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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 multi-
coupes sub-seconde.

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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 +300 à +3000
Os médullaire +180 à +250
Muscle +55à +60
Graisse +30 à +55
Air -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)

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-
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

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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.