GTS503 - HIVER 2013 | COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE p. 01 COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE 1 INTRODUCTION Comment peut-on étudier la physiologie ou le métabolisme du corps humain sans interagir directement avec celui-ci ? La réponse se trouve dans l’imagerie médicale. L’imagerie médicale regroupe les moyens d’acquisition et de restitution d’images sur la base de plusieurs phénomènes physiques tels que la résonance magnétique, la radioactivité, l’absorption et atténuation des r-X, la réflexion d’ondes d’ultrasons, l’effet photoélectrique, etc. Dans le but de bien comprendre toutes les techniques existantes, nous aborderons avant tout les principaux éléments qui rendent possibles ces phénomènes physiques tels que les concepts d’atome, de radioactivité, d’interaction des particules avec la matière, d’effet photoélectrique ainsi que d’autres concepts aussi essentiels que les précédents. Lorsque les concepts de base seront bien définis, nous expliquerons les fondements de chaque technique d’imagerie médicale. Nous traiterons par la suite des modalités des techniques que nous diviserons en trois groupes : les techniques qui utilisent les rayons X (radiographie plane, fluoroscopie, mammographie et tomographie axiale calculée par ordinateur), celles qui forment ce que l’on appelle la médecine nucléaire (scintigraphie, tomographie par émission de photons et tomographie par émission de positons) ainsi que les techniques d’imagerie par résonance magnétique et d’imagerie par ultrasons. Par la suite, nous décrirons les différentes propriétés des images en se concentrant sur le contraste et la résolution spatiale de celles-ci. Une section sera consacrée à la production de rayons X et à la description des tubes à rayons X et des générateurs. Nous retrouverons également un tableau résumant les types d’appareils par technique utilisés dans les hôpitaux du Québec.
27
Embed
COURS 3 · GTS503 - HIVER 2013 | COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE p. 05 Il existe une autre méthode lorsque la désexcitation ne se fait pas par émission de
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
GTS503 - HIVER 2013 | COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE
p. 01
COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE
1 INTRODUCTION
Comment peut-on étudier la physiologie ou le métabolisme du corps humain sans interagir
directement avec celui-ci ? La réponse se trouve dans l’imagerie médicale.
L’imagerie médicale regroupe les moyens d’acquisition et de restitution d’images sur la base
de plusieurs phénomènes physiques tels que la résonance magnétique, la radioactivité,
l’absorption et atténuation des r-X, la réflexion d’ondes d’ultrasons, l’effet photoélectrique,
etc.
Dans le but de bien comprendre toutes les techniques existantes, nous aborderons avant tout
les principaux éléments qui rendent possibles ces phénomènes physiques tels que les concepts
d’atome, de radioactivité, d’interaction des particules avec la matière, d’effet photoélectrique
ainsi que d’autres concepts aussi essentiels que les précédents.
Lorsque les concepts de base seront bien définis, nous expliquerons les fondements de chaque
technique d’imagerie médicale. Nous traiterons par la suite des modalités des techniques que
nous diviserons en trois groupes : les techniques qui utilisent les rayons X (radiographie plane,
fluoroscopie, mammographie et tomographie axiale calculée par ordinateur), celles qui
forment ce que l’on appelle la médecine nucléaire (scintigraphie, tomographie par émission de
photons et tomographie par émission de positons) ainsi que les techniques d’imagerie par
résonance magnétique et d’imagerie par ultrasons.
Par la suite, nous décrirons les différentes propriétés des images en se concentrant sur le
contraste et la résolution spatiale de celles-ci.
Une section sera consacrée à la production de rayons X et à la description des tubes à rayons X
et des générateurs. Nous retrouverons également un tableau résumant les types d’appareils
par technique utilisés dans les hôpitaux du Québec.
GTS503 - HIVER 2013 | COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE
p. 02
2 NOTIONS DE BASE EN IMAGERIE: L’ATOME ET LE RAYONNEMENT
2.1.1 L’ATOME
L’atome est la plus petite division d’un élément dans lequel l’identité chimique est maintenue.
Il est composé d’un noyau dense, chargé positivement qui contient des protons et des
neutrons et un nuage extranucléique d’électrons chargés négativement. Dans un état non-
ionisé, l’atome compte autant de charges positives que négatives.
Dans le modèle de Bohr, (Niels Bohr, 1913) les orbites des électrons sont à distance fixe du
noyau. Chaque électron occupe un état d’énergie fixe, ce qui confère à l’atome des couches
électroniques auxquelles on assigne les lettres K, L, M, N, O, P, ou la couche K est la plus
profonde (la plus proche au noyau). Les couches ont également un nombre quantique « n » qui
prend les valeurs 1, 2, 3, 4, etc., pour K, L, M, etc., respectivement. Chaque couche ne peut
contenir que 2n2 électrons. Donc, la couche K (n=1) ne peut contenir que deux électrons, la
couche L (n=2) peut en contenir 2 (2)2= 8, etc.
Figure 1: Modèlel de Bohr. Exemplification avec l’atome de chlore (17 électrons) Source : http://www.resume-de-chimie.com/atome.htm
Le noyau de l’atome est composé de neutrons (éléments sans charge électrique) et de protons
(éléments de charge électrique positive). Le nombre de protons correspond au numéro
atomique Z et le nombre de protons et de neutrons dans un noyau correspond au nombre de
masse A (à ne pas confondre avec la masse atomique qui correspond à la masse de l’atome au
complet). À titre d’exemple, le nombre de masse A de l’oxygène-16 est 16 (8 neutrons et 8
protons) alors que la masse atomique est 15.9949amu.
La notation est habituellement la suivante: AZXN. Dans cette notation, Z et X sont redondants
puisque le nombre de protons est généralement contenu dans le nom chimique (H,
Hydrogène, correspond à Z=1, He, Hélium, correspond à Z=2, et ainsi de suite, en suivant le
tableau périodique). Le nombre de neutrons est calculé par N=A (nombre de masse) – Z
(nombre de protons). La charge de l’atome est donnée par un exposant à droite.
GTS503 - HIVER 2013 | COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE
p. 03
Dans le noyau, il existe une force nommée force nucléaire. Une force autre qu'électrostatique
ou électromagnétique s'exerçant entre nucléons (éléments du noyau) et qui assure la cohésion
du propre noyau. Une telle force est essentiellement attractive et à très court rayon d'action.
Un atome (même un ion ou une molécule en général) a un niveau d’énergie associé. Le niveau
d’énergie est un état quantique stationnaire équivalent à une énergie interne particulière.
Cette énergie s'exprime souvent en électronvolts mais, de préférence, en kilojoules par mole
(unités du système international).
2.2 ÉNERGIE DE LIAISON
L’énergie nécessaire pour retirer un électron complètement de l’atome est appelée énergie de
liaison. Par convention, les énergies de liaison sont négatives et augmentent avec la proximité
de la couche au noyau. Pour qu’un atome puisse s’ioniser, c'est-à-dire pour qu’il devienne
chargé électriquement, on a besoin d’un transfert énergétique équivalent ou supérieur à son
énergie de liaison. Cette énergie peut être donnée par un photon ou une forme corpusculaire
d’une radiation ionisante. L’énergie de liaison augmente avec le nombre de protons dans le
noyau et dépend donc du nombre atomique (Z). Dans l’exemple cité ci-dessous, l’électron de la
couche K du tungstène est beaucoup plus fortement lié à l’atome que l’électron de la couche K
de l’atome d’hydrogène.
2.3 CASCADE DES ÉLECTRONS
Lorsqu’un électron est retiré de sa couche par un photon X ou gamma, il subsiste une lacune
dans la couche. Cette lacune est généralement remplie par un électron provenant d’une
couche supérieure, qui lui-même est remplacé par un électron d’une couche supérieure et
ainsi de suite. C’est ce qu’on appelle la cascade d’électrons. L’énergie libérée est équivalente à
Figure 2 : Variation du niveau énergétique de liaison selon le nombre atomique (Z) Source : JT Bushberg et al., 2002 ,p.22.
GTS503 - HIVER 2013 | COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE
p. 04
la différence d’énergie de liaison entre la couche d’origine et la couche finale de l’électron.
Cette énergie est libérée sous forme de rayons X (figure 3) ou d’électrons Auger (figure 4).
Figure 3 : Énergie libérée sous forme de rayons X Figure 4 : Énergie libérée sous forme d’électrons Auger Source : JT Bushberg et al., 2002, p.23.
Une transition de la couche M à la couche K d’un atome de Tungstène produirait un rayon X de
E(K) = EK-EM = 69.5keV – 2.5keV = 67keV. L’énergie de liaison étant « E ».
2.4 RADIOACTIVITÉ
Seules certaines combinaisons de neutrons et de protons sont stables. Les atomes possédant
un nombre impair de neutrons, un nombre impair de protons et une masse atomique élevée
ont tendance à être instables. Par contre, avec le temps, ces noyaux instables vont aller vers
un état stable.
Il existe deux types d’instabilité, l’excès de neutrons et le déficit de neutrons. Ce type de noyau
a un excès d’énergie comparé aux noyaux où il n’y a pas ces déséquilibres. L’équilibre est
néanmoins atteint par conversion d’un neutron vers un proton ou vice versa et cette
conversion s’accompagne d’émission d’énergie. Cette émission d’énergie inclut des particules
et des radiations. Les noyaux qui se transforment d’un état instable à un état stable sont dits
radioactifs et le processus de transformation est appelé décroissance radioactive. Cette
décroissance radioactive peut passer par différents stades avant d’atteindre un atome stable.
Par exemple, l’uranium-238 (isotope de l’uranium avec un nombre de masse équivalent a 238)
subit 14 transformations avant d’atteindre un état stable qui est le plomb-206 (isotope du
plomb avec un nombre de masse de 238). On parle de noyau précurseur (celui qui mène à la
radioactivité et qui est toujours instable) et de noyau engendré (celui ayant subi la
décroissance radioactive et qui peut être instable ou stable).
La décroissance radioactive d’un atome radioactif forme généralement un noyau engendré
dans un état excité. La radiation électromagnétique qui est émise par le noyau qui passe d’un
état d’énergie supérieur à un état d’énergie inférieur est appelée rayon gamma. Cette
transition est analogue à l’émission de rayons X lors d’une ionisation d’atomes. Mais comme
l’énergie nécessaire à rééquilibrer l’énergie dans un noyau est beaucoup plus importante, les
rayons gamma sont généralement beaucoup plus énergétiques que les rayons X.
GTS503 - HIVER 2013 | COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE
p. 05
Il existe une autre méthode lorsque la désexcitation ne se fait pas par émission de
rayonnement gamma : la conversion interne. Ce processus de désexcitation se fait par
transfert orbital d’électrons. L’électron est éjecté de l’atome avec l’énergie cinétique
équivalente au rayonnement gamma moins l’énergie de liaison.
2.5 INTERACTION DE PARTICULES AVEC LA MATIÈRE
Il faut différencier le comportement des particules lourdes avec celui des particules légères.
D’un côté, on entend par « lourdes » les particules beaucoup plus lourdes que les électrons,
c’est-à-dire toutes les particules à l’exception des électrons eux-mêmes puis des positrons
(même masse que l’électron mais avec une charge électrique positive). Pour ce genre de
particules, la perte d’énergie est dominée par leur interaction électromagnétique avec les
électrons atomiques : processus d’excitation et d’ionisation.
D’un autre côté, la perte d’énergie des particules légères (électrons et positrons) est détectée
principalement grâce à l’observation de la perte d’énergie par rayonnement (processus
expliqué ci-dessous).
Une autre distinction importante entre des particules légères et lourdes est leur cheminement
dans la matière. Les électrons suivent des chemins tortueux, résultat de la diffusion causée par
l’attraction ou la répulsion coulombienne. Par contre, les particules plus lourdes ont un
cheminement plus direct. On peut voir ce phénomène dans la figure 5 suivante.
Figure 5. Cheminement dans la matière. L’électron à gauche et le photon alpha particule lourde à droite. Source : JT Bushberg et al. 2002, p. 34.
L’excitation est le transfert d’une partie de l’énergie de la particule incidente vers des
électrons dans le matériau absorbant. L’énergie ne dépasse pas l’énergie de liaison de
l’électron. Suite à l’excitation, l’électron va retourner vers un niveau d’énergie plus bas en
émettant des radiations électromagnétiques ou des électrons Auger. Ce phénomène est
montré dans la figure 6.
GTS503 - HIVER 2013 | COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE
p. 06
Lorsque l’énergie transférée dépasse l’énergie de liaison, il y a alors ionisation et un électron
est éjecté de l’atome (voir figure 7). Le résultat est un atome chargé positivement. Parfois, les
électrons ainsi éjectés possèdent suffisamment d’énergie pour engendrer une autre ionisation
appelée ionisation secondaire.
Figure 7. Processus d’ionisation Source : JT Bushberg et al., 2002, p. 32.
À peu près, 70% des particules chargées d’énergie mènent vers une excitation non-ionisante.
Lorsque l’on parle de « ionisation spécifique », on parle du nombre d’ions primaires et
secondaires produits par unité de longueur du trajet de la particule. Elle croît avec la charge
électrique de la particule et décroît avec la vitesse de la particule incidente. À vitesse plus
basse, la particule a le temps d’interagir plus longuement avec la matière.
Figure 6. Processus d’excitation Source : JT Bushberg et al., 2002, p. 32.
GTS503 - HIVER 2013 | COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE
p. 07
2.6 EFFET PHOTOÉLECTRIQUE
L’effet photoélectrique est le principal effet existant quand on parle de l’interaction entre
photons et un matériau (action de la lumière sur un matériau). Des électrons sont éjectés du
matériau lorsque des photons interagissent.
Toute l’énergie du photon incident est transmise à l’électron périphérique en l’extrayant de
son atome et en créant un atome ionisé. La transmission partielle d’énergie est liée à l’effet
Compton.
2.7 EFFET COMPTON
De manière simple, l’effet Compton est attribué à l’allongement de la longueur d’onde et au
changement de la direction de la trajectoire d’un photon dans la diffusion de celui-ci sur une
particule de matière.
La variation de longueur d’onde donne par conséquence une variation d’énergie. Le photon
perd son énergie, laquelle est entièrement distribuée à l’électron sur lequel la diffusion s’est
faite.
2.8 TRANSFERT LINÉIQUE D’ÉNERGIE
Le transfert linéique d’énergie (LET, « linear energy transfer » en anglais) est le produit de
l’ionisation spécifique (IP/cm) et de l’énergie moyenne déposée par pair d’ions (eV/IP). C’est le
transfert linéique d’énergie qui détermine en grande partie les conséquences d’une exposition
à des radiations. En général, des particules à LET élevé (particules alpha, protons etc.) sont
beaucoup plus dommageables que des particules à LETS faible (électrons, beta moins et beta
plus).
Ce paramètre est défini en eV/cm, inversement proportionnel à l’énergie cinétique de la
particule (à vitesse plus basse l’ionisation spécifique augmente), et il est proportionnel au
carré de la charge.
GTS503 - HIVER 2013 | COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE
p. 08
2.9 LE RAYONNEMENT
En revenant à la détection de perte d’énergie pour ce qui concerne les particules légères, il
faut introduire le concept de rayonnement.
Le rayonnement est l’énergie qui traverse l’espace ou la matière. Il existe deux types de
rayonnements :
- Électromagnétique : rayonnement qui est issu de différents champs
électromagnétiques comme les ondes radioélectriques, les ondes lumineuses, visibles
ou invisibles et les rayons X et gamma.
- Corpusculaire : radiations dues aux particules : protons, électrons ou neutrons.
Le rayonnement électromagnétique se propage dans la matière, mais n’a pas besoin de la
matière pour se propager. Il a comme vecteur le photon, une particule dépourvue de masse.
Sa vitesse de propagation maximale est atteinte dans le vide (2.998 x 108 m/sec). Dans
d’autres médiums, la vitesse de propagation est fonction des caractéristiques de transport de
la matière. Les ondes électromagnétiques se propagent en ligne droite, mais sa trajectoire
peut être déviée par des obstacles. Cette interaction peut avoir lieu soit par diffusion soit par
absorption. Les ondes électromagnétiques sont caractérisées par leur longueur d’onde, leur
fréquence et leur énergie par photon. Les ondes peuvent être des ondes radio, TV, micro-
ondes, infrarouge, visible, ultraviolet, rayons X ou gamma.
Figure 8. Les ondes électromagnétiques Source : http://www.unilim.fr/theses/2003/sciences/2003limo0064/images/image375.jpg
Cette méthode a modifié la chirurgie dans le sens qu’elle permet d’éviter des interventions
chirurgicales exploratoires. Les scanners modernes peuvent acquérir des images de moins
d’1mm d’épaisseur sur le corps au complet et permettent de révéler la présence de cancers,
disques rompus, anévrismes et un grand nombre d’autres pathologies. À l’aide de la
tomographie, on peut faire ressortir certains tissus en injectant un produit de contraste
(souvent un complexe d’iode comme l’iode hydrosoluble, ou des produits contenant du sulfate
de baryum ou des métaux lourds). À titre d’exemple, l’iode est communément utilisée pour
faire ressortir les vaisseaux sanguins, car après l’injection de la solution iodée, ceux-ci
apparaissent hyperdenses et sont très visibles lorsque l’irradiation est faite. Les scanners se
sont beaucoup améliorés depuis les années 70 alors qu’ils ne permettaient d’acquérir que des
coupes isolées. Le patient était placé sur une table mobile qui se déplaçait sous l’anneau
circulaire chaque fois qu’un niveau d’acquisition (coupe ou slice) était requis. Le patient restait
immobile pour chacune des prises d’images. Aujourd’hui, avec l’augmentation des barrettes et
le déplacement automatique de la table, on peut faire un examen tomographique en très peu
de temps avec un grand nombre d’images. Évidemment, la dose émise au patient doit être
considérée et il faut la limiter autant que possible, surtout dans le cas des maladies bénignes.
Les équipements sont de plus en plus sophistiqués et l’on dispose maintenant de deux
principaux types de scanner : les spiralés ou hélicoïdaux et les doubles tubes.
Pour le scanner spiralé, l’émission des rayons X (l’acquisition) est toujours continue. La table
avance dans l’anneau circulaire à une vitesse fixe (donnée par le paramètre pitch : distance par
révolution / largeur des rayons (beam width)) en atteignant des examens qui ont une durée de
quelques secondes. Les premiers scanners spiralés avaient uniquement une barrette (single
slice scanners en anglais), ce qui ne permettait qu’une seule acquisition de données pour
chaque position lorsqu’une rotation des tubes à rayons X était effectuée. L’apparition des
scanners multi-barrettes (multi-slices scanners en anglais) a permis d’augmenter le nombre de
tranches par rotation. Un scanner est maintenant capable d’atteindre un total de 320 tranches
par rotation. Avec les appareils de dernière génération, il est possible d’effectuer des rotations
Figure 18. Tomographie du crâne Source : http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Computed_tomography_of_human_brain_-_large.png
GTS503 - HIVER 2013 | COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE
p. 18
chaque 260 ms (comparativement à 500 ms pour les appareils anciens), des coupes plus fines,
d’accéder à la reconstruction tridimensionnelle de structures de taille réduite (telles que les
artères coronaires) et de réussir à faire des images d’aussi bonne qualité en utilisant des
irradiations inferieures.
Le scanner doubles tubes est le premier scanner à double source de rayons X. Il s’agit d’une
technologie avec deux sources de rayons X qui sont disposées à angle droit l’une par rapport à
l’autre qui peut offrir une vitesse d’acquisition (un pitch de 3,2) et une résolution temporelle (à
75 ms) deux fois plus élevée. Il est également possible d'utiliser les deux tubes à des énergies
différentes (double énergie), ce qui ouvre de nouveaux domaines d'utilisation.
3.6.2 PRINCIPES D’ACQUISITION D’IMAGES
Le tomodensitomètre (CT Scan) est basé sur la mesure des différents coefficients d'absorption
µ(x,y) des tissus traversés par un faisceau de rayons X (voir formule de la section radiographie)
ou CA. L’absorption et l'atténuation sont deux concepts étroitement liés, car ce qui est absorbé
par les tissus est dû à l’atténuation des rayons incidents. Chaque tissu a son coefficient
d'absorption propre qui dépend de la densité du tissu et de l'énergie du faisceau du rayon X
qui le traverse.
La réalisation la plus simple d'un CT Scan nécessite donc un émetteur de rayons X, un
détecteur qui lui est solidaire et un corps à étudier. Le corps sera bien sûr placé entre
l'émetteur et le détecteur (voir figure 19 ci-dessous).
En animant simultanément un mouvement de translation selon l’axe x, le faisceau de rayons X
et le détecteur tournent (car ils sont solidaires). On peut connaître les projections des
coefficients d'absorption en plusieurs points pour un angle donné par rapport à l'objet. C’est
de cette façon que l’on obtient un profil d’absorption selon x pour un angle donné (voir figure
20).
Figure 19. Éléments nécessaires pour la réalisation la plus simple d’un CT Scan Source : http://www.aapm.org/meetings/07AM/VirtualPressRoom/LayLanguage/IIMultiplexing.asp
GTS503 - HIVER 2013 | COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE
p. 19
Figure 20. Obtention d’un profil d’absorption selon x par un angle donné Source : JT Bushberg et al., 2002 (gauche) et JM Lina et C. Laporte [notes du cours GTS601 : Principes de l’imagerie
médicale. ÈTS], 2010 (droite)
Par la suite, on fait tourner le système de quelques degrés et on recommence une série de
mesures lors de la nouvelle translation (voir figure 21).
Figure 21. Rotation du système et nouvelle translation
Source JT Bushberg et al., 2002
Figure 22. Ensemble d’opérations à répéter Source : JM Lina et C. Laporte [notes du cours
GTS601 : Principes de l’imagerie médicale. ÈTS], 2010
Ces opérations sont répétées sur 180 degrés. On voit trois exemples de projections dans la
figure 22 ci-dessous.
La connaissance des profils d’absorption
suivant les différents angles donne comme
résultat la valeur du coefficient d’absorption à
chaque point du plan. C'est un ordinateur qui
se charge des calculs et qui reconstitue une
image plane numérique en donnant à chaque
pixel un niveau de gris correspondant au
coefficient d'absorption. L’ensemble de
tranches donnera différents pixels superposés,
ce qui servira à l’obtention des voxels (pixels en
3D) en utilisant des traitements numériques
par ordinateur des coupes 2D (voir figure 23).
Figure 23. Image résultante Source JT Bushberg et al., 2002, p. 329
GTS503 - HIVER 2013 | COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE
p. 20
4 PRODUCTION DE RAYONS X, TUBES À RAYONS X ET
GÉNÉRATEURS
4.1 PRODUCTION DE RAYONS X
Les rayons X peuvent être produits de
deux manières différentes. La première
manière est celle liée aux changements
d’orbite des électrons. Des rayons X sont
produits par des transitions électroniques
qui font intervenir les couches internes
proches du noyau. Ces transitions peuvent
êtres données lors d’un rayonnement
incident de rayons X vers l’atome ou bien
par un bombardement d’électrons, fait qui
provoquera l’excitation de l’atome
(éjection des électrons). Si l’électron éjecté
est proche du cœur, un électron de la
périphérie va occuper sa position
(processus de désexcitation) en émettant
un photon qui va appartenir au domaine X.
La deuxième façon de produire des rayons X est basée sous le principe d’accélération (freinage
et changement de trajectoire) d’électrons.
Un tube à rayons X sera alors nécessaire. Le principe est le suivant :
Lorsqu’on applique une haute tension électrique (de l’ordre de 20 à 400 kV) entre deux
électrodes, un courant d’électrons, de la cathode vers l’anode (appelée aussi anticathode ou
cible), est produit. Lorsque le faisceau d’électrons avance vers la cible, ils est freiné par les
atomes de celle-ci, en provoquant un rayonnement continu de freinage ou de Bremsstrahlung
(phénomène décrit plus bas), dont une partie du spectre est dans le domaine des rayons X. En
même temps, les rayons résultant provoquent l’excitation des atomes de la cible qui, telle que
décrit au début de cette section, réémettent un rayonnement X grâce au phénomène de la
fluorescence X. Le tube donnera un spectre résultant de la superposition du rayonnement de
freinage et de la fluorescence X de la cible.
Figure 24. Phénomène de la fluorescence X.
Source JT Bushberg et al., 2002, p. 101.
GTS503 - HIVER 2013 | COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE
p. 21
Figure 25. Procédure d’obtention des rayons X, tube à rayons X. Source JT Bushberg et al., 2002, p.98.
Figure 26. Superposition du rayonnement continu de freinage et de la fluorescence X Source : http://www.maxisciences.com/rayon-x/tout-savoir.html
D’un autre côté, lorsqu’on parle de la production de rayons X basée sur le principe
d’accélération par changement de trajectoire, on parlera du rayonnement synchrotron, qui est
donné grâce à l’accélérateur circulaire synchrotron. Dans de tels accélérateurs, un champ
magnétique permet d’accélérer un faisceau d’électrons, où selon les équations de Maxwell,
ces particules chargées vont émettre un rayonnement électromagnétique. Selon la vitesse
appliquée aux électrons, on atteindra une partie du spectre électromagnétique ou une autre.
4.2 RAYONNEMENT CONTINU DE FREINAGE OU DE BREMSSTRAHLUNG
Ce rayonnement électromagnétique est créé par le ralentissement des charges électriques
lorsqu’une cible solide est bombardée par un faisceau d’électrons. Ce ralentissement est dû
aux champs magnétiques des noyaux de la cible, qui font varier la vitesse des électrons
constituants du faisceau. Par ailleurs, comme les équations de Maxwell le disent, toute charge
dont la vitesse varie (en valeur absolue ou en direction), rayonne. Le flux de photons crée un
spectre en énergie quasiment continu.
GTS503 - HIVER 2013 | COURS 3 : IMAGERIE MÉDICALE
p. 22
Figure 27. Rayonnement continu de freinage au de Bremsstrahlung Source : http://en.wikipedia.org/wiki/Bremsstrahlung
4.3 TUBES À RAYONS X
Le tube à rayons X le plus largement utilisé est le tube de Coolidge (encore appelé tube à
cathode chaude). C’est un tube sous vide poussé (proche des 10-4 Pa et des 10-6 torr),
recouvert d’une enceinte plombée. Un filament de tungstène chauffé par un courant
électrique (effet Joule) est chargé d’émettre les électrons composant du faisceau qui servira à
bombarder l’anode. Ce filament constitue la cathode du tube. Deux sortes de géométries
existent : le tube à fenêtre latérale (le filament est un solénoïde d’axe rectiligne, il est placé
face à la cible, et où la trajectoire des électrons est une droite), et le tube à fenêtre frontale (le
filament est un solénoïde à axe circulaire entourant l’anode et en donnant une trajectoire
courbée aux électrons). Ci-dessous, les configurations en images.