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3.6.
Filtres en radiodiagnostic
Filtrer consiste à modifier les caractéristiques d'un objet par le passage à travers un système de filtre : exemple filtrer la farine, l'eau. Ce terme est également utilisé pour la modification d'un rayonnement traversant un lame partiellement transparente.
Plusieurs filtrages sont utilisés en radiologie. La filtration d'un faisceau de rayonnement X, complexe par nature modifie les caractéristiques de ce faisceau, le filtrage d'une image modifie les caractéristiques de cette image.
Les deux éléments, faisceau et caractéristiques (nature et forme) du filtre interviennent.
Le faisceau de rayonnement X est fait d'un continuum d'énergie avec deux composantes.
- Le spectre de freinage, spectre continu, dont le maximum est déterminé par la différence de potentiel d'accélération des électrons dans le tube radiogène ; cette différence de potentiel est selon le type de générateur, soit constante, soit fluctuante (100% avec un courant monophasé, soit inférieure à 20% environ pour tous les autres types de générateurs). L'énergie minimale n'est pas limitée en théorie. Le maximum d'énergie se rencontre pour une différence de potentiel voisine des 2/3 de l'énergie maximale (selon le type de générateur).
- Le spectre caractéristique lié à l'interaction des électrons incidents avec les électrons des couches orbitales de l'atome. Le rayonnement dépend de l'énergie de liaison de ces couches orbitales. Celles-ci dans le tungstène, matière habituelle des cibles d'anodes tournantes, ont pour valeur 70 keV (couche K) et 18 keV (couche L). En pratique seule, l'interaction avec la couche K nous préoccupe, au-delà de 70 kV de potentiel affiché au pupitre, et encore elle intervient peu quantitativement (25% du total vers 120 kV) ; nous la négligerons car elle n'intervient donc pas dans l'usage des filtres les plus courants. En mammographie où l'on recherche une énergie faible de rayonnement mais aussi pure que possible, au contraire on utilise une filtration qui élimine les rayonnements en dehors d'un pic (cible en Molybdène filtré par Molybdène).
C Z3 [[lambda]]3
Ainsi, les photons dont l'énergie est la plus faible sont le plus fortement atténués. La composition du faisceau est modifiée par réduction sélective des photons les moins énergétiques.
Tension CDA
kVc Plomb Al
50 0,05 mm 1 mm
70 0,15 2,2 mm
100 0,24 7 mm
125 0,27 10 mm
150 0,29
Tableau 19
Numéro atomique et énergie de liaison de la couche K
Élément Symbole Z keV Hydrogène H 1 0,013 Carbone C 6 0,28 Aluminium Al 13 1,6 Calcium Ca 20 4 Cuivre Cu 29 9 Molybdène Mo 42 20 Etain Sn 50 29,1 Iode I 53 33 Lanthane La 57 39 Tungstène Wo 74 69,5 Plomb Pb 82 88
Tableau 20
Après une épaisseur de quelques centimètres, le rayonnement appartenant à la partie droite du spectre, correspondant aux plus hautes énergies n'est que faiblement atténué, le rayonnement à gauche du spectre, (faibles énergie en keV) est nettement atténué ; ainsi, le rayonnement qui atteint la couche suivante est modifié, perdant les plus faibles énergies, et ainsi de suite jusqu'à la sortie de l'objet.
Le rayonnement appartenant à la partie droite du spectre est seul à contribuer à l'image. Le rayonnement de plus faible énergie ne contribue en rien à l'image, mais a irradié les couches supperficielles.
Le rayonnement X émis par la cible subit une série de modifications.
- Filtrations interne par la cible elle-même : ceci apparaît déjà dans la composition du faisceau émis par une cible qui a une épaisseur.
- Filtration par la paroi du tube, des fractions de mm d'épaisseur du verre sont parfois remplacées par une fenêtre en Beryllium (Z = 4) qui atténue peu, ce choix devient impératif pour les rayonnements de faible énergie utilisés en mammographie.
- Filtration réglementaire : pour supprimer le rayonnemnt le moins énergique donc absorbé par les premiers centimètres de tissus.
Les filtres les plus habituels sont faits d'aluminium (Z = 13), l'atténuation est donc globalement modérée, mais l'atténuation différentielle qui élimine les photons de plus faible énergie est nette.
Les matières de Ndeg. atomique plus élevé, Cuivre, Fer sont préférées pour obtenir une filtration équivalente, aux énergies courantes du radiodiagnostic, à l'Aluminium mais avec une épaisseur moindre, 0,1 mm à 0,2 mm contre 3 mm d'Al.
L'épaisseur du filtre est importante au niveau des pieds, faible sur les cuisses, nulle sur le bassin; on peut disposer de plusieurs filtres d'angulation différente selon l'obésité du patient ou d'un seul filtre en corrigeant les kV.
Des filtres compensent des différences excessives d'épaisseur liées à l'anatomie.
La partie thoracique est épaisse, la région deltoïdienne, où l'on recherche des calcifications minimes est généralement surexposée et donc trop noire pour y reconnaître ces calcifications. Le filtre est donc épais en périphérie, absent au centre et échancré sur un quart de circonférence pour correspondre au thorax.
Épais en périphérie et mince vers le centre, le profil sphérique est préférable à un profil en pente linéaire. On doit éviter de faire jouer à l'extrême ce filtre avec une périphérie du crâne qui devient blanche et le centre du crâne trop noir en travaillant à kV trop bas (choisir 70 kV sur profil ou face).
Ce sont des filtres longitudinaux, le long des membres
- Filtre en coin, épais sur les chevilles et mince ou inexistant sur le bassin ;
L'effet optimal d'un filtre compensateur est obtenu avec un kV précis pour un organe précis.
1er exemple : la radiographie du crâne de profil avec filtre (on pourrrait choisir la radio d'épaule de face en changeant les kV).
- Sur un cliché à 60 kV sans filtre, l'image est correcte au centre et trop noire en périphérie car l'épaisseur de tissus est plus faible.
- Si l'on positionne un filtre pour crâne, en aluminium épais en périphérie et troué au milieu, le centre de l'image est correct (sans changement face au trou) et trop blanche en périphérie car l'aluminium a absorbé trop de rayonnement.
- Un cliché à 70 kV, en diminuant les mAs de moitié, donnera une image correcte en périphérie et au centre, un cliché à 80 kv sera intermédiaire entre le bon cliché avec filtre et le cliché sans filtre avec une périphérie trop noire.
2ème exemple : radiographie panoramique des membres inférieurs.
- On doit réfléchir : si le cliché est trop noir sur les chevilles et trop blanc sur le bassin, donc trop contrasté, comment corriger les kV ?
- Il faut baisser les kV pour que le filtre absorbe davantage le rayonnement atteignant les chevilles et augmenter considérablement les mAs pour exposer davantage le bassin, situation inverse de celle qu'un raisonnement trop rapide conseillerait.
On utilise aussi des composants proches des tissus mous, eau ou farine : ce dernier artifice est le plus commode, les composants de la farine sont proches de la composition de l'eau :
- 1 CDA à 60 kV vaut environ 3 cm et la finesse de la farine ne crée pas d'artefacts sur l'image, comme pourrait le faire le riz ; les sacs de farine (ou de purée de pomme de terre en flocons) conservent leur forme à la différence de l'eau ou de liquides dans des sacs déformables, aussi visqueux soient-ils.
De toutes manières, cette farine compensera exactement les manques d'épaisseur, les "trous" anatomiques comme le creux cervical de face ou de profil entre tronc et tête. L'idéal est de transformer la région étudiée en une sorte de parallèlépipède rectangle, supprimant tous les creux et réduisant les images trop abruptes.
Ces filtres en réduisant préférentiellement les rayonnements de plus faible énergie procurent un rayonnement d'énergie moyenne supérieure, comme si l'on avait utilisé un rayonnement à plus fort kV.
Toute installation de radiodiagnostic doit comprendre obligatoirement (sauf mammo-graphie) un filtre réglementaire équivalent à 2 mm d'aluminium qui supprime les rayonnements de plus faible énergie qui, de toute manière, seraient absorbés presqu'intégralement par les premiers centimètres de peau et de tissus mous sans participer à la formation de l'image.
En toute rigueur, on devrait (et certaines installations le permettent)
augmenter cette filtration par aluminium puis Al + Cu à mesure que l'on
augmente les kV. On constate alors que la mise en place d'un "bon filtre"
modifie peu les constantes d'exposition (kV et mAs) pour une image identique,
tout en réduisant l'irradiation du malade.
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