ; dépend donc du nombre atomique (Z)13 GTS503 - C2 : Imagerie
Notions de physique
Cascade G·pOHŃPURQV
Retrait d'un e- par un photon
> lacune dans la couche >Lacune comblée par un e- d'une couche supĠrieureÉnergie libérée
= énergie de liaison couche origine - énergie de liaison couche finale = libérée sous forme de photon (rayon X ou e- Auger)JT Bushberg et al., 2002
14 GTS503 - C2 : Imagerie
Notions de physique
Rayonnement électromagnétique
Infrarouge : Thermographie
Visible : Endoscopie, Microscopie
Ultraviolet : Fluoroscopie
Rayons X : Radiographie
Rayons gamma : Scintigraphie
15 GTS503 - C2 : Imagerie
OndeParticule sans masse, d'Ġnergie
Corpuscule
Modèle précédent insuffisant pour expliquer les Ġchanges d'Ġnergie entre le rayonnement et la matière > physique quantiquePhotons
Ensemble de particules = photons
Énergie du photon :
Lorsque E est exprimé en en keV et l en nm :
Rappels de physique
Rayonnement électromagnétique -
Dualité onde/corpuscule
h : constante de Planck h = 6.62 x10-34 J-sec = 4.13 x 10-18 keV-sec16 GTS503 - C2 : Imagerie
Notions de physique
Ionisation
Notion de ionisation ͗ lors d'une interaction rayonnement t matière : Rayonnement non-ionisant : ne change pas la structure des atomes Rayonnement ionisant : énergie suffisante pour ioniser la matière, i.e. détacher un ou plusieurs e- d'un atome. Plusieurs types, dont rX et r- gamma se distinguant par leur mode de production : Rayons gamma > radioactivité, désexcitation nucléaire, transformation du noyau de l'atomeRayons X > processus électromagnétiques
17 GTS503 - C2 : Imagerie
Notions de physique
Ionisation
On distingue :
Les rayonnements directement ionisants : rayonnement constitué de particules chargées électriquement :Particules chargées (e-)
Tube à rayons X
Les rayonnements indirectement ionisants : rayonnement particulaire et/ou électromagnétique non-chargé électriquementInteractions avec les atomes du corps humain
18 GTS503 - C2 : Imagerie
Notions de physique
Ionisation
Ionisation spécifique :
Nombre d'ions primaires et secondaires produits par unitĠ de longueur du trajet de la particuleÐ avec la vitesse de la particule incidente
19 GTS503 - C2 : Imagerie
Interaction avec la matière
7UMQVIHUP OLQpLTXH G·pQHUJLH
Quantité d'énergie transférée au milieu cible suite à la perte d'Ġnergie de la particule chargĠeFonction :
Î augmentation de l'ionisation ă ǀitesse plus basseDu carré de la charge
20 GTS503 - C2 : Imagerie
Production de rayons X
Tubes à rayons X et générateurs
21 janvier 2013 21 GTS503 - C3 : Imagerie
Production de rayons X
Tube de Coolidge
Tube à vide :
1.Production d'e- par le filament chauffé par un courant
2.Attraction des e- par une cible métallique portée à une forte tension positive (anode) par rapport
au filament (cathode) rayons XJT Bushberg et al., 2002
22 GTS503 - C2 : Imagerie
Production de rayons X
Tube de Coolidge ² Tube à anode tournante
JT Bushberg et al., 2002
Wikipedia, Rotating anode x-ray tube.jpg
23 GTS503 - C2 : Imagerie
Production de rayons X
Tube de Coolidge ² Anode
Tungstène :
Poids atomique élevé
Point de fusion élevé >
supporte la chaleur (2700 oC)Foyer optique :
Aire de contact entre l'anode
et les e- venant de la cathodeAnode froide > foyer optique
petit х dĠtails de l'image meilleursInclinaison de l'anode ͗ pour diriger les
photons XPente forte = petit foyer (poignet)
Pente faible = gros foyer (bassin, rachis)
24 GTS503 - C2 : Imagerie
Production de rayons X
Tube de Coolidge ² Anode
Les rayons X, ERFPS CHU Hôpitaux de Rouen
25 GTS503 - C2 : Imagerie
Production de rayons X
Tube de Coolidge ² Cathode
Configurations du filament :
Tube " universel » : forme circulaire /
coniqueDesign Benson : bobine allongée
Foyer optique :
Taille et forme influencée par la
position du filament escoolidge/coolidgeinformation.htm26 GTS503 - C2 : Imagerie
Production de rayons X
Tube de Coolidge ² Foyer optique, résumé
JT Bushberg et al., 2002
27 GTS503 - C2 : Imagerie
Production de rayons X
Tube de Coolidge ² Filtration
Question : les rayons sortant du tube ont-ils tous la mêmeénergie ?
NON ! Filtration ͗ enleǀer les rayonnements n'ayant pas l'Ġnergie désirée, car :Création de flou
Dose inutile au patient
Type :
Inhérente : dans le tube
Additionnelle
JT Bushberg et al., 2002
28 GTS503 - C2 : Imagerie
Production de rayons X
Tube de Coolidge
Création de photons X possédant diverses énergies.Dû à 2 mécanismes :
Rayonnement de freinage ou Bremsstrahlung
Rayonnement de fluorescence
29 GTS503 - C2 : Imagerie
Production de rayons X
Rayonnement de freinage (Bremsstrahlung)
Passage d'un e- ă prodžimitĠ d'un atome
¾Freinage dû à la charge négative du nuageélectronique
¾Déviation due au noyau positif
e- ă la sortie de l'atome ͗ dĠǀiĠ et ralenti с perte d'Ġnergie Énergie de freinage : dégagée sous forme de rayon X30 GTS503 - C2 : Imagerie
Production de rayons X
Rayonnement de freinage (Bremsstrahlung)
Poursuite de l'e- vers un autre atome
Énergie plus faible
Donc r-y d'Ġnergie diffĠrente
Énergie des rayons X dépend :
De l'énergie cinétique de l'électron
De l'attraction du noyau (Charge Z)
De la distance entre l'électron et le noyau
31 GTS503 - C2 : Imagerie
Production de rayons X
Rayonnement de fluorescence
Collision de l'e- incident avec un e-
Cascade d'e- : un e- d'une couche
manquant32 GTS503 - C2 : Imagerie
Production de rayons X
Rayonnement de fluorescence
transition > spectre de raiesAppellation des raies : lettre latine / lettre
grecque :Lettre grecque : numérotation relative de la
couche de proǀenance de l'e- :ɲ : couche immédiatement supérieure
ɴ : 2 couches au dessus
http://www.uvp5.univ- paris5.fr/DESRADIOLOGIE/MEDIAS/02_2011_O_Ernst/Pub_02_2011_O_Ernst/index.htm
33 GTS503 - C2 : Imagerie
Production de rayons X
Rayonnement de fluorescence
Exemple : tube avec anode tungstène
Couches :
K : 69 keV
L : 11 keV
M : 1 keV
Autres : négligeable
Énergie de fluorescence K :
Énergie max : 69 keV (réarrangement externe - K) Énergie min: 69-11 = 58 keV (réarrangement K - L)Énergie de fluorescence L :
Énergie max : 11 keV (réarrangement externe - L) Énergie min: 11-1 = 10 keV (réarrangement L - M)34 GTS503 - C2 : Imagerie
Production de rayons X
Spectre de rayonnement
JT Bushberg et al., 2002
35 GTS503 - C2 : Imagerie
Production de rayons X
Tube de Coolidge ² Tension et intensité
Effet de la tension :
Forme du spectre continu de freinage
Effet de l'intensitĠ du filament ͗
Amplitude du spectre
= quantité de rayonsE=1.6*10-19 [Coulomb] ͗ charge de l'e-
U : Tension [V]
36 GTS503 - C2 : Imagerie
Interaction avec la matière
21 janvier 2013 37 GTS503 - C3 : Imagerie
Interaction avec la matière
Atténuation
I : nombre de photons après la traversée de la matièreI0 : nombre initial de photons
x : distance traversée type de tissu traversé38 GTS503 - C2 : Imagerie
Interaction avec la matière
2 principaux types :
Effet photoélectrique : prédominant aux faibles énergies (<50keV) Effet Compton : prédominant aux fortes énergies (>110keV)39 GTS503 - C2 : Imagerie
Interaction avec la matière
Effet photoélectrique
Un photon X donne la totalité de son énergie à un électron, qui est expulséE : énergie du photon incident
WL : énergie de liaison de la couche électroniqueSuit une cascade d'Ġlectron, donc :
Émission d'un nouǀeau photon y
Émission d'un e- Auger, si photon X assez énergétiqueSource : Vuillez, J.P., Chap2 : Interactions
des rayonnements avec la matière40 GTS503 - C2 : Imagerie
Interaction avec la matière
Effet photoélectrique
Atténuation :
d: densitéZ : numéro atomique
E : énergie des photons
k : constante ÎFaible variation de Z = grosse modification du coefficient d'attĠnuation, surtout ă basse Ġnergie (E faible)41 GTS503 - C2 : Imagerie
Interaction avec la matière
Effet Compton
Si énergie photon très supérieure à énergie des e- de la couche K ͗ impossible de transfĠrer toute l'Ġnergie du photonX à un e-
Î Effet Compton :
Une partie seulement de l'Ġnergie du photon y permet d'Ġjecter l'e-Le photon X est dévié et poursuit sa route
42 GTS503 - C2 : Imagerie
Interaction avec la matière
Effet Compton
Source : Vuillez, J.P., Chap2 : Interactions
des rayonnements avec la matière43 GTS503 - C2 : Imagerie
Interaction avec la matière
Effet Compton
Atténuation :
d: densité E : énergie des photons k : constante ÎFonction surtout de la densité de matière donc faible variation en fonction des tissus44 GTS503 - C2 : Imagerie
Interaction avec la matière
Effets photoélectrique et Compton - Résumé2 mĠcanismes d'attĠnuation ͗
Photoélectrique : aux faibles énergies
Compton : aux fortes énergies
CrĠation d'un rayonnement y diffusĠ, de direction diffĠrente du rayonnement incident ; le patient devient une source de rayons X45 GTS503 - C2 : Imagerie
Interaction avec la matière
Choix des kV
Très faibles (<30kV)
Absorption de tous les rayons par le patient
Irradiation, mais pas d'image edžploitable
Très fort (>150kV)
Faible coefficient d'attĠnuation, par effet ComptonPeu de variation entre les organes
Irradiation, mais pas de contraste de l'image
46 GTS503 - C2 : Imagerie
Acquisition des rayons X
Propriétés de l'image
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