Radiologie conventionnelle

Découverts par Wilhelm Conrad Röntgen il y a plus d’un siècle, les rayons X sont largement utilisés en imagerie médicale diagnostique. Ils font partie des rayonnements ionisants. C’est leur utilisation qui est exploitée en tomodensitométrie.

En radiologie conventionnelle, la radiographie reste un examen très fréquemment réalisé, notamment en pathologie pulmonaire et ostéo-articulaire.

Production des rayons X

L’émission de rayons X est la conséquence d’une collision entre un électron possédant une vitesse très élevée et une cible métallique dense. Lors de cette collision, l’énergie cinétique très importante de l’électron se convertit à 99 % en chaleur (énergie thermique) et à 1 % en rayonnement X.
En pratique, les rayons X sont produits à l’aide d’un tube à rayons X. Ce dernier est formé d’une cathode qui constitue la source des électrons en portant à incandescence un ou deux filaments. Le filament est chauffé par un courant électrique dont l’intensité est mesurée en milliampères,  les électrons sont attirés vers la cible (l’anode) par une différence de potentiel très élevée qui peut varier de 40 à 150 kilovolts. La variation de l’intensité du courant électrique dépend la quantité de rayons X produits.

Plus la différence de potentiel est élevée, plus l’accélération est grande et plus l’énergie cinétique des électrons lors du choc est importante. Ainsi, plus la différence de potentiel est élevée et plus les rayons X sont énergétiques. On parle de rayons X à basse tension , de 40 à 90 kilovolts et à haute tension de 100 à 150 kilovolts.

Tube à rayons X.
Les électrons issus de la cathode sont attirés vers la cible (anode).
Les rayons X sont produits lors de la collision des électrons contre l’anode. Cette dernière est animée d’un mouvement circulaire pour évacuer rapidement la chaleur créée.

L’anode constitue la cible métallique qui permet la création de rayons X. Elle est un élément essentiel du tube à rayons X. Il s’agit habituellement d’une plaque de tungstène suffisamment dense pour favoriser la production de rayons X.

Cette émission de faisceau de rayons X s’effectue à travers un filtre qui permet d’éliminer les photons de trop faible énergie, puis au travers de diaphragmes et de localisateurs qui permettent de déterminer plus précisément les dimensions et la forme du champ d’irradiation qui permettent d’adapter parfaitement aux dimensions de la région anatomique à examiner.

Propriétés des rayons X

Les rayons X sont caractérisés par leurs propriétés qui leur permettent de traverser des milieux de natures différentes et d’être atténués en fonction des structures rencontrées. Les différentes zones d’atténuation du faisceau de rayons X dépendent à la fois de l’épaisseur et de la densité des régions anatomiques. Ainsi, l’atténuation du faisceau de rayons X est d’autant plus marquée que l’épaisseur et la densité du corps traversé sont plus importantes. Les rayons X se propageant en ligne droite et dans toutes les directions, c’est l’utilisation des diaphragmes et des cônes localisateurs qui permettent d’adapter les caractéristiques géométriques du faisceau de rayons X à la région anatomique étudiée.

Dans l’imagerie médicale, on peut particulièrement juger de la qualité de l’image sur quatre critères : le contraste, la résolution spatiale, la fidélité et la définition.

Le contraste qualifie la différence de densité optique entre deux régions voisines de l’image radiologique. C’est lui qui permet sur une image radiologique de différencier deux structures de densités différentes.

La résolution spatiale caractérise la plus petite distance que l’on peut observer entre deux objets adjacents.

La fidélité se rapporte aux règles d’optique radiologique qui peuvent être à l’origine d’un agrandissement ou d’une déformation géométrique de la structure étudiée.

La définition caractérise la netteté de l’image. Une image est nette lorsqu’on a minimisé l’ensemble des sources de flou ; ce peut être un flou géométrique (déformation de la structure étudiée), un flou cinétique (déplacement pendant l’exposition), un flou diffusé, lié à la présence de rayonnement X diffusé secondaire émis par l’objet radiographié.

L’utilisation en radiologie conventionnelle du tube à rayons X vise à obtenir une image optimale. On peut ainsi régler la différence de potentiel, tension d’accélération des électrons mesurée en kilovolts qui détermine l’énergie et le pouvoir de pénétration des rayons X. À haute tension, les rayons X sont plus pénétrants, mais le contraste diminue. À basse tension, les rayons X sont moins pénétrants, mais le contraste augmente. Parallèlement, on peut régler l’intensité du filament en milliampères et le temps de pose en secondes. On comprend facilement que la dose délivrée et donc le noircissement dépendent de la quantité de photons produits par unité de temps et du temps de pose.

 

Refernce:

Lionel Arrivé Ahmed Chaouki Tourabi Anne Miquel Laurence Monnier-Cholley Laurence Rocher, « Imagerie médicale pour le clinicien », Elsevier Masson, 13th August 2012.

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