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Introduction
Depuis la découverte des rayons X en 1895 par M.Röntgen, la tomographie conventionnelle
a connu de nombreuses évolutions avant de donner naissance au scanner. Comment
comprendre le formidable engouement généré par le scanner au congrès de Madrid en 1972,
quand on considère que pour obtenir quelques coupes de cerveau de très pauvre résolution
spatiale, il fallait plusieurs minutes pour acquérir une image et autant de minutes pour la
reconstruire. La résolution en densité semblait être alors le seul intérêt de cette technologie et
la neuroradiologie de l'encéphale son seul champ de bataille.
Un simple regard sur le dernier quart de siècle écoulé permet de mesurer le chemin parcouru
et de se rendre compte que la technologie utilisée en imagerie médicale permet d'offrir en
routine un niveau de performances qui était tout simplement inimaginable ou tout du moins
paraissait inaccessible, dans les années 70. C'est au cours de cette décennie que sont apparues
ou que se sont affirmées toutes les techniques majeures d'aujourd'hui. En ce début de
millénaire, le scanner est au cœur de l'actualité technologique. Le développement des
détecteurs multi-coupes, associé à l'acquisition sub-seconde et à la visualisation temps réel, lui
ouvrent des perspectives insoupçonnées
En effet les apparitions de nouvelles technologies comme le tube à anode tournante et les
idées de Godfrey Hounsfield ont aboutie à une nouvelle technique d’imagerie clinique. Nous
allons donc étudier ce principe, puis détailler les évolutions des différentes générations de
tomodensitomètre, en terminant plus particulièrement par l’analyse du dernier scanner multicoupes sub-seconde.
1
I-Principe
Lorsque l’on expose des tissus biologiques aux rayons X, ces derniers sont atténués suivant
une fonction exponentielle tenant compte de l’absorption photoélectrique et de la diffusion
par effet Compton. Si I0 est le flux incident de rayons X dans un milieu hétérogène de
coefficient d’atténuation (x), et I le flux sortant des tissus, nous avons la relation suivante :
I=I0exp(-(x)dx)
Le tomodensitomètre qui s’appelle aussi le scanner X, est basé sur la mesure des différents
coefficients d’absorption des tissus traversés par un faisceau de rayons X. Chaque tissus a son
coefficient d’absorption propre qui dépend de la densité du tissus et de l’énergie du faisceau
le traversant. Si on associe une échelle de niveau de gris à ce coefficient, on peut obtenir en
utilisant des algorithmes de rétro projections une image scanner, correspondant à l’image
d’une coupe transversale du corps étudié.
La valeur de la densité radiologique, proche des coefficients linéaire d’atténuation, est
calculée et convertie en unité Hounsfield selon une échelle de 4000 niveaux allant de –1000 à
+3000. Pour les rayons X la relation qui permet de convertir les coefficients en unité
Hounsfield est :
matériau-eau
Hounsfield=
x 1000
eau
En unité Hounsfield les coefficients les plus courants sont
Os cortical
Os médullaire
Muscle
Graisse
Air
+300 à +3000
+180 à +250
+55à +60
+30 à +55
-1000
La technique de reconstruction d’une image est basée sur l’acquisition de projection sous
différents angles. A partir de ces projections on récupère les informations contenues sur une
même ligne nécessaire à la reconstruction d’une coupe. Si on les regroupe les unes à la suite
des autres, on obtient un sinogramme qui permettra de reconstruire une image de coupe.
L’obtention de la coupe peut se faire par rétro projection filtrée :
-
Pour chaque angle d’incidence, un point que l’on veut calculer est projeté et provoque
un impact sur le détecteur ( acquisition de projection )
-
Un impact sur le détecteur est susceptible de contenir l’information d’une ligne de
points de la coupe ( rétroprojection )
-
On supprime la ligne de point et on ne conserve que le point contenant l’information
(filtrage)
2
-
filtrage
projection
rétro projection
Schéma du principe de la rétro projection filtrée
A partir de là, nous allons présenter les évolutions des différents appareils suivant ce
principe, qui ont abouti à l’obtention d’images de diagnostic clinique de plus en plus détaillé
mais aussi de plus en plus rapide.
II-1ère génération
Datant du début des années 70, il est composé d’un tube à rayons X, d’un seul détecteur,
l’ensemble toujours en opposition, de part et d’autre du corps, se déplaçant en translation
et en rotation.
Schéma du principe de la 1ère génération
3
Très rapidement on est passé à un groupe de détecteurs, permettant une meilleure
résolution, la disposition et les degrés de mouvements restant les même.
Schéma de la première génération avec groupe de détecteur
Présentation du tube à rayons X :
Basé sur le principe de l’ampoule, le tube à rayons X est composé d’une cathode, d’une
anode, et d’un filament enfermé dans une enceinte où le vide est maintenu. Lorsque le
filament chauffe sous l’effet de l’intensité traversant la cathode, il émet des électrons qui,
extrêmement attirés par l’anode, vont en la percutant émettre des rayons X. Pour pouvoir se
transformer en photon, l’électron à besoin de recevoir un choc à grande vitesse. C’est
pourquoi on fait tourner l’anode.
Cette rotation ainsi que les multiples chocs des électrons sur l’anode donnent un très grand
dégagement de chaleur, ce qui explique qu’on dise souvent que le rendement d’un tube est de
1%, soit 99% d’énergie calorifique pour 1% de rayons X produits. Le faisceau étant
proportionnel avec la quantité d’électrons, on voit déjà apparaître les premières limitations
techniques ainsi que la difficulté à gérer le compromis dose-chaleur.
En effet il faut éviter d’atteindre la capacité thermique maximale du tube qui entraînerait sa
fusion ; on remarque qu’au plus on désirera une dose de rayons élevée, au plus il faudra
augmenter l’énergie d’alimentation du scanner, et au plus la chaleur dissipée sera importante.
D’autre part, l’alimentation d’entrée demande une forte puissance.
Schéma de fonctionnement d’un tube à rayons X
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Présentation du détecteur :
Les propriétés du xénon sont à la base du détecteur. En effet sous l’action des rayons, les
électrons sont excités et produisent un courant électrique. C’est ce signal que l’on
récupère, signaux proportionnels à l’atténuation du corps traversé.
Rayons X
e-
mA
quelques millimètres
Schéma du détecteur au xénon
Ceci a été très vite miniaturisé, puis on a utilisé dans cette même génération un groupe de
détecteurs à la place du détecteur unique. La lecture en a été plus fine. On utilisait entre 16 et
32 détecteurs.
Tous les éléments ( tube, détecteur, moteur pour translations et rotations, alimentations,
système de refroidissement… ) sont montés sur le statif. Ce dernier est le bloc qui entoure
l’enceinte de travail. Il peut pivoter sur un angle de plus ou moins 30° perpendiculaire à la
table où est couché le patient. Ceci permet d’éviter d’irradier les yeux, le nerf optique étant
très sensible aux rayons X, et pouvant rendre aveugle un individu à répétition d’examens.
Le statif
Les signaux issus des détecteurs donneront naissance à une image médicale après traitement
externe sur console.
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III-2ème génération
La deuxième génération est apparue pendant les années 80. C’est une grande évolution,
puisque l’on a obtenu une rotation pendulaire de l’ensemble tube-détecteurs.
Schéma du principe de la 2ème génération
L’amélioration de la résistance du tube à la chaleur, du système de refroidissement, et de la
réduction de la rémanence(1) des détecteurs ont abouties à l’obtention de cette rotation
continue mais limitée à un tour de statif avec l’obligation de repartir dans l’autre sens.
Toutefois ce système permet d’offrir deux coupes par aller retour.
(1) La rémanence est un phénomène qui se trouve sur les détecteurs, et qui est un résidus de
l’excitation des électrons du xénon. Il en résulte un courant résiduel qui peut venir fausser
le signal si on ne laisse pas se dissiper la rémanence.
Les progrès informatiques des logiciels ont permis une diminution du temps d’acquisition,
donc de la dose et du temps d’examen. De plus, on voit l’apparition d’images volumiques
mais aussi du corps entier puisque si l’on conserve la même dose, on peut choisir de diminuer
ou d’augmenter la surface à examiner, ou alors d’obtenir une meilleure résolution, l’un étant
au détriment de l’autre.
Ainsi on peut regarder la différence de résultats obtenus entre les deux premières générations
sur quelques paramètres basiques. En 1970, seul l’examen du crâne était possible, maintenant
le corps entier peut–être examiné. On peut noter une nette amélioration de la convivialité
patient et la résolution de contraste devient acceptable. Le temps d’acquisition par coupe et le
temps de reconstruction passe chacun de quelques minutes à quelques secondes, la résolution
spatiale du centimètre au millimètre.
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Picker a été le premier à commercialiser un scanner dont seul le tube est en rotation, une
couronne de détecteur sur les 360° du statif. Malheureusement le coût du simple détecteur
étendu au tour entier du statif rend le dispositif assez cher. Ce fut la principale cause de sa
disparition au profit des scanners à groupes de détecteurs de la troisième génération.
Schéma du scanner Picker à couronne de détecteurs
Toutefois il restait de nombreuses difficultés technologiques à résoudre. La haute tension
nécessitait toujours d’améliorations, ainsi que le système de refroidissement du tube. La plus
grosse étape restant à franchir était la résolution du problème de l’encombrement des câbles
qui allait alimenter le tube et relever les signaux des détecteurs.
En effet, à cause du mouvement de ces derniers, ces fils avaient tendances à s’enrouler, donc
à forcer et à se déconnecter de l’appareil. C’est cette étape que la troisième génération a réussi
à passer.
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IV-3ème génération
C’est celle qui est actuellement la plus employée. Grâce au brevet déposé par Siemens
concernant la conduction de la haute tension par contact céramique utilisé par la division
ferroviaire, son équipe de recherche et développement biomédical adapta ce procédé à la
rotation continue du scanner, supprimant la contrainte du mouvement pendulaire.
En effet les câbles de branchements du rotatif étaient devenus inutiles. La haute tension et
tous les fils des détecteurs sont amenés au statif. La connexion avec la couronne mobile
(i.e :tube + détecteurs) se fait grâce à des bagues collectrices en céramiques qui sont en appui
sur des pistes conductrices en cuivre recouvrant la paroi externe de la couronne.
céramique
signaux
}
haute tension( 140 kV)
piste conductrice
Schéma principe des contacts
Les avantages de la rotation continue sont multiples. Ils permettent de passer d’acquisition
en mode incrémental ( i.e. succession de coupes transversales avec avancée de la table par
pas) à une acquisition hélicoïdale qui va permettre le déplacement continu de la table mais
surtout qui va donner naissance à des reconstruction volumiques, reconstruction d’un plan
longitudinal dans un plan sagittal. La précision de ces images remarquables apportant de
nombreux détails supplémentaires, ont connus l’engouement de tous les utilisateurs.
Grâce à son brevet, Siemens est resté un petit moment le seul à proposer la rotation continue,
et rapidement compte tenu de l’impact de ces nouvelles images, ses principaux concurrents (
Marconi, Toshiba, General Electric, … ) ne pouvant pas utiliser cette technologie de contact
pour amener la haute tension sur la couronne mobile, ont solutionné le problème d’une autre
manière.
Il faut rappeler que l’échange aussi bien de nature énergétique qu’informative, est le
principal problème des scanners de deuxième génération. En effet le mouvement pendulaire
endommageait les câbles, ce qui nécessitait de nombreuses maintenances. La solution adoptée
est donc de produire la haute tension à l’intérieur du statif, sur la couronne. Connaissant la
manière pour amener de la basse tension avec un système similaire, on a directement fixé le
générateur dans la partie mobile. Pour des raisons de répartition des poids, on remarque que la
tension est fabriquée par deux transformateurs diamétralement opposées.
Les contacts céramiques revenant très cher, Siemens a fini par rejoindre la solution de ses
concurrents, plus économique, mieux protégée contre les interférences et l’oxydation dues au
passage de la haute tension qui pouvait aller jusqu’à produire des arcs électriques. Les
signaux des détecteurs étant de faible intensité, cette solution évitait ces inconvénients, la
basse tension n’impliquant pas autant de contraintes.
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Photo du statif (gauche) et de la couronne mobile (droite) de l’Aquilion de Toshiba
générateur de HT
tube à rayon X
} Basses tensions
signaux
détecteurs
Schéma du scanner à rotation continue
Le tube radiogène
L’amélioration de certains paramètres physiques comme l’augmentation de la capacité
calorifique du foyer, leur mise en mouvement ou encore leur dimension ont donnée de très
bons résultats ainsi que de nombreuses innovations. On peut noter que l’augmentation de la
taille du tube apporte une contrainte technique en plus. Le fait de vouloir obtenir des vitesses
de rotation de plus en plus rapide, compte tenu de son poids et de la force centrifuge ( on
arrive à des vitesses de rotation qui sont passées au dessus de une rotation par seconde ),
donne l’obligation de pouvoir résister à des forces de 13 G. Pour mémoire citons qu’un pilote
de chasse est soumis à cinq G et que personne ne peut affronter indemne 8 G. De plus il y a
risque d’expulsion du tube à rayon X.
Courbe de force centrifuge du tube en fonction de la vitesse
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De la même façon, les détecteurs ont contribué à l’amélioration de ces images.
La troisième génération de détecteurs voit l’abandon de la technologie Xénon au profit de la
technologie solide.
Ce détecteur est composé de cristaux placés dans une chambre d’ionisation. Ces cristaux
recevant des rayons X, les convertissent en une énergie lumineuse qui est proportionnelle à
l’intensité du faisceau reçu. Une photo diode récupère cette intensité lumineuse et la convertie
en signaux électriques. Les avantages de cette technique sont la diminution de la rémanence et
la miniaturisation du détecteur qui a permis l’amélioration de la résolution intrinsèque.
Rayons X
Chambre d’ionisation
Cristaux
Rayons lumineux
Photodiode
Signal électrique
Schéma du détecteur solide
L’optimisation de la distance tube RX - détecteur joue un rôle important dans l’amélioration
des images, surtout dans la résolution volumique, ainsi que la réduction des temps
d’acquisition, et donc l’augmentation des cadences d’examen.
Les générateurs ont aussi eu droit à leurs améliorations. La puissance a été augmentée ( de
50 à 100 kW ) et on voit l’apparition de générateur embarqué haute fréquence qui va modifier
l’échange d’informations et la console de traitement. On utilise des fréquences radio pour
transmettre les signaux de la partie mobile vers le statif.
Photo du générateur de hautes tension sur l’Aquilion de Toshiba
De manière concrète nous assistons à une augmentation considérable de la vitesse de
rotation, les acquisitions volumiques sont plus rapides, d’autant plus que c’est le moment où
apparaît la technique d’acquisition hélicoïdale, on commence même les études
morphologiques en mouvement.
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V-Le scanner multicoupes subseconde
C’est le scanner dernier cris. Il fait encore parti de la troisième génération, ce sont certaines
méthodes qui ont été améliorées.
Comme son nom l’indique, ces scanners sont en mesure d’effectuer une rotation de 360° en
0.5s, l’avantage principal étant de réduire les artefacts de mouvement, de diminuer les temps
d’acquisition et d’accéder à l’imagerie fonctionnelle notamment l’imagerie cardiaque et de
perfusion ( cérébrale, myocardique, rénale… ). L’imagerie subseconde obéit à des contraintes
physiques importantes puisque cette rotation est responsable de contraintes gravitationnelles
élevées ( de l’ordre de 20 g ). Ces contraintes sont augmentées au fur et à mesure des
évolutions puisque les constructeurs ne cessent d’augmenter la taille des anodes ( jusqu’à
trente centimètres de diamètre ), et leur vitesse ( juqu’à 9000 tours par minute ).
Photo du dernier tube Megacool de Toshiba ( version Aquilion )
Le fait d’augmenter la taille de l’anode va lui autoriser d’encaisser plus de chaleur (de
l’ordre de quelques centaines de kilo d’unités calorifiques) et le fait de la dynamiser va lui
permettre une usure plus répartie ainsi que plus d’axes de perspective du corps à examiner.
D’autres techniques comme de relier l’anode à un potentiel positif, au contraire du tube
ordinaire où elle est relié au potentiel 0, engendre une alimentation inférieure au niveau de la
cathode et permet la transformation en photons de certains électrons, qui seraient allés
percuter l’anode pour produire jusqu’à 30% de chaleur inutile. Dans certains cas, on peut
jouer sur la distance anode / gaine. Cette dernière renferme le tube dans une enceinte
hermétiquement close et emplie d’huile
.
Aspect extérieur de la gaine du tube
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Le refroidissement se fait par le renouvellement de cette huile qui est refroidie en circuit
fermé sur le statif par un système d’échangeur de fluide. La diminution de cette distance
optimise sa vitesse de refroidissement. Ainsi on arrive aujourd’hui à atteindre des capacités
calorifiques de 7.5 MUC avec un taux de refroidissement de l’ordre de 1.4kUC.
Schéma de principe du refroidissement
Pour éviter les résistances dommageables, la technologies par courroie s’avère être un
inconvénient et risque d’évoluer au profit d’une technologie qui limite les forces de
frottements. Ce dernier type d’entraînement limite aussi les vibrations au niveau du statif. En
effet G.E. a fait le choix d’un système d’entraînement par courroie ( fig. 1 ) alors que ses
concurrents ont mis au point un véritable moteur puisque le tunnel devient le rotor et le stator
est le statif ( fig. 2 ).
système d’entraînement
par courroie
système d’entraînement
par moteur sur rotatif
fig.1
fig.2
La multidétection
Le marché se départageait jusqu’à récemment entre deux types de machines. Celles à mono
détecteurs qui avait été adoptées par tous les constructeurs sauf un, Marconi (anciennement
Picker-ELSCINT), qui avait choisi le principe de jumeler deux détecteurs dans l’axe des "z"
d’où le nom de Twin.
Les multi détecteurs se déclinent actuellement autour de trois concepts, selon qu’il s’agit de
détecteur symétriques, asymétriques ou mixtes. Les détecteurs symétriques sont proposés par
G.E. Toshiba propose quant à lui un système hybride. La conception de G.E. comprend 16
détecteurs de 1.25 mm chacun dans l’axe des "z". Selon l’ouverture de la collimation
primaire ( i.e. une plaque de plomb qui détermine la largeur du faisceau de travail à partir
d’un faisceau envoyé par le tube : collimation primaire, et une autre plaque qui se trouve juste
au dessus des détecteurs : collimation secondaire) il est possible d’obtenir quatre coupes de
1.25 mm, quatre coupes de 2.5 mm ou quatre coupes de 5 mm.
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La technologie Toshiba est une variante radicalement différente et probablement la plus
évolutive. Elle comprend dans l’axe des "z" quatre détecteurs centraux de 0.5 mm entourée de
32 détecteurs de 1 mm qui permet d’obtenir quatre coupes de 0.5 mm jusqu’à quatre coupes
de 8 mm d’épaisseur.
Les différentes configuration :
SIEMENS/PICKER-ELSCINT en haut à gauche (2x1 ; 2x1.5 ; 2x2.5 ; 2x5mm).
TOSHIBA en bas(4x0.5 ; 32x1mm).
GE en haut à droite (16x1.25mm).
La technologie des concurrents fait appel aux détecteurs anisotropes. Cette technologie,
adoptée par Siemens et Marconi se compose de huit détecteurs ( deux centraux de 1 mm,
entourés par deux de 1.5 mm , deux détecteurs de 2.5 mm et deux de 5 mm ). Ce choix n’est
pas innocent puisqu’il permet une très bonne couverture du faisceau de rayons X y compris en
périphérie. Ce système fait appel à deux collimations, une primaire et une secondaire. Il est
possible d’obtenir deux coupes de 0.5 mm, 4 coupes de 1 mm, quatre coupes de 2.5 mm ou
quatre coupe de 5 mm.
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Schémas de principe de la collimation pour des détecteurs anisotropes
Dans l’immédiat les détecteurs asymétriques ont en théorie une avance en termes de qualité
d’image. En effet le faisceau de rayons X couvre mieux les détecteurs centraux que la
périphérie. L’utilisation de détecteurs périphériques plus larges permet de compenser ce
phénomène.
L’appareil Toshiba offre le plus grand nombre de détecteurs. Il est, comme les appareils
d’autres firmes, pour le nombre de coupes acquises simultanément, limité par les capacités
informatiques de traitement.
Moyennant des développements informatiques probablement très coûteux, le calcul des
données par binômes de détecteurs, voire par détecteurs individuels, permettraient d’obtenir
huit à seize coupes individuelles par rotation du tube au dépend d’une multiplication des
informations à transférer et à traiter. G.E. propose seize détecteurs multiplexés 4x4. Il est
probable que cette technologie soit aussi évolutive dans les années à venir, chaque détecteur
possédant son système de calcul, ce qui à termes aboutirait à seize coupes acquises
simultanément au lieu de quatre.
Le système de multidétection Siemens et Marconi n’est à priori pas évolutif dans l’immédiat
car si les détecteurs asymétriques assurent à l’heure actuelle la meilleure qualité image, ils ne
permettent pas une évolution vers des systèmes de reconstruction individuelles de coupes
d’épaisseur équivalente. Sur les scanners hélicoïdaux mono coupe, lorsque le pitch
(déplacement de la table / l’épaisseur de coupe) nominal est de un, le déplacement de la table
au cours d’une rotation du tube est identique à une épaisseur de coupe. Avec la
multidétection, quatre coupes peuvent être acquises de façon simultanée et donc, le pitch est
quatre fois plus grand que sur un scanner mono coupe.
Cependant la sémantique selon les constructeurs varie ; pour un déplacement de table
identique au volume acquis de coupe, Marconi parle de pitch de 1, les autres fabricants de
pitchs de 4 ( car ils raisonnent à partir d’un détecteur individuel, et non à partir du groupe de 4
chaîne de détection. ). L’acquisition multicoupe permet également une sélection plus large de
l’épaisseur de coupe. Celle-ci est déterminée par la collimation qui détermine l’épaisseur, le
pitch, l’épaisseur du filtre de reconstruction dans la direction longitudinale.
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Différence entre une acquisition hélicoïdale simple et une acquisition multicoupe
avec un pitch supérieur à 1.
L’ amélioration de la résolution temporelle est liée à la réduction du temps d’acquisition, par
conséquence, à la vitesse de rotation du tube. Si cette rotation sur 360° n’est plus que de 0.5s
alors il est possible d’obtenir huit coupes par seconde.
Cela permet d’obtenir deux avantages :
-
un volume exploré jusqu’à huit fois supérieur qu’en scanner hélicoïdal mono coupe à
temps d’acquisition et épaisseurs de coupe égaux ;
-
une résolution temporelle considérablement accrue puisqu’en rotation partielle (180°)
des temps d’acquisition aussi courts que 0.25 s peuvent être obtenus. La
synchronisation cardiaque prospective est possible ; elle permet une imagerie
morphologique cardiaque et des coronaires nettes car elle est acquise en diastole.
L’acquisition hélicoïdale a représenté un progrès considérable dans l’utilisation du scanner,
du fait de l’accès à une acquisition continue des données. Ces capacités ont été générées grâce
à de nouvelles technologies incluant de nouveaux tubes à rayons X, des géométries de tubes
spécifiques, plus courtes, permettant des rotations plus rapides, mais surtout une formidable
évolution dans l’informatique traitant les données, notamment par la possibilité, grâce à des
algorithmes spéciaux, de reconstruire des images axiales à partir d’informations hélicoïdales
donc obliques.
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Informatisation
L’introduction des machines multicoupes a rendu indispensable l’utilisation d’une station de
post traitement pour explorer les quantités considérables d’images produites. Certains
constructeurs ont même mis cette deuxième console dans la configuration de base.
Configuration d’un poste de travail
L’arrivée du subseconde et des détecteurs multicoupes ont remis en question la manière de
traiter les données et ont introduit la notion de gestion des flux de données ( work flow ). En
effet, certaines séquences pouvant fournir plus de 500 images, il est de moins en moins
concevable de les présenter ainsi au praticien.
C’est pourquoi G.E. a développé le concept direct 3D capable d’offrir d’abord une
représentation en 3D volumique des premières données brutes issues de la reconstruction. Le
praticien a tout le loisir ensuite de choisir la zone d’intérêt pour une visualisation coupe par
coupe ou appliquer un post traitement. Cette gestion des flux de données a un enjeux
considérable puisqu’elle vise à ne pas perdre derrière la console le temps que l’on gagne à
l’acquisition. Dans l’application cardiologique, majeure et prometteuse, cela consiste à utiliser
des techniques d’acquisition ou de reconstruction synchronisées sur le complexe QRS.
Dans un premier cas on ne retient que les projections acquises à un moment bien précis du
cycle cardiaque correspondant à la phase diastolique, puis on reconstruit l’image figée du
cœur issue de plusieurs cycles cardiaques : c’est la technique prédictive.
Reconstruction prédictive
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Dans un deuxième cas, on retient toutes les projections acquises, et l’on reconstruit les
images en ne prenant que les projections correspondant a un même cycle cardiaque : c’est la
technique rétrospective. Cette dernière technique permettra à termes d’obtenir plusieurs
images du cœur correspondant à divers cycles cardiaques. C’est certainement la technique qui
exploite le mieux toute la potentialité des dernières technologies en utilisant des
reconstructions partielles sur 180°, des temps de balayages de 250 ms et une acquisition sur
quatre canaux ( soit 8 images par seconde ) afin d’obtenir la meilleure résolution temporelle
possible.
Enfin la réduction ou du moins le contrôle des doses délivrées au patient étant un problème
de plus en plus d’actualité, on voit apparaître dorénavant des outils de gestion des doses
appliquées ( Doseright chez Philips par exemple ), sans oublier l’effort fait sur les interfaces
utilisateurs qui sont de plus en plus intuitif, interactif et convivial. La présence de nombreux
icones facilite la manipulation, l’apprentissage, minimise les procédures de routine et permet
d’enregistrer facilement des protocoles ou l’archivage.
Exemple d’interface utilisateur
Aujourd’hui l’intérêt de l’archivage ainsi que du transfert des informations patients est réel.
Il est nécessaire et devient même un critère d’appréciation présent dans l’esprit des praticiens.
Exemple des compatibilités de communications possibles
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Implantation
Le scanner fait partie d’une « chaîne » et sa productivité est conditionnée par le maillon le
plus faible (brancardage du patient, temps d’installation pour l’examen, temps d’examen,
temps de reconstruction des images, temps d’interprétation…). Il convient de prendre en
compte et d’optimiser dans la mesure du possible tous ces aspects.
Les scanners appartenant aux équipements lourds, ils engendrent d’importantes contraintes
d’installations qui peuvent occasionner des surcoûts à ne pas négliger. En effet le plus petit
paramètre nécessite toute l’attention de l’ingénieur biomédical.
Par exemple, l’alimentation électrique dépend de quatre points : le courant maximum, la
puissance, la résistance maximum de la prise de terre et le type de protection ( équipement
alimenté par un onduleur … ). Il faut réfléchir aux encombrements ( longueur, largeur,
hauteur, déplacement de la table…) comprenant aussi les zones d’accès à la maintenance.
Enfin il est nécessaire de considérer le local avec toutes ses caractéristiques spécifiques
comme la charge au sol ( ponctuelle/répartie),sa spécification (résistance électrique,
planéité,…), ainsi que les conditions de fonctionnement à respecter comme la gamme ou le
gradient de température ou d’hygrométrie.
Bilan du scanner subseconde multicoupes
A l’heure actuelle, la technologie hélicoïdale permet d’acquérir un nombre élevé de coupes
par unité de temps et de couvrir des volumes anatomiques plus grands qu’auparavant. Cette
combinaison d’acquisition plus rapide et de post-traitement plus efficace ( rapidité de
reconstruction, archivage. ) a modifié les pratiques des utilisateurs en associant parallèlement
une sécurité diagnostique élevée, a augmenté théoriquement le nombre de patient ainsi que la
productivité.
On peut donc voir en détails les nouvelles applications générées par l’innovation de ces deux
modes.
Le mode subseconde, en imagerie tridimensionnelle du cœur, la réduction du champ de vu
permet avec un balayage partiel d’obtenir un temps d’acquisition de 0.25 s. La résolution
spatiale supérieur et la rapidité d’acquisition permettent d’améliorer les capacités du
diagnostic au niveau des régions affectées par le mouvement cardiaque, tels que les gros
vaisseaux et les biles pulmonaires. La diminution du temps d’acquisition permet de
documenter des volumes explorés plus importants par unité de temps, autrement dit d’avoir
une résolution longitudinale augmentée. Cela permet également d’améliorer la résolution
temporelle, notamment en fluoroscopie. ( quand on injecte un produit de contraste ).
La multidétection augmente la zone couverte au cours d’une seule rotation du tube, diminue
le temps d’acquisition, ce qui permet en particulier de réaliser des examens de qualité même
chez des patients difficiles (problème respiratoires,..). de plus, l’ensemble du thorax et de
l’abdomen, ou des membres inférieurs peuvent être couverts en une seule acquisition. En
coupe épaisse le temps d’une acquisition est pratiquement devenu équivalent à celui de prise
d’un cliché en radiographie standard.
18
Exemple de l’évolution des performances grâce à la multidétection
(Pour la marque Marconi)
Dans le cas contraire la possibilité de faire des coupes plus fines dans un laps de temps
identique est également un avantage et ce, d’autant que la dose d’irradiations n’est pas
augmentée. La combinaison de ces deux avantages pourraient permettre en outre la réduction
des doses de produits de contraste injectées. De plus, des mesures de vélocité et de volume
sanguins devraient être amenées à se développer avec cette nouvelle technique.
Une autre application dans laquelle ce type de technologies peut avoir un grand impact est
l’imagerie fonctionnelle. Pour une étude de la perfusion cérébrale, il sera possible de couvrir
20 mm et d’acquérir des données de façon continues, à raison d’une rotation du tube avec une
résolution en "z" de 5 mm. L’imagerie en temps réel ouvre de nouvelles perspectives en
activité interventionnelle notamment l’angiographie TDM, l’imagerie fonctionnelle, celle du
polytraumatisé, enfin un élargissement d’actes interventionnels grâce à la fluoroscopie TDM.
Acte interventionnel
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VI- Comparatif entre les fabricants
Descriptif selon les principaux constructeurs
Fournisseur
SIEMENS
TOSHIBA
Somatom
Volume Zoom
60 kW
Aquilion multi
1- Générateur RX
haute fréquence
2- Ensemble
DURA Akron-B
radiogène
3- Cadre
Somatom Volume
tomographique et
Zoom
support
4- Chaîne de
Multibarettes
détection
Ultra Fast Ceramic
5- Mode
Temps réel
radiographique
6- Mode
Hélicoïdal
scanographique
Multicoupes
7- Structure
SMI
informatique
Proc. Sharc
Calculateur(s)
8- Système
Windows NT
d’exploitation
Navigator
console opérateur
Wizard
console posttraitement
9- Liaison scanogr
Incluse
avec le repro laser
10- Injecteur de
ENVISION CT produits de
Medrad
contraste
11- TV 625 lignes
Inclus
avec magnéto SVHS
12- Imprimante
CODONICS
couleur laser
1660 NP
- Nombre
d’appareils
identiques
installés en
France
18
PICKER
GEMS
MX 8000
Pinpoint
CXGS-009A
POWER RX
LightSpeed
Advantage
Jedi
CXB 750 A /
MEGACOOL
Aquilion multi
Ensemble radiogène
Performix
MX8000
Matriciel
+ Pinpoint
LightSpeed
Advantage
Multibarettes
Solide ultra rapide
Temps réel
Matriciel
Polycristal Lumex
Temps réel
Hélicoïdal
Multicoupes
Silicon Graphics
O2 R 10 000+ 12
000
Unix
Navistation
Alatoview
Hélicoïdal
+ bras robotisé
Multicoupes
Silicon Graphics
O2
Hélicoïdal
Multicoupes
Silicon Graphics
Octane et O2
Unix
2 consoles MX View
Unix
LightSpeed
Adw
Incluse
incluse
Incluse
ENVISION CT Medrad
ENVISION CT - Medrad
Vistron – Medrad
Sony SVO 9500
inclus
Sony PVM 20M4E
CODONICS 1600
LP
Laser couleur
2
12
Lexmark Optra
Color
Type SC 1275 N
8
Temps réel
20
Evaluation de différents critères généraux
16
12
SIEMENS
Somatom
Volume
Zoom
5
12
12
Fournisseur
Barème
Evolutions
1- Générateur
RX haute
fréquence
2- Ensemble
radiogène
3- Cadre
tomographiq
ue et support
4- Chaîne de
détection
5- Mode
radiographiq
ue
6- Mode
scanographiq
ue
7- Structure
informatique
8- Système
d’exploitatio
n
9- Liaison
scanographiq
ue avec le
repro laser
10- Injecteur
de produits
de contraste
Total
TOSHIBA PICKER
Aquilion
MX 8000
multi
PICKER
MX 8000 +
Pinpoint
GEMS
Lightspeed
Advantage
0
9
4
12
4
12
4
12
10
9
9
9
10
35
32
25
26
26
29
14
10
13
10
10
12
9
7
8
7
7
8
66
59
60
39
42
33
7
7
6
6
6
7
131
119
104
116
116
110
3
3
2
3
3
3
17
17
17
17
17
15
342
296
266
264
267
257
21
Détail et évaluation de l’ensemble radiogène
Barème
ENSEMBLE
RADIOGENE
- Gaine RX
type
Capacité
thermique MUC
(Millions
d’unités de
Chaleur)
- Tube RX
type
* capacité
thermique
MUC
 type de
refroidisseme
nt
 Taux de
refroidisseme
nt
 Foyers
flottants
+ nombre
(au moins 2)
+ taille
mm +
puissance dispo
utile kW
SIEMENS N TOSHIBA N
o
o
t
t
e
e
Akron - B
2
MCS 7078
5,3
2
DURA AkronB
5.3
GEMS
N
o
t
e
Max 200 CT
2
2
Performix
6,5
2
Ensemble
radiogène
2
5,3
1
7.5
2
6,3
2
6,5
2
1
1
Echangeur
Huile/Air
embarqué
1
Echangeur
Huile/Air
embarqué
1
Echangeur
Air/Eau
embarqué
1
2
Echange
huile/air et
air/eau
embarqué
730 KUC/mn
1
1386 KUC/mn
2
840 KUC/mn
6,9 kW pdt
10mn
1
730 kUC/mn
1
1
OUI
1
NON
0
NON
0
OUI
1
1
2
1
2
1
2
1
2
1
1
1
0,5 * 0,7
0,8 * 1,2
1
1
0.8 * 0.9
1.4 * 1.6
0
0
0,7 * 0,6
0,9 * 0,7
1
1
0,7 * 1,0
1,2 * 1,5
0
0
1
60 KW
1
36 - 60 kW
1
24 - 54 kW
1 6 foyers 60 kW 1
Pfoyer 27 kW
118 513,87
71 000,00
Prix d’un tube RX
T.T.C. €uros
83 389,61
111 897,58
Tarifs en France
Fournisseur
N
o
t
e
Gaine RX
5,5
CBX 750 A/
MEGACOOL
PICKER
SIEMENS
TOSHIBA
Somatom Volume
Aquilion multi
GE MEDICAL
LightSpeed Advantage
PICKER
MX 8000
| Pinpoint
Zoo
Prix total TTC
en €uros
925 365,53 €
Prix total TTC
en Francs
6 070 000,00 FF
944 879,01 €
913 169,61 €
853 714,5 €
920 792,07
€
6 198 000,00 FF
22
5 990 000,00 FF
5 600 000,00
6 040
FF
000,00 FF
Conclusion
Toutes ces innovations ont impliquées de nombreux ralentissements compte tenus de l’inter
corrélation entre les différents paramètres. En effet la reconstruction des images provenant
d’une multidétection est plus compliqué qu’en mono détection. Il n’a donc pas fallu juste
mettre au point la multidétection par exemple, mais repenser aussi l’optimisation de
l’échantillonnage et les algorithmes d’interpolation. Néanmoins, la multidétection entraîne
moins de charge thermique du tube, ce qui autorise de multiples spirale, une meilleure
longévité du tube et moins de dosimétrie ( jusqu’à 40% de réduction ). La prochaine
génération de scannographes qui verra le jour vers 2008 est déjà évaluée dans les centres de
recherche. Il s’agira d’acquérir un volume cylindrique de 40 cm de hauteur, en un seul tour.
Cette future technologie, qui utilisera un détecteur dérivé des capteurs matriciels développés
pour la radiologie numérique, laissera un axe de développement à la technologie actuelle. Cet
axe sera celui de l'acquisition rapide et des applications cardio-vasculaires. Cette future
technologie qui aura recours à des détecteurs larges obligera les constructeurs à repenser la
manière de reconstruire les images. La rétro projection filtration va devoir céder la place aux
algorithmes de reconstruction conique beaucoup plus complexes et gourmands en ressources
informatiques. Bien que cela ne soit pas encore utile avec les détecteurs de 20 à 30
millimètres de large, un débat commence à s'instaurer sur ce thème avec la mise sur le marché
imminente des scanners multi-coupes à 8 ou 16 coupes simultanées.
Outre l’intérêt pour les procédures interventionnelles, l’accent est mis sur les explorations
tridimensionnelles, telles que l’endoscopie virtuelle et le rendu de volume. On notera
également dans le domaine de la détection de la quantification des sténoses coronariennes.
L’association combinée des différentes nouveautés tomodensitométriques comparées à
l’avantage de chaque nouvelle fonction dissociée va probablement augmenter l’efficacité
diagnostique de la technique. C’est bien cet usage combiné de ces nouvelles technologies qui
va apporter de meilleures résolutions, plus d’informations, sans oublier le confort du patient.
L’ouverture de nouvelles frontières dans les applications cliniques, notamment en ce qui
concerne l’imagerie fonctionnelle mérite des études comparatives avec l’imagerie par
résonance magnétique.
23