bases physiques de la radiologie aux rayons x
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LE SCANNER MEDICAL DR ABDOULAYE TAYE UNIVERSITE ALIOUNE DIOP DE BAMBEY PRESENTATION AU SEMINAIRE DU JEUDI 15 AVIL 2014 À l‘hopital Abass NDAO PLAN GENERAL • OBJECTIFS • INTRODUCTION • NATURE, PRORIETES ET PRODUCTION DES RAYONS X • CONSTITUTION ET FONCTIONNEMENT D’UN TUBE A RAYON X • FORMATION DE L’IMAGE • LE SCANNER MEDICAL • PARAMETRES D’ACQUISITION ET DE RECONSTRUCTION INTRODUCTION La tomodensitométrie X (TDM) ou scanographie, appelée « Computerized Tomography » par les Anglo-Saxons, est une méthode de diagnostic radiologique tomographique, permettant d'obtenir des coupes transversales, reconstruites à partir de la mesure du coefficient d'atténuation du faisceau de rayons X dans le volume étudié. La tomodensitométrie a connu un essor considérable, justifié par son intérêt diagnostique et l'amélioration continue de ses performances techniques. Elle représente l'une des applications les plus réussies et les plus fécondes de l'application de l'informatique à la médecine et à l'imagerie médicale. Le scanner utilise le même principe que la radiologie normale sauf que dans ce cas, le tube a rayons X tourne rapidement autour du patient couché, permettant ainsi une découpe précise de l'endroit du corps à observer. Le scanner permet d'observer l'ensemble du corps en trois dimensions. La technique du scanner permet l’exploitation précise de nombreux organes. L’avantage de cette technique par rapport à la radiologie classique est l’obtention, grâce à sa sensibilité, de résultats, coupe par coupe, des éléments jusqu’alors confondus sur les clichés radiographiques standards. En effet, en radiologie classique, le faisceau de rayons X projette sur une plaque radiographique les ombres des organes traversés en les confondant. Les zones entourées par des tissus plus denses (comme les os) ne sont donc pas visibles. INTRODUCTION Le scanner X pallie cet inconvénient : il permet de visualiser tous les éléments profonds de l’organisme. Son principe est en effet de choisir un plan de coupe et d’effectuer de multiples projections sous différents angles afin de connaître le coefficient d’atténuation en chaque point du plan. Le procédé est du à Bocage (1920) et la première tomographie a été réalisée par Chamberlain (1935). L’objectif de ce cours est de comprendre la constitution et le fonctionnement de l’appareil scanner. Après un rappel sur le principe de formation de l'image et les flous qui la détériorent dans le chapitre 3, les différents éléments constitutifs de la chaîne d'acquisition de l'image en scannographie sont décrits dans cette partie en insistant brièvement sur le principe de mesure et de calcul mathématique et le système de détection qui est en constante évolution. Dans la suite seront abordés les paramètres d'acquisition et de reconstruction de l'image en soulignant les différences entre acquisition monocoupe et multicoupe. Enfin, l'analyse des paramètres gouvernant la qualité d'image permet de démontrer les progrès importants obtenus notamment en termes de résolution spatiale et temporelle. BASES PHYSIQUES DE LA TOMODENSITOMETRIE La tomodensitométrie fondamentaux : repose sur deux principes 1° On mesure la densité de tissus traversés par un faisceau de RX à partir du calcul du coefficient d'atténuation. Si le faisceau de RX, à la sortie du tube, est rendu monochromatique ou quasi-monochromatique par une filtration appropriée, on peut calculer le coefficient d'atténuation correspondant au volume de tissu irradié, par application de la formule générale d'absorption des rayons X dans la matière. I : intensité du faisceau de RX après traversée d'une épaisseur x de matière, Io : intensité initiale du faisceau de RX, x : épaisseur de matériau traversé µ : coefficient d'absorption linéaire du matériau traversé (exprimé en cm-1) BASES PHYSIQUES DE LA TOMODENSITOMETRIE Hounsfield a choisi une échelle qui affecte aux quatre densités fondamentales les valeurs suivantes : Air = -1000 Graisse = - 60 à - 120 Eau = 0 Os = + 1000. Ainsi, on définit l'indice Hounsfield (IH) par la formule mathématique suivante: BASES PHYSIQUES DE LA TOMODENSITOMETRIE 2° L'image de la coupe d'un objet irradié par un faisceau fin de RX, est reconstituée à partir d'un grand nombre de mesures du coefficient d'atténuation, effectuées selon diverses incidences. On recueille ainsi toutes les données, qui proviennent des volumes élémentaires de matière, grâce aux détecteurs. A l'aide d'un calculateur, on attribue aux surfaces élémentaires de l'image reconstruite à partir des données projetées sur une matrice de reconstruction, une tonalité plus ou moins importante en fonction des coefficients d'atténuation. BASES PHYSIQUES DE LA TOMODENSITOMETRIE Le scanner X, étudie l'atténuation d'un faisceau de rayons X, au cours de la traversée d'un segment du corps. Toutefois, plusieurs éléments le différencient de la radiologie classique : L'étude de l'atténuation se fait sur un faisceau de rayons X étroit, défini par une collimation portant à la fois sur le faisceau et le détecteur de rayons X. Les détecteurs étaient faits de cristaux à scintillation ou de chambres d'ionisation permettant de quantifier l'atténuation du faisceau de RX. Actuellement, les détecteurs à semi-conducteurs ont pris le dessus dans la technologie des détecteurs des scanners hélicoïdaux, donnant une bien meilleure réponse : Plus de 90% de l'information est restituée pour des détecteurs à semi-conducteurs Et un rendement de 50 à 90 % pour les détecteurs à gaz (chambre d'ionisation au Xe). BASES PHYSIQUES DE LA TOMODENSITOMETRIE • Quelque soit le détecteur, la sensibilité est considérablement plus grande que celle des films radiologiques. L'ensemble générateur et détecteurs de rayons X est solidarisé par un montage mécanique rigide qui définit un plan de détection. L'objet à étudier est placé dans le faisceau, le dispositif fournit une mesure de l'atténuation du rayonnement dans ce plan. A l'aide des détecteurs, on obtient une série de mesures de l'atténuation résultant de la traversée d'une tranche du corps. Une seule de ces projections (ensemble des signaux électriques fourni par la totalité des détecteurs pour un angle de rotation donné) ne suffit pas à reconstituer la structure de la coupe. Un mouvement de rotation de l'ensemble autour du grand axe de l'objet examiné, permet alors d'enregistrer des profils résultants de la traversée de la même coupe suivant différentes directions. L'utilisation de méthodes mathématiques complexes nécessitant l'emploi d'ordinateurs conduit, par « rétro projection » sur une matrice de reconstruction des différents profils, à construire l'image de la distribution des coefficients d'atténuation au niveau de la section examinée. • La matrice des scanographes récents varie entre 320*320 et 512*512, ce qui représente un grand nombre de mesures et une bonne définition de l'image scannographique (le pixel est la surface de la base du voxel, qui est très inférieur à 1 mm², ses côtés mesurent 0.2 mm avec les matrices 512*512). Quant à l'épaisseur de coupe, hauteur du voxel, elle varie actuellement entre 1 et 10 mm selon les appareils et les régions à explorer. BASES PHYSIQUES DE LA TOMODENSITOMETRIE En fonction des chiffres périphériques d'absorption (Figure 1.3. a), l'ordinateur calcule les différentes densités rencontrées par le rayonnement dans chaque unité de volume (Voxel), la projection étant le pixel, (Figure 1.3. b). PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Le patient est placé sur une table qui se déplace dans le sens longitudinal à l’intérieur d’un court anneau (généralement aux alentours de 70 centimètres de diamètre). PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Celui-ci contient un tube à rayons X qui génère un faisceau d’une épaisseur de 1 à 10 millimètres et qui va tourner autour du patient. En face du tube sont disposés des milliers de détecteurs qui vont mesurer l’intensité résiduelle du faisceau qui a traversé le corps. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Dans un scanographe, un premier détecteur électronique (le capteur Co du schéma ci-contre) mesure l’intensité du fin pinceau de rayons X émis par le tube à rayons X avant qu’il ne balaie point par point la tranche du corps à examiner. Pour explorer cette coupe, le tube effectue une rotation complète degré par degré. Une partie du rayonnement incident (celui qui entre en contact avec le corps) est absorbé par les tissus traversés. Le rayonnement émergent (celui qui ressort) est capté par un détecteur électronique (le capteur C1 quand la source est en S1) qui tourne en même temps que le tube (de façon synchrone). Quand la source est en S2, le capteur est en C2, etc. Au cours de la rotation, rayons X incidents et rayons X émergents captés sont comparés et convertis en signaux électriques. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Le scanner utilise l’absorption des rayons X en relation directe avec la densité des tissus que les rayons ont rencontrés. Un peu plus de 2 millions de données sont enregistrés en quelques secondes par l’ordinateur. Le programme de celui-ci permet de calculer l’absorption du rayonnement en chaque point de la coupe. Les résultats sont alors mis en mémoire. Un traitement informatique complexe permet ensuite de faire apparaître sur l’écran l’image reconstituée d’une coupe axiale de 1 à 10 millimètres d’épaisseur. Cette image traduit les variations d’absorption des tissus traversés auxquelles sont associées des variations de nuances (noir, gris, blanc) ou des couleurs conventionnelles. L’image est modélisée par une matrice. LA CHAINE SCANNOGRAPHIQUE LA CHAINE SCANNOGRAPHIQUE La chaine scannographique comporte : un système d’acquisitions de mesures ou de données - Un tube de rayons X produit le pinceau de rayons X qui se propage selon un axe dit “axe de détection”. Des détecteurs électroniques recueillent le rayonnement résiduel après traversée de l’organe à explorer et, par comparaison avec un rayonnement témoin, mesurent l’atténuation des rayons X dans l’axe du pinceau. Les détecteurs convertissent les signaux des rayons X en signaux électriques eux-mêmes convertis en informations numériques exploitables par les programmes de l’ordinateur. LA CHAINE SCANNOGRAPHIQUE Un signal recueilli selon un seul angle ne peut à lui seul donner une information suffisante. Mais, en tournant simultanément la source de rayons X et le détecteur autour d’un “point” (en réalité un petit volume), l’ensemble des signaux reçus renseigne sur l’absorption autour de ce point : une rotation de 360 degrés, degré par degré, donne 300 à 400 mesures. A chaque mesure correspond un profil d’absorption des rayons X. Il est possible actuellement de convertir numériquement des millions de profils avec une durée d’acquisition des mesures variant de 0,6 à 4 ou 6 secondes ! L'acquisition des données se fait grâce à un tube à rayons X couplé à un ensemble de détecteurs, disposés en arc de cercle ou en éventail (fan Beam). L'ensemble tube/détecteurs est solidaire et animé d'un mouvement synchrone, circulaire, dans le même sens, selon un plan perpendiculaire à l'objet examiné. Pendant l'acquisition, les séquences suivantes s'opèrent : Le faisceau émis par le tube à RX, irradie plusieurs détecteurs et permet de faire de multiples mesures de densité sur différents axes. On obtient ainsi un « profil de densité » selon un angle de projection α (Figure 2.2). LA CHAINE SCANNOGRAPHIQUE Lorsque le faisceau de RX tourne autour de l'objet, on obtient une grande quantité de mesures et de projections dans le plan de référence avec différents angles de projections α (voir figure 2.2). Le nombre de projections effectué, dépend de la géométrie du système et en particulier de la largeur du faisceau. Pour chaque valeur angulaire α, on obtient un profil de densité P. La sommation de tous ces profils de densité obtenus pour ces différentes valeurs angulaires, s'appelle un « sinogramme » (Figure 2.3) ou modélisation du faisceau par rotation. LA CHAINE SCANNOGRAPHIQUE Un système de traitement du signal et de l’image En imagerie médicale, la coupe à représenter étant toujours une tranche mince, un voxel est un petit élément de volume de celle-ci). La durée de la reconstitution de l’image varie de 3 à 8 secondes. On notera que l’ordinateur peut commander aussi le tube de rayons X et l’étalonnage des récepteurs. Il peut archiver sur disque optique toutes les données et stocker des informations concernant le patient. Le rayonnement X reçu par les détecteurs, est transformé en courant électrique. Cette conversion aboutit à un signal qui va être amplifié et numérisé. La numérisation consiste à transformer le signal de type analogique en données chiffrées qu'un ordinateur peut classer, stocker dans une matrice de reconstruction et traiter ensuite. Les signaux électriques sont convertis en nombres binaires : 101 10101, 11001111, etc. L’ordinateur utilisé est programmé pour “digérer ” ces millions de données numériques et traduire en image par des niveaux de gris les différences d’atténuation des rayons X dans les divers volumes élémentaires de l’organe examiné, ses voxels (le mot “voxel” vient de l’anglais “volume element” c’est-à-dire “élément de volume”. Le traitement proprement dit du signal, comporte en fait en une reconstruction de l'image à partir des données recueillies par le système d'acquisition. On sait, depuis les travaux des mathématiciens, reconstituer un objet à partir de ses projections sur un plan de référence. LA CHAINE SCANNOGRAPHIQUE Les projections sont des données brutes converties en valeurs numériques échantillonnées avec une adresse spatiale. On effectue pour ces projection deux opérations : 1) Une « Rétro-projection » ou épandage : c'est le temps de reconstruction, consistant à projeter les valeurs numériques obtenues sur le plan image, en leur attribuant des cordonnées spatiales correspondantes à celles qu'elles avaient dans le plan de coupe examiné. 2) Une « déconvolution » ou filtrage : améliore la qualité d'image de l'objet reconstruit, pour le rapprocher du modèle initial. Ces opérations mathématiques nécessitent des moyens de calcul puissants qui ne peuvent être obtenus que par des ordinateurs. La reconstruction proprement dite s'effectue par une méthode algébrique (calcul matriciel) ou par la méthode de la transformée de Radon ou de Fourier. a) Méthode de la transformée de Radon. La mesure de l'intensité du faisceau de rayons X, dépend de l'atténuation le long de l'axe de propagation et est indépendante des changements spectraux. Elle est donc donnée par la formule suivante : LA CHAINE SCANNOGRAPHIQUE Io est l'intensité du faisceau sans l'objet y' est la distance sur l'axe du faisceau. En linéarisant l'équation 1 ci-dessus, on obtient les données suivantes : Pour un objet µ(x,y) vu sous un angle q, par un faisceau étroit de RX, selon la direction x' à la distance t de l'axe Ox', direction de propagation du faisceau, t est exprimé par : t = x cosq + y sinq . La deuxième équation est résolue pour déterminer la fonction µ(x,y), sa résolution se fait analytiquement en utilisant sur les machines CT la rétro projection filtrée. La transformée de Radon a permis en 1917 de résoudre ce genre d'équation. Actuellement, on utilise des méthodes de convolution pour retrouver µ(x,y). La reconstruction s'effectue en deux temps : LA CHAINE SCANNOGRAPHIQUE Une première convolution des projections avec un Kernel g Une rétro projection pour obtenir l'image. On a donc l'équation de convolution de g par P(t, q) : est rétro-projeté pour obtenir la distribution spatiale des coefficients linéaires d'atténuations µ(x,y). b) Méthode de la transformée de Fourier. L'idée est une reconstruction 2D de la transformée de Fourrier de l'image sous forme de projection, suivie d'un filtrage et de la transformée inverse pour obtenir l'image finale. Une méthode utilisant la transformée de Fourier 1D, a été mise en place. Elle consiste en une transformation de chaque projection, suivie d'une reconstruction ou rétro-projection dans le domaine fréquentiel, puis d'un filtrage et de la transformée inverse pour obtenir l'image voulue. LA CHAINE SCANNOGRAPHIQUE Un système de visualisation de l’image Chaque donnée numérique va être convertie, sur un écran d’ordinateur (un moniteur) en un point lumineux dont l’intensité (blanc, gris, noir) est proportionnelle à l’absorption des rayons X. On obtient alors une image écran classique. En scanographie, 10 millions d’images sont à effectuer pour produire une seule image. Seul un ordinateur ultra- puissant peut les réaliser. L’opérateur peut intervenir sur le type de calculs programmés et ainsi choisir une fenêtre de visualisation (un zoom), mesurer des densités et des distances, examiner la coupe transversale sous différents angles (une inclinaison de 25 à 30 degrés est possible), reconstituer une image en 3 dimensions, … La 3D permet une vue de “l’objet” sous différents angles, ce qui facilitent notamment l’étude de fractures d’os courts et compacts. Elle permet, par exemple, d’obtenir des vues “éclatées” de l’os du talon fracturé en plus de trois fragments. Le chirurgien dispose ainsi d’une bien meilleure approche du travail qu’il doit accomplir… Les images sont présentées sur l'écran vidéo de la console. La matrice de présentation peut être équivalente à la matrice de reconstruction ou présenter un plus grand nombre d'éléments image ( jusqu'à 1024 X 1024 pixels). LA CHAINE SCANNOGRAPHIQUE Fenêtre et niveaux Les images comportent des niveaux de gris qui traduisent les coefficients Hounsfield. Compte tenu de la dynamique propre des appareils vidéo et des performances de l'oeil humain, il est nécessaire de se limiter à l'étude d'une fraction des densités qui peuvent s'étaler sur une large échelle de -1000 à +1000. Le scanner permet de projeter une fraction de l'échelle de densité sur toute l'échelle de gris de l'écran vidéo grâce à la fonction de fenêtrage (redistribution des niveaux de gris). On appelle fenêtre la plage de densité étudiée. On la caractérise par sa largeur d'ouverture (L) et son niveau (N). Par exemple : Pour les tissus mous : N=40 à 50 et L = -50 à +50. Dans l'exemple, on fait glisser la fenêtre de largeur 30 (20-50) sur l'ensemble des valeurs de Hounsfield pour pouvoir analyser ou voir des zones de densité différentes proches. D'autres traitements d'image sont possibles tels que : la reproduction des images, la filtration, la reconstruction, l'agrandissement simple, les fonctions de mesure de longueur, de volume, de surface et surtout de densité. La filtration est très importante lors de la reconstruction de l'image en TDM, on utilise des filtres de convolution ou d’interpolation, qui sont des programmes de calcul, pour améliorer l'aspect final de l'image. Il existe des filtres de densité, un filtre spatial, un filtre standard servant à atténuer les hautes fréquences de l'image. PRINCIPE DE MESURE ET DE CALCUL MATHEMATIQUE LA CHAINE SCANNOGRAPHIQUE Un système de commande Le contrôle des mesures, de l’acquisition des images et de leur traitement est assuré par un système de commandes. LES RISQUES DE L’EXPOSITION Les risques à l’examen Des rayons X : Ils sont sans danger du fait des très faibles doses utilisées. Des précautions seront prises chez les femmes enceintes. Du produit de contraste : Une réaction allergique peut se produire, mais reste exceptionnelle. Si vous êtes allergique à l'iode, des comprimés donnés la veille et le jour de l'examen limiteront la réaction. Ci-contre: les organes plus ou moins sensibles aux rayons X. Bleue = faible sensibilité rouge = sensibilité moyenne jaune = forte sensibilité HISTORIQUE: EVOLUTIONS TECHNOLOGIQUES La tomodensitométrie a bénéficié, depuis sa mise au point en 1971, de nombreuses améliorations parmi lesquelles deux évolutions technologiques majeures : l'acquisition hélicoïdale en 1989 puis l'acquisition multicoupe en 1998. Plusieurs variétés de géométrie de scanner ont été produites, pour acquérir les données de transmission des rayons X nécessaires à la reconstruction de l'image en CT. Certaines géométries ont été nommées « génération » de CT scanner et ce label est très pratique dans la différentiation des modèles de scanner. Il existe 4 générations de modèles de scanner : 1ere et 2ieme Génération : Translation-rotation du tube et des détecteurs autour de l'objet étudié (La première génération ne comportait que 2 détecteurs séparés permettant d'obtenir 2 coupes simultanément avec un temps d'acquisition de plusieurs minutes) HISTORIQUE: EVOLUTIONS TECHNOLOGIQUES C'était la technique initialement utilisée, où le tube de rayons X était solidaire avec les détecteurs. Le mouvement des scanners de géométrie de deuxième génération est décrit sur la figure 1.4. Une rotation d'angle θ de l'ensemble est égale à l'angle d'ouverture du mince faisceau de rayons X, suivie d'une translation linéaire de la source et de la barrette de détecteurs en travers de l'objet étudié. Le nombre de translations-rotations est égal à 180°/θ. Par exemple, si l'angle d'ouverture du faisceau est de 10° et combiné à un nombre suffisant de détecteur pour absorber les rayons X émergents, seules 18 translations-rotations sont nécessaires pour obtenir des données adéquates pour la reconstruction de l'image. Les derniers scanners de 2ieme génération ont des temps d'acquisition de 10 à 20 secondes. Le handicap de la 2ieme génération est du au fait qu'il a un temps d'acquisition très long et est plus utilisé pour l'imagerie des parties du corps que pour celle de la tête. HISTORIQUE: EVOLUTIONS TECHNOLOGIQUES 3ieme Génération (plus nombreux actuellement) : Le tube et les détecteurs effectuent un mouvement de rotation autour de l'objet. Du fait que cette technologie possède une couronne de détecteurs face au tube de RX, elle permet d'obtenir la coupe en une dizaines de secondes. C'est un système à rotation unique (géométrie à Rotation-Rotation). La figure 1.5 montre ce modèle de scanner avec un faisceau de rayons X ouvert, englobant entièrement le corps du patient pendant l'intervalle d'acquisition, pour limiter les artefacts. Le faisceau de rayons X est absorbé par la rangée de détecteurs en arc de cercle et en rotation avec lui. Les anciennes machines de 3ieme génération avaient à peu près 300 détecteurs mais actuellement on dépasse les 1000 détecteurs avec une ouverture angulaire de l'ordre de 50° sur les scanners Philips. HISTORIQUE: EVOLUTIONS TECHNOLOGIQUES Dans cette configuration, les détecteurs voient la source de rayons X toujours sous la même incidence à travers l'objet. Une grille concentre le faisceau de RX en sortie du patient pour réduire le rayonnement diffusé dans les détecteurs, qui ne peuvent pas être calibrés pendant l'examen et doivent avoir une grande sensibilité, ce qui explique le lent développement des machines de 3ieme génération. En comparaison avec la seconde génération, la troisième génération réduit le temps d'acquisition par un facteur deux. Les temps d'acquisition des machines de troisième génération sont de l'ordre de la seconde et même sub-seconde (ex : scan Time de 0.7 s). Pour optimiser l'acquisition et augmenter la résolution spatiale, seulement ¼ des détecteurs de chaque côté du détecteur central est utilisé. 4ieme Génération: Le scanner Hélicoïdal La couronne de détecteurs est fixe et seul le tube tourne autour de l'objet. Le mouvement des scanners de la quatrième génération est représenté en figure 1.6. Seul le tube de rayons X tourne autour de l'objet examiné et il est plus près de l'objet que les détecteurs lors sa rotation. Cette génération est aussi appelée, scanner à géométrie courte car l'ouverture du faisceau est beaucoup plus importante pour couvrir tout l'objet examiné. HISTORIQUE: EVOLUTIONS TECHNOLOGIQUES Le nombre de profils obtenu est limité par le nombre de détecteurs entourant le patient. Dans ce système de détection, une partie du faisceau est utilisée pour calibrer les détecteurs, l'autre pour la formation de l'image. Du fait que le tube est plus près de l'objet, la résolution spatiale est relativement dégradée. 2000 à 4800 détecteurs sont nécessaires pour disposer d'un appareil possédant de bonnes performances. Les scanners classiques à rotation séquentielle ont été longuement utilisés pour l'exploration du corps humain. Avec les progrès technologiques et les recherches effectuées dans le domaine de l'informatique, de l'imagerie et de l'électronique, l'ensemble des constructeurs s'orientent vers une nouvelle génération de machine : Le scanner hélicoïdal ou encore appelé le scanner à rotation continue. HISTORIQUE: EVOLUTIONS TECHNOLOGIQUES Le scanner hélicoïdal est caractérisé par la rotation continue du tube autour d'un lit d'examen se déplaçant à vitesse constante durant l'acquisition. Le tube à rayons X réalise ainsi un déplacement en hélice, décrivant un cylindre, si on se place dans un repère lié à la table. Les avantages de cette acquisition hélicoïdale volumique sont multiples et en particulier en ce qui concerne l'étude vasculaire en diagnostic. De nombreuses explorations vasculaires permettent l'analyse des artères et des veines, avec une précision plus ou moins importante, de façon plus ou moins invasive et avec un coût plus ou moins grand. L'angioscanner hélicoïdal des vaisseaux est une méthode d'analyse vasculaire très fiable, non invasive, rapide et à moindre coût, qui tend à remplacer les techniques invasives. Principes physiques du scanner hélicoïdal Le balayage hélicoïdal en scanner est permis par deux opérations : •La première est représentée par la rotation continue d'un tube à rayons X. Elle est étroitement couplée à un système de détecteurs répartis en couronne autour du lit où repose le patient. •La seconde par la progression à vitesse constante du lit. Ainsi ce balayage nous permet d'accéder très rapidement l'acquisition d'informations concernant un volume, puis aux différents traitements secondaires de ces mêmes informations. HISTORIQUE: EVOLUTIONS TECHNOLOGIQUES Au lieu de calculer pour chaque rotation, à partir des données brutes, une image comme en géométrie planaire, les images sont reconstruites par interpolation entre deux projections correspondantes, obtenues avec la même position angulaire sur deux rotations consécutives. Ces deux projections permettent de reconstruire des coupes à n'importe quel niveau le long de l'axe de déplacement longitudinal du lit d'examen. Les données brutes acquises constituent une représentation fidèle du volume balayé. Les données de projections, obtenues à partir d'un niveau de coupe spécifique, subissent la rétroprojection filtrée. Le nombre d'images, la taille du champ de visualisation, la position de l'image sur l'axe Z et l'axe de déplacement du lit sont choisis de façon rétrospective, par l'utilisateur pour un volume balayé donné. Du fait de la rotation continue du tube à rayons X, celle-ci peut prendre différentes vitesses de rotation. Elle peut prendre les valeurs comprises entre 0.6 s et 4 s par tour. Ainsi cette rapidité de rotation permet une acquisition hélicoïdale plus rapide, de l'ordre de 30 secondes, permettant en particulier son utilisation en pédiatrie. Le scanner hélicoïdal permet de faire l'imagerie des parties du corps, qui sont en mouvement perpétuel comme les pics artériels, les retours veineux ou les temps d'équilibre. Cette imagerie est rarement possible sur un scanner planaire, car les mouvements involontaires du patient introduisent du flou dans l'image. HISTORIQUE: EVOLUTIONS TECHNOLOGIQUES Aussi, un autre avantage de ces scanners hélicoïdaux, c'est la parfaite continuité des différentes coupes transversales, du volume balayé. Le traitement secondaire des informations acquises, permet de faire des reconstructions, 2D multiplanaires (MPR Multiplanar Reconstruction), 3D surfacique, 3D volumique, MIP (Maximum Intensity Projection) ou bien encore de l'endoscopie virtuelle d'excellente qualité. Pour une même longueur de déplacement de table, le volume irradié est plus important en hélicoïdal, qu'en imagerie séquentielle. La dose attribuée n'est pas forcement plus importante dans le cas du scanner hélicoïdal. Le mouvement continu, de l'ensemble tube, détecteurs et table, a permis aux constructeurs d'optimisé la dose reçue par le patient au cours de l'examen. CONCLUSION L’objectif de ce chapitre a été une compréhension détaillée de l’utilisation de l’appareil médical qu’est le scanner pour obtenir des images qui permettent au corps médical d’explorer les différentes parties internes du corps humain à la recherche d’anomalies ou de maladies qui étaient invisibles jadis. Ainsi, un discernement particulier a été porté sur le principe du fonctionnement, de mesure et calcul de cet appareil et des détecteurs électroniques. Les principaux facteurs de qualité de l’image en coupe obtenue en scanner sont la résolution spatiale, la résolution en contraste et la résolution temporelle. Certains artefacts peuvent cependant dégrader la qualité de l’image qui est indissociable de la dose délivrée donc de l’irradiation. Toutefois, il est à noter que malgré les avantages de l’utilisation de cet appareil qui sont impressionnants, celui-ci présente des risques de danger sur le corps humains si ce dernier est exposé plusieurs fois aux rayons X de cet appareil.
