Rayons X - PDF

Sommaire Les rayonnements ionisants Les rayons X Les interactions du rayonnement avec la matière Les grandeurs et unités en radioprotection  Les rayons X Leurs caractéristiques Nous avons vu précédemment que les rayons X sont: - des rayonn...

Sommaire Les rayonnements ionisants Les rayons X Les interactions du rayonnement avec la matière Les grandeurs et unités en radioprotection  Les rayons X Leurs caractéristiques Nous avons vu précédemment que les rayons X sont: - des rayonnements ou ondes électromagnétiques, - des rayonnements ionisants même pour les énergies faibles comme celles des rayons utilisés en cabinet dentaire, - des rayonnements pénétrants car sans masse, ni charge. L’énergie des rayons X résultent de la conversion des électrons qui lui donnent naissance. Elle s’exprime donc comme une énergie électrique et se mesure en électron-volt (eV). Les rayons X résultent de la désexcitation d’un radionucléide (réarrangement du nuage électronique). Ils peuvent également être produits grâce à un phénomène électrique: c’est le cas des générateurs de rayons X en radiographie.  Fabrication des rayons X Tube de Coolidge (1913) Les rayons X sont produits lorsque des électrons accélérés percutent une cible métallique dense. La source d’électrons est constituée par un filament de tungstène faisant office de cathode. Les électrons résultent de l’incandescence du filament produit par effet Joule sous l’action d’un courant électrique qui parcourt le filament. Une tension accélératrice est appliquée entre l’anode et la cathode. Cette tension mobilise les électrons en direction de l’anode (pole positif) avec une certaine énergie cinétique. La cible, située en regard du filament de la cathode, est constituée par une mince plaque de tungstène incluse dans une masse en cuivre. Cette cible, faisant office d’anode, détermine la taille du foyer du tube radiogène. L’orientation de l’anode à 45° contribue à la constitution d’un faisceau de rayons X qui est émis par une fenêtre latérale. Fabrication des rayons X Tube de Coolidge (1913)  Fabrication des rayons X Les tubes de rayons X ont une efficacité énergétique très mauvaise: la collision des électrons produit environ 98,5 % de la chaleur et 1,5% de rayons X. Les différents éléments sont enfermés dans une ampoule de verre épais, celle-ci baignant dans un bain d’huile, tous deux conçus pour absorber le maximum de chaleur. Une grande anode de forme cylindrique permet sa préservation. Ainsi, chaque partie de l’anode n’est irradiée que durant un court instant. Ce phénomène facilite la dissipation de la chaleur. C’est le cas des orthopantomogrammes qui ont des temps d’exposition longs. Il existe 2 manières de produire des rayons X : ◆ Le rayonnement X continu de freinage (ou Brehmstrahlung): lorsqu’un électron issu de la cathode entre plus ou moins profondément dans l’enveloppe électronique d’un atome de tungstène de l’anode, un rayonnement continu de freinage est produit: - par le choc direct de l’électron avec le noyau de la cible. Toute l’énergie cinétique de l’électron est transformé en un photon (rayon X). L’énergie du photon est égale à l’énergie de l’électron incident. C’est un phénomène très rare. - Plus fréquemment, par le passage de l’électron à proximité d’un noyau. Sa trajectoire est modifiée par l’attraction coulombienne entre sa charge négative et celle positive du noyau. L’électron perd de la vitesse et ce ralentissement est associé à une perte d’énergie cinétique qui se dissipe sous la forme de rayons X. Le rayonnement de freinage constitue la principale source de production des rayons X. Dans le tube, l’énergie maximale du rayon X a la même valeur en keV que la tension en kV appliquée aux bornes du tube. Rayonnement de freinage par passage à proximité du noyau Toutes les valeurs d’énergie sont possibles entre 0 (pas d’interaction) et l’énergie totale de l’électron incident (arrêt complet). Ce rayonnement est polychromatique et l’ensemble des énergies qui le constituent réalise un spectre continu. Il existe 2 manières de produire des rayons X : ◆ Le rayonnement caractéristique ou rayonnement X de fluorescence Il se produit lorsqu’un électron incident, par collision, expulse un électron situé sur une orbitale profonde d’un atome créant un espace vacant. Cet électron, déplacé sur une orbite plus périphérique, restitue son énergie sous forme d’un rayonnement X lorsqu’il regagne cette orbite au cours de la désexcitation de l’atome. Le rayonnement caractéristique participe seulement à une petite fraction de la production des rayons X. Quel est le faisceau de rayons X idéal ? Le but technologique à atteindre est d’obtenir un faisceau de rayons X : le plus dense et homogène (de même énergie) de façon à avoir un maximum de rayons X qui traversent les éléments à radiographier et arrivent jusqu’au capteur, pour une image radiographique de qualité. le plus parallèle de façon à éviter la diffusion au maximum et respecter les règles de radioprotection. Les paramètres du générateur influencent les caractéristiques du faisceau de rayons X Intensité Elle varie entre 4 et 8 mA, 4 mA pour l’utilisation de capteurs numériques et 7 à 8 mA pour l’utilisation de films argentiques. Temps d’exposition Il est généralement préprogrammé (de 0,01 à 3,2 s) L’intensité du courant de chauffage traversant le filament et le temps d’exposition influencent la quantité de rayons X produits. Le temps d’exposition est inversement proportionnel à l’intensité utilisée. Les paramètres du générateur influencent les caractéristiques du faisceau de rayons X Tension Elle est de l’ordre de 60 à 70 kV La tension a aussi une action sur la quantité de rayons X produits mais elle joue surtout sur la quantité d’énergie de ces rayons et par conséquent sur la qualité de l’image obtenue. Plus l’énergie des rayons X est importante, plus la quantité de rayons X arrivant sur le capteur est importante, ceci malgré une certaine atténuation tissulaire. Pour la radiographie dentaire conventionnelle, la tension idéale serait de 90 kV; cependant, plus on augmente la tension, plus on augmente la diffusion et plus on est dangereux en terme de radioprotection. La notion de contraste radiologique est fonction des différences d’atténuation du rayonnement entre les différents milieux et tissus traversés. Ces différences d’atténuation sont responsables des différences de niveaux de gris de l’image radiologique. Ainsi, une image de qualité est une image peu contrastée (figure A par rapport à figure B) présentant une gamme importante de niveaux de gris. Elle est obtenue lorsqu’on augmente la tension. A B L’utilisation d’une tension de 65 ou 70 kV constitue un bon compromis entre une image de qualité satisfaisante et une dangerosité moindre. Les paramètres du générateur influencent les caractéristiques du faisceau de rayons X Générateur de « haute fréquence » Les générateurs fabriqués actuellement sont tous « à haute fréquence ». Le courant de 50 Hz est transformé en courant de haute fréquence et utilisé pour charger une capacité. Ce phénomène permet d’obtenir un débit du courant constant : on obtient plus rapidement un faisceau homogène de photons en nombre suffisant pour une image de qualité. Les paramètres du générateur influencent les caractéristiques du faisceau de rayons X Filtration Le spectre continu de rayons X comporte des composantes de basse énergie qui ne participent pas à la création de l’image. On parle de rayons « mous ». Ces rayons de faibles énergies ne peuvent pas atteindre le récepteur mais ils augmentent l’exposition du patient et créent de la diffusion. Un filtre en aluminium de 2,5 à 3 mm est placé à la sortie du générateur pour absorber ces rayons de faible énergie (voir diapo 21). Le filtre réduit l’intensité du faisceau en éliminant les rayons X de faible énergie mais augmente l’énergie moyenne du faisceau qui gagne en homogénéité. Les paramètres du générateur influencent les caractéristiques du faisceau de rayons X Collimation Le collimateur est un anneau métallique (ouvert en son centre) placé généralement à l’entrée du tube applicateur (diapo 21). Il est utilisé pour réduire la taille du faisceau et ainsi le champ d’irradiation. Il définit également la forme du faisceau. Il réduit la divergence des rayons et permet ainsi d’obtenir un faisceau de rayons X les plus parallèles possibles. La qualité de l’image s’en trouve améliorée. Schéma expliquant le rôle de la collimation à l’extrémité du tube radiogène