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Joël GREFFIER Radiophysicien

Cours Physique MEM 2ème Année 1

Physique Radiologique

Première Partie : Radiologie



Plan

1. Production de Rayons X en radiologie

2. Formation de l’image radiologique

3. Qualité de l’image radiologique

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III. Qualité de l’image radiologique




A. Contraste et Flou

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A. Contraste Radiologique� Définition du contraste :

– Différence de signal entre deux zones adjacentes de l’image

� Il constitue la base informative de l’image radiologique

– La qualité de l’image et la pertinence du diagnostic sont directement liées au contraste

� On distingue différents types de contraste :

– Contraste de l’objet

– Contraste du détecteur

– Contraste de visualisation



A. Contraste Radiologique1. Contraste de l’objet :

� Lié à la capacité du faisceau de RX d’interagir avec les tissus

� Rappels :

– L’image radiologique repose sur le principe de l’atténuation différentielle des RX par les ≠ tissus de l’organisme

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A. Contraste Radiologique� Rappels :

– A travers chacun des tissus, l’intensité du faisceau transmis vaut :

I(E) = I 0(E)e- µµµµx

• µ : Coefficient d’atténuation global• x : épaisseur de tissu traversée• I : quantité de RX transmis (RX primaire)• e- µx : proportion de RX atténués

− De plus µµµµ = ττττ + σσσσ + ππππ

− Deux tissus sont correctement individualisés si les termes µµµµx de chaque tissu sont significativement ≠

− Ces coefficients dépendent dela densité des tissus et del’énergie du rayonnement

− Le contraste est directement lié à la différence des coefficients d’atténuation linéaire




– Considérons 2 milieux constitués par des tissus ≠ :• Exemple : Tissus osseux noyé au sein de tissus mous

• Avec I1 et I2 les flux radiants en dehors et au niveau de la structure osseuse

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– Par définition, le contraste de l’image est égale :

• Avec I1 et I2 les flux radiants en dehors et au niveau de la structure osseuse

• D’après la loi d’atténuation, I1 et I2 valent respectivement :

I 1 = I0e-µ1d = I0e-(µ1x +µ1(d-x)) et I2 = I0e-(µ2x+µ1(d-x))

• L’image apparaîtra très contrastée si I2 est nul (atténuation totale) => C = 1

• L’image n’aura aucun contraste si I1 = I2 (atténuation équivalente) => C = 0




– Par conséquent, le contraste dépend essentiellement de :

• Épaisseur de la structureque l’on veut observer (ici l’os) et non de l’épaisseur totale traversée

� + la structure est fine, plus le contraste sera faible

� Pas possible d’agir directement sur cette grandeur pour améliorer le contraste

• Différence d’atténuation entre la structure et le milieu environnant => ∆∆∆∆µ = µ1 - µ2

� Aux énergies utilisées, la ≠≠≠≠ d’atténuation par effet Comptonentre les milieux est négligeable

� Elle est due à l’effet Photoélectriquequi est donc susceptible de participer au contraste

� L’amélioration du contraste de l’image passe donc par ↑ ∆µ

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• Influence de la tension d’accélération :

− Variation de la tension en fonction du milieu à comparer :

− Pour différencier muscle/graisse, il vaut mieux utiliser des basses énergies

(∆µ70kV > ∆µ150kV)

− Pour différencier poumon/os, il vaut mieux utiliser des hautes énergies et garder un bon contraste car ∆µ150kV est suffisamment grand



A. Contraste Radiologique1. Contraste de l’objet:


• Influence de la tension d’accélération :

� Problème : Basse tension bonne différenciation des tissus => ↑ hνdes basses énergies arrêtés dans le patient=> ↑ dose au patient

� A noter le problème de durcissement des faisceaux de RX en progressant en profondeur dans la matière :

=> ∆∆∆∆ de l’énergie moyenne => ∆∆∆∆µ entre les tissus => ∆∆∆∆ contraste

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A. Contraste Radiologique2. Contraste du détecteur :

– Capacité du détecteur à convertir le faisceau de RX transmis à la sortie du patient en amplitude signal (détecteur électronique) ou en différente densité optique (film)

– Il dépend :

• Composition et épaisseur du matériau

• Processus physique par lequel le détecteur converti les RX en signal optique ou électronique

• Spectre de RX à la sortie du patient



A. Contraste Radiologique3. Contraste de visualisation :

– Contraste des images numériques qui peut être modifié en changeant les paramètres de visualisation

– Les paramètres sont modifiés à partir de la table de conversion LUT

– On peut modifier deux types de paramètres :

• La fenêtre : gamme de contraste que l’on va sélectionner � + ou – importante selon la zone à visualiser

• Le niveau moyen : caractérise le centre de la fenêtre de visualisation

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A. Contraste Radiologique4. Radiologie avec produits de contraste :

– Produits de contraste utilisés pour majorer le contraste natureldes compartiments dans lesquels ils sont distribués ou éliminés

• Leurs actions est liés à leurs Z ou leurs poids moléculaire élevé� Iode => Z = 53� Sulfate de Baryum => Baryte : PM = 233

• Ces produits sont responsables d’un certain nombres de complications et sont considérés comme des médicaments� Allergie à l’iode => CHOC ANALPHYLACTIQUE

• La radiographie avec produits de contraste se traduit par une opacification qui apparaîtra blanche sur l’image=> densité de type os

• Technique double contraste=> existence d’une ligne noireentourant la cavité étudiée => densité aérienne et osseuse




– Produits de contraste iodés (PCI) utilisés pour opacifier :

• Structures vasculaires (coronarographie, artériographie…)

• Le LCR (radiculo-saccographie, myélogrpahie…)

• Les voies d éliminations (UIV…)

• Des cavités (cystographies, hystérographie…)

– Baryte est réservé aux explorations digestives (œsophage, estomac…)

• Contraste peut être augmenté en insufflant dans un 2ème temps de l’air => Technique en double contraste

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• Artériographie sélective de l'artère rénale droite

• Le produit est injecté à l’aide d’un cathéter placé dans les artères fémorales => Iliaque externe => Aorte Abdominale => Artère rénale droite

• Il existe une sténose de l’artère rénale




B. Facteurs de Flou

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B. Facteurs de Flou

� Contraste représente l’élément sémiologique à la base de toute interprétation radiologique

� L’image peut être altérée par les conditions d’acquisition des images.

� Plusieurs facteurs peuvent créés un flou pénalisant sur l’image qu’il faut savoir limiter.

� Quatre types de flou :

– Flou géométrique

– Flou liée au détecteur

– Flou cinétique

– Flou lié au rayonnement diffusé



B. Facteurs de flou

� Ces 4 facteurs sont la conséquence de l’altération de la résolution spatiale et du bruit

� Résolution spatiale :

– Plus petite distance séparant deux objets qui apparaissent toujours distinct

� Bruit :– Incertitude ou imprécision avec laquelle le signal est enregistré. Ce

signal indésirable perturbe le signal utile

• Correspond à l’écart type des mesures du signal ou de la densitéoptique de l’image dans une région homogène

• Inversement proportionnel à la racine carrée du nombre de photons

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B. Facteurs de Flou

1. Flou géométrique :

– Du au caractère non ponctuel du foyer du tube utilisé

– Altération de la résolution spatiale

• Bords de l’organe sont interceptés par des RX provenant de différents points du foyer

• Flou des bords de l’image est réduit :� En approchant le patient le plus proche possible de la plaque� En éloignant le tube� En diminuant la taille du foyer en agissant sur le diaphragme



B. Facteurs de Flou

2. Flou lié au détecteur :

– La qualité de détection peut influencer la qualité de l’image en modifiant la résolution spatiale et le bruit

– Qualité de détection selon le détecteur :

• Taille des grains des films d’argent

• Résolution spatiale des détecteurs numériques

• Pouvoir de résolution fini des détecteurs

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B. Facteurs de Flou

3. Flou cinétique :

– Tout mouvement du patient ou de l’organe provoque un flou

– Altération de la résolution spatiale

– Si mouvement volontaire => Immobilisation du patient• Soit de manière coopérative

� Arrêt de la respiration

• Soit par contention ou préméditation� Personnes âgées ou pédiatrie

– Si le mouvement est involontaire => Battements cardiaque

• Réduction du temps de pose



B. Facteurs de Flou

4. Flou lié au rayonnement diffusé :– Tous les RX qui interagissent avec l’organisme ne sont pas

totalement arrêtés par Effet Photoélectrique

– Certains d’entre eux vont diffuser par Effet Compton et changer de direction => Jusqu’à 5 fois le rayonnement direct

– Points d’origine :

• Patient

• Table

• Détecteur

• Accessoires à proximité

du faisceau RX

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B. Facteurs de Flou

4. Flou lié au rayonnement diffusé :

– Ceci provoque un flou sur l’image :

• La position de détection de ces photons ne correspond pas à un trajet en ligne droite

1. Trajet direct d’un photon non atténué => Pas de flou2. Diffusion Compton : le photon semble avoir suivi le trajet en pointillé => flou



B. Facteurs de Flou

4. Flou lié au rayonnement diffusé :

– Le rayonnement diffusé varie avec :

• Taille du faisceau • Distance source objet • Épaisseur et la composition (Z) du patient • Énergie du faisceau

– Pour le diminuer, il faut :

• Diminuer le volume irradier => Compression• Diminuer la taille du champ => Localisateur et collimation• Utiliser une grille anti-diffusante• Éloignement récepteur patient : Rayt Diffusé↓ + vite que le Rayt

directe => phénomène air gap• Plaque de plomb derrière le film

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C. Moyens de réduction du rayonnement diffusé



C. Moyens de réduction du Rx diffusé

1. Localisateurs et collimateur :– But : Réduire le champ d’exposition

• Diminue la surface exposée => Diminution de l’irradiation inutile du patient

• Diminue le rayonnement diffusé => Parasite pour la qualité de l’image

– Collimateur :• Accolés à la fenêtre de sortie du tube• Composé de volets radio-opaques généralement en plomb• Réduit le champ d’exposition à sa base

– Cônes localisateurs :• S’adaptent à la sortie du tube• Adaptent la forme du champ à la forme de la zone à

radiographier• Composés de plomb et sont de formes et de dimensions diverses

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1. Localisateurs et collimateur :




2. Grilles anti-diffusantes :– Principe :

• Inventée par Bucky• Série de lamelles de plomb fines opaques au RX, séparées par

d’autres lamelles d’un matériaux radio-transparent.• Lamelles orientées vers le foyer radiogène• Rôle : Sélection du rayonnement primaire

� Les rayons arrivant perpendiculairement aux lames de la grille peuvent la traverser si ils passent par les espaces transparents

� Le rayonnement diffusé émis dans toutes les directions est arrêtés par les lamelles de plomb.

• La quasi totalité du rayonnement diffusé est arrêté

• 30 à 40 % du rayonnement directe l’est également => ↓↓↓↓ du nombre de photons utile au niveau du détecteur => ↑↑↑↑ du nombre mAs => ↑↑↑↑ Dose patient

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2. Grilles anti-diffusantes :




2. Grilles anti-diffusantes :– Il existe deux types de grilles selon la disposition des

lames :» Grilles non focalisées : les lamelles sont parallèles

» Grilles focalisées : les lamelles sont orientées vers le foyer� Il existe alors une distance focale (tube-cassette) à respecter

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– Remarque :

• Lorsque l’on utilise une grille, les lames de plomb apparaissent sur le cliché

• Pour palier à ce phénomène, on fait vibrer la grille dans une direction perpendiculaire à celle des lames

• Les zones du film occultées par les lames de plomb changent àtout instant

• On fait alors disparaître la grille





– Performances des grilles :

• Rapport de grille ou Rapport d’anti-diffusion :

� Détermine la qualité de la grille

� Dépend de la hauteurs des lames H et de la la distance entre deux lamelles de plomb D

R = H / D� Varie entre 5 et 16

� + R est élevé => meilleure est du rayonnement diffusé

� Meilleur quand H ↑ ou D ↓

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• Rapport de transmission :

� Dépend de la distance entre deux lamelles de plomb D et de l’épaisseur des lames de plomb d

T = d / (d + D) � Plus T est petit meilleure est la transmission de la grille

� Meilleur quand D ↑ ou d ↓

� Ce rapport est inversement proportionnel à la qualité de la grille






• Facteur de Bucky :

� Chiffre par lequel doit être multiplié le temps de pose pour compenser l’utilisation de la grille anti-diffusante

B = mAs AVEC grille / mAs SANS grille

� L’emploi d’une grille triple ou double le temps d’exposition par rapport à un usage sans grille mais avec rayonnement diffusé

� De l’ordre de 2 à 6

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• Sélectivité :

� Représente le rapport du rayonnement primaire qui passe au travers de la grille et du rayonnement diffusé qui la traverse aussi

ΣΣΣΣ = Primaire / Diffusé

� Ce rapport augmente pour des kV + faible et avec R croissant

• Facteur d’amélioration du contraste :

� Correspond au rapport entre le contraste avec et sans grille




D. Exposeur automatique

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D. Exposeur Automatique

1. Définitions et principes :

– Permet de régler automatiquement l’exposition du film radiologique donc son noircissement afin qu’il ne soit ni sur exposé ni sous exposé au RX

– Il intègre la quantité de RX ayant traversé le patient et arrête l’alimentation du tube lorsque l’irradiation du film est suffisante

– Ceci est réalisé à l’aide de détecteurs appelés « Cellules »

– Situé devant la cassette et dirigé par le générateur HT





– Plusieurs réglages sont possibles au niveau de l’exposeur automatique :

• Réglage un point : + courant

� le manip estime les kV nécessaire pour la réalisation de l’image

� Les mA et le temps de pose sont déterminés par l’exposeur

• Réglage deux points :

� Manip détermine les kV et les mA

� Le temps de pose est déterminé par l’exposeur

– Son emploi n’est pas adapté aux cas particulier qui nécessitent certains réglages

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2. Les constantes d’exposition :

– L’exposition est réalisée en fonction de :

• La région à radiographier

• L’épaisseur du patient

• Les caractéristiques du détecteur

• Les filtres, collimation…

– Les constantes : kV, mA et s peuvent être prédéfinies en fonction de ces critères

– Seule l’épaisseur du patient n’est pas prévisible

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2. Les constantes d’exposition :– Les kV : déterminent :

• La qualité du faisceau => durcissement du faisceau• L’énergie des RX• Le contraste

– Les mA règlent le noircissement du film sans en altérer le contraste

• L ’erreur de noircissement est très fréquente et est palliée par l’exposeur automatique placé juste devant le récepteur

– Le temps de pose: règle la durée de l’exposition• Elle doit être la + courte possible pour :

� Diminuer la dose au patient� Diminuer le flou cinétique




3. Les éléments constitutifs :

– Les récepteurs :

• Éléments qui vont détecter le flux de rayonnement à la sortie du patient et en amont du film => Cellules

• Deux types de récepteurs :

� Chambre d’ionisation

� Photo-détecteur

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– Les récepteurs : Chambre d’ionisation

• Cavité contenant un gaz (Ar, Xe), dans laquelle règne un champ électrique établit entre deux feuilles très fines d’aluminium

• En traversant cette cavité, les RX ionisent le gaz et créés des paires électrons ions.

• Les ions migrent vers l’anode et les e- vers la cathode

• Formation d’un courant électrique ∝ à la quantité de RX ayant traversés la CI





– Les récepteurs : Chambre d’ionisation

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– Les récepteurs : Photo-détecteur

• Chambre de mesure constituée d’un élément sensible luminescent de nature voisine d’un écran renforçateur

• Le flux de rayonnement à la sortie du patient traverse le photo-détecteur est par interaction forme des photons lumineux

• Ces photons lumineux sont ensuite envoyés vers un photomultiplicateur qui convertit ces photons en e-et en courant électrique

• Peu utilisé

• Risque de visualisation sur le film pour des tensions faibles





– Les récepteurs :

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– L’intégrateur :

• Élément situé juste après les récepteurs

• Mesure la quantité de courant électrique délivré par les récepteurs

• Transmet à la minuterie du générateur le signal de fin de pose quand la quantité nécessaire de RX programmée est atteinte

– La minuterie :

• Interrompt la production de RX lorsque :

� l’intégrateur lui envoi le signal de fin de pose

� La capacité thermique du tube est atteinte même si la dose d’exposition est insuffisante




4. Le matériel :

– Cas standard :

• Lors de la prise du cliché, le manip active ou non un ou plusieurs cellules

• Cellules de tailles rondes ou quadrangulaires de 100 cm² de surface

• Trois cellules : une centrale et deux latérales

• En fonction de la région à radiographier ou région dominante du cliché, on fera le chois de la ou des cellule(s) à utiliser

� Cellule centrale : rachis, hanche, thorax de profil…

� Deux cellules latérales : thorax de face, bassin…

� Trois cellules : ASP

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4. Le matériel :

– Cas particuliers :

• Matériel pédiatrique :

� Taille des cellules réduites pour être adaptés à la taille des nourrissons

• Matériel en mammographie :

� Cellule placée non pas devant le film mais derrière

� L’utilisation des basses en mammographie rendrait visible la tramedu détecteur




5. Corrections de l’exposition :

– Correction en fonction du détecteur :

• Les écrans renforçateurs et les plaques ERLM n’ont pas la même sensibilité pour toutes les valeurs de kV.

• L’exposeur dispose donc de corrections différentielles selon le kV affiché.

• Un changement d’écran ou de plaque peut exiger une modification de ces réglages

– Correction en fonction de l’épaisseur du patient :

• Exposeur reçoit le rayonnement primaire et diffusé

• Le diffusé augmente avec la masse et l’épaisseur du patient

• L’exposeur propose une correction qui prend en compte la morphologie du patient => Patient mince, moyen, épais

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5. Corrections de l’exposition :

– Correction en fonction du noircissement du film :

• Un correcteur permet de modifier le noircissement par pas de 25% en plus ou en moins (4 à 5 pas)

• Ceci assure toute la souplesse de réglage si le cliché n’est pas suffisamment exposé

– Rappel :

• Un cliché trop blanc restera trop si l’on ajoute quelques kV sans corriger le noircissement de l’exposeur => Ionisation n’est pas modifié




5. Limites d’emploi de l’exposeur :

– Si le patient est mal positionné» La zone anatomique à radiographier ne se situe pas sur la cellule» On peut obtenir des clichés trop blanc ou trop noir

– Si la zone à radiographier ne couvre pas la totalité de la cellule

» Une partie de cette dernière va recevoir un rayonnement direct => plus intense car n’a pas subit d’interaction dans le patient

» Arrête prématurément la production des RX => Poignet…

– Si un problème de noircissement persiste, la solution est de passer en mode manuel avec les constantes manuelles

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