X-Ray

2 Rayon X

2.1 Bases physiques

Fréquence : $3\cdot 10^{16}..3\cdot 10^{19}$

Energie : $1.24\cdot 10^2..12.4MeV$

0.01 - 10 nm

2.1.1 Production des rayons x

Un fil est mis en incandescence par tension $U_h$  et créent des électrons librent

Les électrons sont accélérés par la tension Ua en direction de l’anode

Les e- percutent l’anode et cela libère des rayon X

Plus Uh est élevée plus il y a d’e-

Plus Ua est élevée plus l’énergie cin est élevée

Les rayons sont générés de deux manière : bremsstrahlung et rayonnement caractéristique

99% de l’énergie des e- est perdue sous forme de chaleur


2.1.2 Bremsstrahlung

Frein de l’e- qui est dévié par un atome

L’e- perd sont énergie et libère un rayonnement en photon

L’e- perd jamais complètement son énergie mais une partie

Cascade dans plusieurs atome jusqu’à que l’e- n’a plus d’énergie

Freq du photon proportionnel à l’énergie lachée par l’e- → dépend de Ua


Relation entre intensité et fréquence est inversement proportionnelle

Dépendance par longueur d’onde → introduction d’un carrée


2.1.3 Rayonnement caractéristique

Postulat de Bohr:

1. E- se déplace sur des couches circulaires fixes

2. Déplacement sur ces couches sans rayonnement

3. Changement de couche qui enttraîne l’absorption ou émission d’énergie

    Niveau d’énergie discrets

L’e- incident expulse un e- de l’atome ou l’e- est poussée vers une couche supérieur

L’énergie est libérée sous forme de photon

Seulement avec des atomes de num atomique élevée

Tungstène est courant dans ce cas

→ Matériau de l’anode, besoin de point de fusion élevé



2.1.4 Rayon X et interactions

Origine du rayon est considéré source ponctuelle et se réparti uniformément dans l’espace

Le rayon est atténué de manière différente selon le tissu ou os : création dans contraste dans l’image

Atténuation

Loi de Lambert : $N(x)=N_0\cdot e^{-\mu x}$

$\mu$ coefficient d’atténuation linéaire

${\mu }_m$ coefficient d’atténuation massique en m^2 / kg


Types d’atténuations:

Production de paire

Apparait à des énergies supérieurs de Rayon X

Effet photoélectrique

Un électron est arraché de l’atome par l’énergie du photon

D’autant plus élevé que le numéro atomique du matériau est élevé

Diffusion de Rayleigh (pas dans le corps humain)

Pas de perte d’énergie mais déviation

Diffusion Compton

Les photons perdent leur énergie en étant dévié, l’énergie est transmise à un électron


2.2 Réalisation technique - Source

Requirements

„ Puissance élevée → temps d’exposition court

„ Petit foyer → Netteté

„ Énergie photonique réglable → Contraste

„ Production à faible coût

„ Peu d’entretien et longue durée de vie

2.2.1 Point focal

La tâche focale change en fonction de l’angle de l’anode

Il y a des zones de pénombres à cause de la largeur de la source

→ La distance maximale / minimale de l’objet est limitée

FOyer le plus petit possible



2.2.2 Heel - effekt

Les rayons ont des trajets différent dans l’anode ce qui à pour effet une puissance différente

On met les parties du corps plus épaisses ou il faut plus d’énergie


2.2.3 Anode

L’anode chauffe extrêmenent vite, il faut avoir une anode tournante

Le rendement est très faible: 0.4 %, meilleur si Ua est plus grand mais cela réduit le contraste dans l’image

Critère : Numéro atomique élevée (rayonnenent caractéristique)

L’anode est sous vide: pas d’huile pour l’anode tournante

Métal liquide qui forme un aquaplaning

Tune Straton

tout le tune tourne pour rrefroidissement par conduction

2.2.4 Filtre

Les rayons X de faible énergie n’apportent rien à l’image, il faut les filtrer sinon ils restent dans le patient !

On utilise des filtres Al, Cu etc avec haute absorption

2.2.5 Cathode

Electron sont expulsées par effet thermoélectrique

Excitation thermique des e-

En tungstène aussi car échauffement

Courbe de charge

Elle indique le temps maximal d’utilisation avant de devoir éteindre le tube sinon surchauffe

Dose d’imagerie

Proportionnelle à Ua, Ia , Z et temps d’exposition

Ia est maximisé pour réduire le temps d’exposition

Ua est choisi d’après le contraste requi

2.3 Réalisation technique- Capture d’image

2.3.1 Contraste

Intensité des rayons max (par exemple à travers le muscle) vs intensité min (qui a traversé un os)

$K=\frac{J_{max}-J_{min}}{J_{max}+J_{min}}$

2.3.2 Diffusion (Campton)

Amélioration du contraste avec une grille anti-diffusion

Seul les rayons dans l’axe direct du foyer sont captés, le reste absorbé par des lamelles de plomb

2.3.3 Capture de l’image

Film photographique

Composé d’une couche d’émulsion qui forme des amas d’argent sous l’effet des photons X

👎🏻 seul partie très faible des rayons sont absorbés

Avec film amplificateur

Les photons X sont transformés en photon lumineux d’énergie plus faible

L’amplification a pour effet une diminution de la résolution mais est utile pour les temps d’exposition courts

Intensificateur d’image

Après le film de CsI qui transforme le rayon en lumière, la lumière est transformée en électrons par photocathode

Le courant d’e- est accéléré sur un écran qui produit l’image

Pour la visualisation en continu

Capteur plan Indirect (récent haut de gamme)

La lumière après le Csl est capturée par une matrice de photodiodes

Capteur plan direct

Transformation direct des photons X en charge électrique, absorption dans du sélénium, matrice de lecture en silicium





2.3.4 Contraste et résolution

L’image de sortie est la convolution de la fonction de ligne i.e comment une seul ligne de l’objet est représentée sur le film. pour toutes les lignes de l’objets.

Plus on peut représenter de ligne avec bon contraste, meilleur est le système


2.3.5 Dose de rayonnement


2.4 Systèmes de radiologie

Les os se distinguent nettement des parties molles, mais les différentes parties molles

ne se distinguent pratiquement pas entre elles



2.5 Applications

Angiographie

Radiographie avec produit de contraste

Angiographie coronaire

→ détecter athérosclérose, occlusion du vaisseau

Phlébographie

Injection et visualisation en continu

Suppression d’arrière plan

Soustraction numérique de deux image, une avec produit l’autre sans