Fiche de révision : Imagerie médicale et tube à rayons X

📋 Plan du Cours

1. Ondes électromagnétiques et rayons X
2. Production des rayons X
3. Cathode, anode et refroidissement
4. Foyers et performances du tube
5. Énergie et pénétration du faisceau
6. Formation et contrôle de l’image
7. Générateur et modalités d’imagerie
8. IRM et produits de contraste

📖 1. Ondes électromagnétiques et rayons X

🔑 Notions clés & Définitions

• Onde électromagnétique : Onde qui peut se propager dans des milieux matériels ou non matériels et qui est caractérisée par sa période T ou sa fréquence f.

★ À maîtriser

• Dans l’ordre croissant des longueurs d’onde, les domaines électromagnétiques sont: les rayons gamma, les rayons X, l’ultraviolet, la lumière visible, l’infrarouge, les ondes hertziennes, qui comprennent les micro-ondes et les ondes radio

Compléments

• En imagerie médicale, les rayons X ont une énergie d’environ 40 à 130 keV, tandis que les rayons gamma ont une énergie d’environ 6 à 25 MeV.

💡 Astuce mémo

Gamma → X → ultraviolet → visible → infrarouge → hertzien

📖 2. Production des rayons X

📝 Points essentiels

• 🔄 La production des rayons X repose sur: l’émission thermo-ionique d’électrons, leur accélération par une différence de potentiel élevée, leur collision avec une cible métallique dense

📌 La différence de potentiel appliquée aux électrons est généralement comprise entre 40 et 150 kV en radiodiagnostic, et plus elle est élevée, plus l’énergie cinétique des électrons et l’énergie des rayons X augmentent.

• Lors de l’impact sur l’anode, environ 99 % de l’énergie devient de la chaleur et seulement 1 % produit des rayons X, ce qui rend le rendement du tube très faible.

💡 Astuce mémo

Chauffage de la cathode → électrons accélérés → collisions sur l’anode → rayons X

📖 3. Cathode, anode et refroidissement

🔑 Notions clés & Définitions

• Pièce de concentration : Empêche la déformation des filaments, détermine la forme rectangulaire du foyer thermique et focalise les électrons sur les pistes de l’anode.

★ À maîtriser

• Les filaments de la cathode sont en tungstène, de numéro atomique Z = 74, et sont chauffés à environ 2350 degrés par un courant électrique.

• La base du disque anodique est généralement constituée d’un alliage de molybdène et de graphite, tandis que sa surface inclinée, siège des collisions électroniques, est en alliage tungstène-rhénium.

Compléments

• Le rotor est situé à l’intérieur du tube et le stator à l’extérieur du tube, et le tube comporte également un circuit de refroidissement.

💡 Astuce mémo

Cathode : émet les électrons ; anode : reçoit les électrons et produit les rayons X

📖 4. Foyers et performances du tube

★ À maîtriser

📌 Le foyer thermique est le point d’impact des électrons sur le disque anodique, tandis que le foyer optique est la projection géométrique du foyer thermique.

📌 Un foyer thermique de plus grande dimension augmente la charge thermique admissible et permet un temps de pose plus court, tandis qu’un foyer optique plus petit améliore la définition mais impose un temps de pose plus long et peut accroître le flou cinétique.

• Les cinq principaux paramètres techniques d’un tube à rayons X sont:
  • les tensions de crête
  • la puissance nominale
  • la puissance maximale
  • la capacité thermique maximale
  • la dissipation thermique

📐 Formule — La capacité thermique d’un tube à rayons X vérifie $CT = kV \times mA \times s$ et s’exprime en unités de chaleur, une unité de chaleur valant 0,7 joule.

Compléments

• Le diamètre des disques anodiques varie généralement de 90 à 150 mm, un grand diamètre favorisant la dissipation thermique mais augmentant les contraintes mécaniques.

💡 Astuce mémo

Foyer thermique : charge et dissipation ; foyer optique : définition et flou cinétique

📖 5. Énergie et pénétration du faisceau

📝 Points essentiels

• Les rayons X peuvent être produits soit par la déviation d’un électron à proximité du noyau, ce qui donne un rayonnement de freinage, soit par l’expulsion d’un électron atomique suivie d’une réorganisation électronique, ce qui donne un spectre de raies.

📐 Formule — L’énergie transportée par un photon X vérifie $E_{RX}=h\nu=\frac{hc}{\lambda}$, où h est la constante de Planck, ν la fréquence, c la célérité et λ la longueur d’onde.

📐 Formule — L’énergie totale rayonnée peut être calculée par $E=\frac{1}{2}k\,n\,Z\,U^2$ et dépend du carré de la tension accélératrice U, du nombre d’électrons incidents n et du numéro atomique Z de l’anode.

📌 La pénétration du faisceau augmente en élevant la tension accélératrice ou en ajoutant une filtration, tandis que l’augmentation du nombre d’électrons accroît la quantité de rayons X sans augmenter leur pénétration.

💡 Astuce mémo

Tension et filtration augmentent la pénétration ; nombre d’électrons augmente la quantité

📖 6. Formation et contrôle de l’image

🔑 Notions clés & Définitions

• Image radiante : Faisceau de rayons X atténué après sa traversée du milieu radiographié, selon les épaisseurs, les densités rencontrées et le rayonnement diffusé.

📝 Points essentiels

• Le rayonnement diffusé est notamment lié à l’effet Compton et peut être limité par une grille antidiffusante.

• 🔄 Le posemètre: détecte la quantité de rayons X atteignant le détecteur, en fait la moyenne, la compare à une valeur de référence, arrête le fonctionnement du générateur

💡 Astuce mémo

Atténuation et diffusion → image radiante ; posemétrie → arrêt automatique de l’exposition

📖 7. Générateur et modalités d’imagerie

★ À maîtriser

• Le générateur transforme le courant alternatif basse tension en courant continu haute tension, fournit le courant de chauffage de la cathode et détermine la durée d’exposition.

Compléments

• 🔄 La chaîne de production de la haute tension comprend: le redressement-condensation du courant alternatif à 50 Hz en courant continu basse tension, l’onduleur statique produisant un courant basse tension alternatif de haute fréquence, le transformateur survolteur transformant la basse tension en haute tension alternative, les redresseurs et condensateurs produisant un courant continu haute tension

• En scanner, les images peuvent être reconstruites en trois dimensions à partir des acquisitions réalisées après la mise en place du patient.

💡 Astuce mémo

Redressement → onduleur → transformateur → redressement HT

📖 8. IRM et produits de contraste

★ À maîtriser

• L’IRM utilise les atomes d’hydrogène de l’eau, un champ magnétique très puissant, des ondes de radiofréquence et l’informatique pour produire les images.

Compléments

• 🔄 La prise en charge en IRM comprend: la préparation du patient, la pose éventuelle d’une voie d’abord, l’installation du patient, le contact permanent avec le manipulateur, la lecture des images par le médecin radiologue

• Les produits de contraste sont utilisés dans différentes explorations, notamment:

  • thyroïdienne
  • osseuse
  • pulmonaire
  • cardiaque
  • rénale
  • cérébrale

📊 Tableaux de synthèse

Foyers du tube à rayons X

Paramètres d’action sur le faisceau