Sources de rayonnement en mdecine Radiologie diagnostique Production

Sources de rayonnement en médecine Radiologie diagnostique Production des rayons X et imagerie IAEA International Atomic Energy Agency Jour 6 – Présentation 8(2)

Objectifs • Se familiariser avec la technologie et le fonctionnement des tubes et générateurs à rayons X et leur utilisation spécifique en médecine. • Comprendre les risques radiologiques spécifiques liés à ces appareils • Se familiariser avec les différents types de récepteurs d´image • Connaître les avantages et les limitations de chaque type de récepteur IAEA 2

Contenu • Description et caractéristiques physiques des tubes et générateurs à • • • rayons X. Principes de fonctionnement. Qualité d´un faisceau de rayons X; tension du tube, filtration totale, première couche de demi-atténuation. Influence de la qualité du faisceau sur la dose reçue par le patient et la qualité de l´image. Défauts de fonctionnement de l´équipement affectant la radioprotection et Contrôle de qualité Description et caractéristiques physiques des films et des écrans renforçateurs. Description et caractéristiques physiques des technologies numériques de formation d´image Défauts de fonctionnement d´équipement affectant la radioprotection IAEA 3

Introduction Equipement à rayons X et accessoires: • • • doivent être certifiés afin d´assurer leur conformité aux normes de la Commission Electro-Technique Internationale (CEI) ou à la norme nationale équivalente. doivent être conçus et construits spécifiquement pour l´activité d´imagerie médicale prévue. doivent indiquer dans le panneau de commande tous les paramètres importants jouant sur la qualité de l´image et la dose administrée au patient. IAEA 4

Génération des rayons X Trois éléments de base sont nécessaires pour la génération des rayons X : • une source d´électrons; un filament en tungstène (cathode); • une cible en métal (anode); • un champ électrique élevé (kilovolts) pour accélérer les électrons entre la source et la cible; Le cathode et l´anode sont dans un tube radiogène sous vide (le tube à rayons X). Un générateur de haute tension fournit le potentiel accélérateur nécessaire pour précipiter les électrons (libérés dans le filament) sur l´anode. 5 IAEA

Génération des rayons X (suite) Tube à rayons X à anode stationnaire IAEA 6

Génération des rayons X (suite) Prescriptions spécifiques pour les tubes à rayons X : • un foyer aussi petit que possible; • un courant de filament (et donc d´électrons) suffisant pour minimiser les temps d´exposition; • une méthode efficace pour absorber la chaleur produite dans la cible (anode); • une anode de matériau, surface et orientation appropriés; • le choix entre l´anode tournante ou fixe; • plus d´un filament (pour différentes tailles de foyers) IAEA 7

Génération des rayons X (suite) Tube de rayons X à anode tournante IAEA 8

Génération des rayons X (suite) m pa inés tra r tio n Bremsstrahlung Caractéristique fil • Ses propriétés dépendent du matériel de l´anode, de la tension maximale et de la filtration du tube. • Ce rayonnement se produit dans toutes les directions à partir de l´anode. Eli Le rayonnement de freinage généré dans le tube à rayons X a un spectre énergétique continu. Nombre de photons k. V max. Energies des photons (ke. V) 9 IAEA

Génération des rayons X (suite) Tube à rayons X (enveloppe protectrice, gaine, et collimateur) L´enveloppe protectrice du tube a une ouverture (fenêtre) pour permettre au faisceau utile de rayons X d´émerger, et pour limiter le rayonnement non désiré. • Le rayonnement de fuite par l´enveloppe doit être minimisé conformément aux normes. • L´enveloppe protectrice contient également de l´huile pour une isolation électrique et pour la dissipation thermique. IAEA Enveloppe protectrice du tube Câbles d´haute tension Collimateur du faisceau 10

Génération des rayons X (suite) Enveloppe protectrice et collimateur du tube à rayons X • Le faisceau utile de rayonnements est dirigé vers le patient, habituellement par un collimateur réglable, qui permet à l´opérateur de contrôler la taille et la forme du faisceau de rayons X. • La localisation, la taille et la forme du faisceau sont d´habitude (mais pas toujours) définis par un faisceau lumineux, d´où la description de collimateur du faisceau lumineux. 11 IAEA

Génération des rayons X (suite) Générateurs Les générateurs à rayons X fournissent le courant au filament (la source d´électrons) et la haute tension nécessaire pour accélérer les électrons de la cathode vers l´anode. Cependant, quelques équipements mobiles à rayons X peuvent utiliser un condensateur (typiquement 1 µF) pour stocker l´énergie électrique nécessaire. IAEA 12

Génération des rayons X (suite) Générateurs • Divers types de générateurs sont utilisés en radiologie diagnostique - monophasés, triphasés ou haute fréquence, chacun produisant différentes formes d´onde caractéristiques. Néanmoins, ils doivent assurer une haute tension précise et consistante, ainsi qu´un faisceau de rayonnements stable. • La plupart des générateurs modernes sont contrôlés par microprocesseur avec un redresseur à haute fréquence (produisant un tension sans ondulation) IAEA 13

Génération des rayons X (suite) Générateurs Les générateurs à rayons X sont classés en fonction de la tension et de la puissance maximale qu´ils peuvent fournir. Le courant maximum qu´un générateur (et un tube à rayons X) peut supporter change avec la tension à laquelle il fonctionne. • dans les applications médicales, les générateurs fonctionnent à des tensions maximales élevées variant de 25 à 150 k. V (selon l´application), avec le courant approprié (p. e. 300 m. A à 100 k. V de tension maximale). • les générateurs sont équipés de circuits qui peuvent contrôler exactement le temps d´exposition, s´étendant généralement entre quelques millisecondes et plusieurs secondes. IAEA 14

Filtration Une filtration appropriée enlève les photons de basse énergie avant qu´ils n´atteignent le patient. REe nml eov p b f il t ary véeed ra la t io n Une partie importante du spectre Nombre de photons de rayons X émis par l´anode est composée par de basses énergies, qui sont absorbées par le corps humain et n’atteignent pas le récepteur d´image. Bremsstrahlung Caractéristique k. V max Energie des photons (ke. V) IAEA 15

Filtration (suite) • La filtration est dûe aux propres composantes du tube (c. à. d. verre, huile de refroidissement et fenêtre de la gaine) qui sont traversées par le faisceau avant de sortir de celui-ci. C´est ce que l´on appelle la filtration inhérente. • La filtration additionnelle quant à elle est utilisée pour modifier davantage le spectre. L´aluminium est habituellement utilisé, mais s´agissant de buts spéciaux on peut inclure du cuivre, du molybdène, du hafnium, etc. Le miroir dans le collimateur du faisceau lumineux agit aussi généralement comme un filtre. • La combinaison de la filtration inhérente et de la filtration additionnelle constituent la filtration totale, qui est exprimée en termes de millimètres équivalents d´aluminium. 16 IAEA

Filtration (suite) La qualité du faisceau de rayons X émergeant ( et donc son pouvoir de pénétration) dépend: • de la tension appliquée au tube (k. V max. ); • de la filtration totale; • du matériel de l´anode (mais ceci n`est pas sous le contrôle de l´opérateur). La qualité est caractérisée par: • la première couche de demi-atténuation (CDA) qui est habituellement mesurée en millimètres d´aluminium. 17 IAEA

Filtration (suite) Couche de demi-atténuation (CDA) La CDA est l´épaisseur du matériel qui atténue le rendement (débit de kerma dans l´air) d´un faisceau de rayons X collimaté, de 50%. Elle est mesurée dans des conditions qui réduisent au minimum le rayonnement diffusé. IAEA Chambre d´ionisati on Filtre s 18

Quelques défauts de fonctionnement qui peuvent compromettre la sûreté • Fuite de rayonnements excessive à travers la gaine et le • • • collimateur; Inexactitude et inconsistance de la tension du tube; Inexactitude et inconsistance du temporisateur, du courant et m. As; Inconsistance du rendement du faisceau; Filtration incorrecte ou inadéquate; Mauvaise coïncidence entre le champ lumineux et le champ de rayonnements; Pour l´équipement à condensateur de décharge, rayonnement de fuite excessif (dans la direction du faisceau utile) quand le condensateur est complètement chargé (sans avoir déclenché l´exposition). IAEA 19

Formation de l´image de rayons X IAEA International Atomic Energy Agency

Principes Les photons de rayons X transmis par les structures examinées comportent “l´image de rayons X (ou radiologique)”. Les photons sont alors convertis en image visuelle par interaction avec un détecteur approprié (récepteur d´image) IAEA The Fundamentals of Radiography. Kodak 21

Récepteur d’image Un récepteur d´image est un dispositif qui convertit les “ombres portées” par les rayons X dans une image. L´image peut être visualisée directement (par un imageur dynamique tel que la fluoroscopie), enregistrée sur un film radiologique ou sur un dispositif d´impression, ou convertie au format électronique pour un traitement numérique. Cette conversion peut être effectuée par différentes méthodes, que ce soit séparément ou par le biais de combinaison : • technologie de film radiographique et écran renforçateur • amplificateurs de luminance et amplificateurs électroniques d´image • technologie de formation d´image numérique par ordinateur IAEA 22

Récepteur d´image (suite) Films radiographiques et écrans renforçateurs La radiographie avec des films et des écrans renforçateurs comme récepteur d´image (dans des cassettes serrées et légères) reste la modalité la plus commune pour enregistrer les images des rayons X. • Cependant, l´émulsion sensible sur le film radiographique n´est pas suffisamment sensible à l´exposition directe aux rayons X. • Par conséquent, excepté dans la radiographie dentaire intraorale, des écrans renforçateurs sont utilisés pour convertir l´énergie des rayons X en lumière (bleue, verte, UV). IAEA 23

Récepteur d´image (suite) Films radiographiques et écrans renforçateurs • Le film exposé (portant l´image latente) est alors traité chimiquement pour créer une image visible. Le développement peut être manuel ou automatique. • La sensibilité (ou la vitesse) d´un film ou d´un système film-écran est la réciproque de la dose de rayonnements nécessaire pour une densité optique donnée sur le film. IAEA 24

Technologie numérique d´imagerie Des méthodes numériques de traitement et de représentation d´image obtenues par rayons X ont été présentées pour la première fois avec l´arrivée de la tomographie par ordinateur (CT) en 1972. Les avances continues en informatique ont favorisé le développement général de l´acquisition de l´image en forme numérique (cameras CCD), principalement par des amplificateurs d´image (fluoroscopie numérique) ou des écrans à mémoire (radiographie numérique). D´autres systèmes de détection tels que la technologie à ‘panneau plat’ pour la radiographie numérique directe ou indirecte sont maintenant disponibles dans l´équipement de radiologie générale. IAEA 25

Technologie numérique d´imagerie La technique d´angiographie par soustraction numérique (DSA), basée sur un traitement numérique d´image, permet la visualisation des vaisseaux sanguins par soustraction électronique des parties non désirées de l´image. IAEA 26

Technologie numérique d´imagerie (suite) Actuellement, il n´existe aucun consensus sur la meilleure technologie applicable pour équilibrer dose et qualité d´image. L´imagerie numérique peut fournir des doses potentiellement inférieures à la méthode film-écran renforçateur. • Cependant, concernant la manipulation de données après une exposition, on peut obtenir des images diagnostiques satisfaisantes même lorsque des doses élevées et inutiles ont été délivrées au patient. • Des procédures appropriées d´assurance de la qualité sont essentielles. IAEA 27

Caractéristiques principales d´un récepteur d´image La sélection d´un système d´imagerie devrait impliquer une évaluation et une analyse complètes de ses caractéristiques ainsi que de l´environnement technique et humain dans lequel le système sera utilisé. Les caractéristiques principales à considérer pour le choix d´un récepteur d´image sont: • résolution spatiale; résolution de contraste; efficacité de dose; Fonction de Transfert de Modulation; taille du détecteur; possibilité de stockage et de transfert des images; et des qualités telles que le poids, la robustesse, l´accès rapide á l´image, etc. IAEA 28

Caractéristiques principales d´un récepteur d´image (suite) • Résolution spatiale: indique la dimension minimale du détail visible • Résolution de contraste: détermine la taille du détail visible lorsqu´il y a seulement une petite différence en densité relative avec les zones voisines. Mesure l´aptitude à distinguer de petites différences d´exposition. IAEA 29

Caractéristiques principales d´un récepteur d´image (suite) • Efficacité de dose: quantité qui mesure l´équilibre entre la dose de rayonnements absorbée par le récepteur (et par le patient) et la qualité de l´image résultante. • Fonction de Transfert de Modulation(MTF): c´est la mesure de l´aptitude d´un système d´imagerie à restituer le contraste pour différentes fréquences spatiales. IAEA 30

Fluoroscopie : imagerie dynamique (en temps réel) L´énergie des rayons X est convertie en rayonnement électromagnétique visible ou proche de la gamme visible, à l´aide d´écrans luminescents (fluorescents). • La visualisation directe d´une image sur un écran fluorescent à l´œil nu ne doit pas être autorisée. Des débits de dose plus élevés peuvent être nécessaires, en particulier si l´utilisateur ne s’adapte pas correctement à l´obscurité. • Aujourd´hui La fluoroscopie ne doit être effectuée qu´avec un tube amplificateur d´image. IAEA 31

Fluoroscopie : imagerie dynamique (en temps réel) (suite) Les tubes amplificateurs de lumière, en combinaison avec une caméra de télévision sont les systèmes d´amplification d´image les plus utilisés. Ecran primaire Moniteur de TV Photocathode Electrodes de foc. Ecran secondaire Lumière Miroir Caméra de TV Tube sous vide Electrons Camera de ciné IAEA 32

Problèmes qui peuvent affecter la protection radiologique Film-écran renforçateur • Stockage insatisfaisant du film (produisant des films voilés); des cassettes ou des écrans renforçateurs endommagés. • Sources de lumière á l´intérieur, ou de la lumière pénétrant vers l´intérieur de la chambre noire. • Passe-cassette ou récipient de stockage non fourni ou incorrectement protégé. • Chimie de la développeuse inappropriée (p. e. mauvais type, dilution et/ou remplissage non appropriés, mauvaise température) Note: La ventilation est aussi un problème important de sûreté IAEA 33

Problèmes qui peuvent affecter la protection radiologique Technologie film-écran • Non respect des procédures temps-température de développement, proposées par le fabricant (développement manuel) ou entretien non approprié de la développeuse. Systèmes de fluoroscopie et d´imagerie numérique • Fluoroscopie directe (écran fluorescent inefficace) • Fluoroscopie avec amplificateur d´image (efficacité basse, résolution et contraste de la chaîne de TV pauvres) IAEA 34