Propriétés Et Production Des Rayons X PDF

PROPRIÉTÉS ET PRODUCTION DES RAYONS X PRÉSENTÉ PAR DR GH.ABEBSI MAITRE ASSISTANTE EN IMAGERIE MÉDICALE ET RADIOLOGIE SERVICE D’IMAGERIE MÉDICALE ET RADIOLOGIE EHU ORAN FACULTÉ DE MÉDECINE D’ORAN 1 HISTORIQUE o Le 8 novembre 1895 Wilhelm Roentgen utilisa un...

PROPRIÉTÉS ET PRODUCTION DES RAYONS X PRÉSENTÉ PAR DR GH.ABEBSI MAITRE ASSISTANTE EN IMAGERIE MÉDICALE ET RADIOLOGIE SERVICE D’IMAGERIE MÉDICALE ET RADIOLOGIE EHU ORAN FACULTÉ DE MÉDECINE D’ORAN 1 HISTORIQUE o Le 8 novembre 1895 Wilhelm Roentgen utilisa un tube de Crooks pour étudier les effets du passage d’un faisceau électronique dans les gaz rares. o Il remarqua l’apparition d’un rayonnement inconnu, capable d’imprimer une plaque photographique lors de la mise sous tension du tube. HISTORIQUE o Il nomma ce rayonnement X (comme l’inconnu mathématique) et soupçonna qu’il était issu de l’interaction d’électrons accélérés dans le vide avec une cible métallique o Quelques jours plus tard Roentgen s’aperçut que ces rayons inconnus étaient capables de photographier en transparence le corps humain, et réalisa le premier cliché radiographique. GENERALITÉ o La matière est constituée d’atomes o L’atome étant lui-même constitué par : S SUR LA Un noyau chargé positivement(+) : composé particules élémentaires dont les principales sont : des MATIÈRE ▪ les protons chargées positivement (+) ▪ les neutrons sans charge électrique (0). o Les protons et les neutrons sont des particules électriquement neutres qui présentent une masse très proche de celle de l’atome = unité de masse. o Le proton à la même masse que le neutron mais avec une charge électrique + (positive). Des électrons chargés négativement(-) : ont une masse 1850 fois plus faible que les protons et neutrons. o L’atome reproduit donc un système solaire avec un noyau central chargé(+) autour duquel gravitent des électrons sur des orbites périphériques. L’atome est électriquement neutre, car le nombre de protons est égal au nombre d’électrons.  o Les rayons X appartiennent au groupe d’irradiation GENERALITÉ électromagnétique, énergie très forte, de longueur d’onde très courte et d’ ils sont formés de quanta ou grains d’ S SUR LES énergie dépourvues de charge électriques appelés «photons ». RAYONS X o Leur mode de propagation est de caractère ondulatoire, ils se déplacent en une ligne droite à la vitesse de la lumière, C = 300.000km/s et ils disparaissent en cédant leur énergie à la matière. o Ces rayons X sont produits par le freinage d’un faisceau d’ électrons dans un métal lourd, ce freinage provoque l’ émission d’un rayonnement électromagnétique identique à la lumière mais de longueur d’onde plus courte comprise approximativement entre 5 picomètres et 10 nanomètres. o La quantité des rayons X est liée à l’intensité du courant en milliampères mA et au temps de pose en secondes S, elle s’exprime en mAs. PRODUCTION DES RAYONS X  ▪ TUBE RADIOGENE ▪ PRINCIPES PHYSIQUES PRODUCTION o EFFET THERMOIONIQUE o FAISEAU D’ELECTRONS DES RAYONS X o INTERACTION AVEC LA MATIERE Effet photoélectrique Effet Compton ▪ SPECTRE D’EMISSON D’UN TUBE A RAYON X o Specte continu o Spectre des raies 7  TUBE A RAYON X o Le tube radiogène est constitué de 03 éléments technologiques essentiels: Une source d’éléctrons au niveau de la cathode : avec un filament de métal lourd Une différence de potentiel élevée permettant d’accélérer les électrons dans le vide : Qui varie de 40 KV a 150 KV Une cible métallique permettant la création des rayons X 8 PRODUCTION DES RAYONS X ▪ Les rayons X sont produits dans des tubes à rayons X également appelés tubes de Coolidge ou tubes à cathode chaude. ▪ Le principe est le suivant : des électrons émis par une cathode (un filament, le plus souvent en tungstène, chauffé par le passage d'un courant électrique) sont accélérés par une différence de potentiel élevée (de 10 à 150 kV) en direction d'une cible constituée d'une anode en métal (en tungstène également). ▪ La production de rayons fait suite à une interaction violente entre un électron possédant une vitesse élevée et la cible métallique. ▪ Lors de cette interaction l’électron subit une décélération brutale qui se convertit en chaleur (99%) et en rayons X (1%). 9  EFFET THERMO-IONIQU E o Pour extraire des électrons des structures atomiques, il faut apporter de l'énergie en chauffant le filament de Tungstène. o Il y a libération des électrons avec création d'un véritable "nuage électronique" : effet thermo-ionique ou effet EDISON. o Un courant s'établit donc entre les deux électrodes à condition d'appliquer une différence de potentiel (DDP) suffisante entre la cathode et l’anode, l'intensité du ce courant va dépendre uniquement de la température et donc du courant de chauffage du filament. 10  FAISEAU D’ELECTRON o les électrons sont accélérés par une forte différence de potentiel (DDP). o Afin d'éviter une divergence trop importante due à la répulsion des électrons entre eux, le filament est entouré d'un cylindre porté à un potentiel négatif ; il permet la focalisation du faisceau d'électrons vers la cible dont leur énergie peut être abordée sous le double aspect électrique et cinétique. 11 INTERACTION AVEC LA MATIÈRE o Lorsque les électrons accélérés percutent une cible matérielle, il y a perte d'énergie et émission de rayonnements X. o Deux types d'interaction se produisent : Interaction avec le champ électrique péri-nucléaire Interaction avec un électron de l'atome. 12 INTERACTION AVEC LE CHAMP ÉLECTRIQUE PÉRI-NUCLÉAIRE : « EFFET PHOTO ELECTRIQUE » o On parle de “phénomène de collision" o Un électron d’énergie suffisante va éjecter un électron d’une couche interne (K ou L), entrainant la non-stabilité de cet atome. o La place laissée libre est remplacée par un électron d’une couche superficielle avec émission d’un rayonnement X de très faible énergie. o L'électron incident change de vitesse et de trajectoire et l'électron percuté est éjecté. o Selon l'importance de l'énergie transférée et selon l'énergie de liaison de l'électron cible, il en résulte une ionisation ou une excitation. 13  INTERACTION AVEC UN ATOME : « EFFET COMPTON» o Quand l'électron passe à proximité du noyau, il est attiré par la charge positive nucléaire, et sa trajectoire est modifiée o L’énergie perdue est transférée sous forme d’ énergie cinétique à cet électron. o L’effet Compton ou phénomène de frainage est responsable du rayonnement diffusé. o Ce rayonnement diffusé issu du patient représente un danger pour le personnel et dégrade la qualité de l’image. 14 PROPRIÉTÉS DES RAYONS X  ▪ PROPRIETES DES RAYONS X o PHYSIQUES: Absorption Diffusion Ionosation PROPRIÉTÉS o PHOTOCHIMIQUES: DES RAYONS X Activation de certaines substances et les rendre fluorescents ▪ Écrans refracteurs ▪ Radioscopie Impression et émulsion photographique o OPTIQUES: Reflexion Réfraction Diffraction 16 PROPRIÉTÉS PHYSIQUES  ABSORPTION o les rayons x se propagent en ligne droite et sont capable de traverser le corps humain. o *Au cours de leurs traversée, ils subissent un affaiblissent (atténuation) d’autant plus important que la région traversée est opaque (absorbante) selon la formule I=Io e¨µx o Elle est proportionnelle à trois facteurs: L’épaisseur de l’object, La somme des numéro atomiques des structures formant l’objet La longueur d’onde du rayon 18  DIFFUSION o Lorsque le rayonnement atteint une surface quelquonque celle-ci émet un rayonnement diffusé dans tous les sens. o Le rayonnement diffusé augmente lorsque le volume du corps irradié augmente. o Le rayonnement diffusé diminue le contraste du cliché. o Sachant que ce rayonnement altère la qualité de l'image radiologique en diminuant le contraste du cliché, et de ce fait des procédés anti-diffusants (grilles anti-diffusantes) sont nécessaires. 19  IONISATION o Les rayons X produisent une ionisation des atomes traverses qui les rendent conducteurs 20 PROPRIETÉS PHOTOCHI MIQUES  ACTIVATION DE CERTAINES SUBSTANCES ET LES RENDRE FLUORESCENTS o Écrans renforçateurs: permettent d'intensifier les films en rendant plus sensibles les émulsions par la transformation des RX en rayons lumineux. o Radioscopie: les RX provoquent l'illumination d'écrans de sulfure de zinc ou de cadmium. o Les rayons émis par le sulfure de zinc ou de cadmium est intéressant car il a une longueur d’onde de 550 nm qui correspond pratiquement au maximum de sensibilité de l’œil. o L’intérêt majeur de la radioscopie est pouvoir faire l’étude d’organes en mouvement (détecteurs dynamiques). 22  IMPRESSION ET ÉMULSION PHOTOGRAPHIQUE o Le film radiographique est constitué par un support sur lequel est fixé une émulsion d'halogénure de bromure d'argent et de gélatine formés de grains qui sous l'effet de la lumière ou des RX seront sensibilisés. o Par la suite un bain réducteur va transformer les grains sensibilisés (grains ayant absorbé la lumière) en grains sombres d'argent métallique qui se propagent sur le film avec apparition de zones +/- noires. 23 PROPRÉTÉS OPTIQUES  o C’est le changement de direction d’un rayon lors de son interaction avec une REFLEXION surface réfléchissante. o L’angle de réflexion=angle d’incidence. 25  o C’est le changement de direction subit par un RX lorsque il traverse REFRACTION une surface de séparation entre deux milieux transparents différents, il en résulte un rayon de réflexion et un rayon de réfraction. o Le faisceau réfracté étant plus intense que le faisceau réfléchi. o L’angle de déviation dépend de la nature du milieu traversé. 26 DIFFRACTION o c’est la modification de la direction de propagation d’une onde au voisinage d’un obstacle et notamment lorsqu'elle traverse une ouverture. 27  EFFETS BIOLOGIQUES o Le noyau de la cellule est le plus radiosensible: Altération de l’ADN des chromosomes. Altération de la perméabilité de la membrane cellulaire. Modification de l’activité enzymatique. o On considère comme: Très radiosensible: lymphocyte, érythroblaste, myélocyte, spermatogonie A. Moyennement radiosensible: cellule souche germinale de peau, cellules épithéliales ,le cristallin, cartilage de croissance. Peu radiosensible: l’hépatocyte ,cellule de l’ épithélium vasculaire. Radio résistante: cellule du système nerveux , cellule musculaire, érythrocyte , 28 spermatozoïde. EFFETS BIOLOGIQUES o TISSUS HÉMATOPOÏÉTIQUE: Dose faible: légère diminution des éléments précurseurs avec récupération dans les premières semaines. Dose moyennement élevée : déplétion cellulaire considérable avec une récupération plus longue et incomplète o LA PEAU: Dose moyenne a élevée: Erythème, inflammation, desquamation ,alopécie temporaire ou permanente. Les lésions tardives: atrophie, fibrose, pigmentation, ulcération nécrose voire cancer. 29  EFFETS BIOLOGIQUES o APPAREIL DIGESTIF: L’intestin grêle est le plus radiosensible. Dose élevée: raccourcissement des villosités puis hémorragie et nécrose. o POUMON: rétractile en radiothérapie o EFFETS FOETOEMBRYONAIRE: l’embriogenése est une période critique notamment en 1er et en 2ème trimestre. o EFFETS GÉNÉTIQUES: mutation par altération du chromosome en fonction de la dose reçue 30  EFFETS BIOLOGIQUES o L’ŒIL: Principalement cataracte mais aussi conjonctivite, kératite o LES GONADES: Les testicules et ovaires : troubles de la fertilité jusqu’à la stérilité définitive o L’OS: Radionécrose et fractures pathologiques. 31 CONCLUSION o Les rayons X sont des radiations électromagnétiques générées par des processus électroniques à l’intérieur de l’atome dont leur spectre est obtenu à la sortie d'un tube à rayons X. o Ces rayonnements présentent des propriétés physiques et photochimiques permettant leur utilisation dans le domaine médicale. 32 MERCI DE VOTRE ATTENTION 33