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Rayons X en diagnostic médical – absorption, spectre des rayons X et scanner

PhysiquePhysique quantique et nucléaire17–18 ansLaboratoire virtuel

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Un faisceau de rayons X traverse différentes couches de tissus : les tissus mous absorbent peu, l'os absorbe beaucoup plus, ce qui donne son contraste à l'image sur le film. Réglez la tension du tube, l'épaisseur et le type de tissu pour voir comment la loi d'absorption I = I₀·e^(−µx) détermine la qualité de l'image, et pourquoi la dose reçue par le patient doit être soigneusement pesée. L'écran Spectre des rayons X montre le spectre continu, sa longueur d'onde minimale λmin = hc/(eU) et les raies caractéristiques Kα et Kβ de l'anode ; relevez λmin en fonction de U pour trouver la constante de Planck. L'écran Scanner (TDM) prend de nombreuses projections d'une coupe de l'abdomen et la reconstruit par rétroprojection filtrée, avec les nombres CT (UH), le produit de contraste et la dose.

Leçon : Applications de la physique au diagnostic médical

Ce qu’elle montre

Les rayons X sont atténués exponentiellement dans la matière, I = I₀·e^(−µx) ; l'os a un µ plus grand que les tissus mous, d'où le contraste de la radiographie, et des rayons plus durs (plus de kV) pénètrent mieux mais donnent moins de contraste. L'écran Spectre des rayons X montre le spectre continu de freinage, qui s'arrête à λmin = hc/(eU), et les raies Kα et Kβ de l'anode dès que eU dépasse l'énergie de la couche K. L'écran Scanner reconstruit une coupe de l'abdomen à partir de projections prises sous de nombreux angles, avec les nombres CT, le produit de contraste et le compromis entre dose et bruit.

Mode d’emploi

Dans Absorption, déplacez Épaisseur, Tension du tube et Part d'os et comparez le contraste et la dose relative. Dans Spectre des rayons X, changez Tension du tube U, Anode (cible), Courant du tube et Filtre en aluminium, cliquez sur Enregistrer à plusieurs tensions et utilisez le graphique de λmin en fonction de 1/U pour trouver h. Dans Scanner, cliquez sur Scanner, diminuez le Nombre de projections, décochez Filtrer avant la rétroprojection, cochez Produit de contraste injecté et touchez l'image pour lire les nombres CT.

Paramètres modifiables

  • Tension du tube 40–140 kV
  • Épaisseur de la partie du corps 2–30 cm
  • Proportion d'os sur le trajet 0–60 %
  • Écran Absorption, Spectre des rayons X, Scanner (TDM)
  • Tension du tube (spectre) 10–150 kV
  • Matériau de l'anode Tungstène, Molybdène, Cuivre
  • Courant du tube 1–10 mA
  • Épaisseur du filtre en aluminium 0–5 mm
  • Axe horizontal du spectre Longueur d'onde, Énergie du photon
  • Projections du scanner 1–180
  • Dose du scanner Faible, Standard, Élevée
  • Filtre de reconstruction du scanner
  • Produit de contraste

Questions à explorer

  1. Pourquoi l'os paraît-il plus clair que les tissus mous sur l'image radiographique ?
  2. Pourquoi augmenter la tension du tube raccourcit-il λmin sans déplacer la raie Kα ?
  3. Pourquoi une image de scanner faite avec peu de projections présente-t-elle des stries, et que change le filtre ?

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