Imagerie médicale Le scanner

Imagerie médicale
I.
Le scanner :
L’appareil et son fonctionnement :
Le scanner (ou tomodensitométrie) fonctionne à la manière de la radiographie, par irradiation.
Le patient, placé à l’intérieur de l’anneau, reçoit une dose de rayon X, émient par des tubes
émetteurs qui se composent de plusieurs barrettes alignées. Ces tubes subissent une rotation
autour de la table d’examen. Ainsi les émetteurs et les récepteurs, disposés de part et d’autre
du patient, doivent effectuer une rotation supérieure ou égale à 180°. Les rayons X traversent
le corps et les rayons résiduels, sont détecté par les récepteurs. Ces informations sont
transmises à un moniteur qui opère un calcul informatique. L’image obtenue est donc une
coupe, d’une tranche de corps.
Les appareils les plus anciens, utilisaient un système de casette recouvert d’un film de sel
d’argent et sur lesquelles s’imprimaient les images. Une développeuse était nécessaire pour
lire les clichées obtenus, qu’elle révélait grâce à un laser.
Au moment même où les tubes délivrent des rayons X, la table d’examen coulisse, dans l’axe de
l’anneau qui comporte les capteurs et les émetteurs. C’est ce qui permet l’obtention d’une
image 3D. Cette technique présente dans tous les scanners modernes, est appelée
« hélicoïdale », ou « spiralée ».
Les tubes à rayons X, fonctionnent de manière électrique. Une haute tension est établie entre
deux électrodes. Une masse d’électrons, tirés par chauffage, d’un filament métallique appelé
cathode, est condensée en un faisceau dont la vitesse est accélérée. Ce faisceau est à nouveau
condensé puis accéléré, de façon à atteindre une cible (morceau de tungstène ou de
molybdène), appelée anode. Le ralentissement subit par les électrons face aux atomes et la
déviation de ses électrons par le champ électrique, des noyaux de la cible, provoquent un
rayonnement continu de freinage (flux de photons dont le spectre énergétique, quasiment
continu, émet en partie dans le domaine des rayons X). Les électrons sont excités et émettent
en retour des rayons X (selon le principe de la fluorescence X).
Ces tubes doivent être refroidit constamment, le plus souvent par circulation d’eau car la
majeure partie de la puissance qui les alimente, est dissipée sous forme d’énergie thermique.
Le scanner, à l’inverse de la radiographie, permet de différencier les densités relatives aux
différents éléments du corps et ce grâce au coefficient d’absorption des tissus étudiés. Cette
valeur s’obtient en utilisant l’unité Hounsfield (UH). Ainsi plus la densité d’un point donné est
forte, plus il apparaîtra clair, l’inverse étant également juste.
Par l’injection, le plus souvent par voie intraveineuse, d’un produit de contraste à base d’iode
(opaque aux rayons X), il est possible de visualiser la vascularisation des tissus étudiés.
Les scanner modernes, dit multi-barrettes (en opposition aux scanner mono-barrettes), dont
les capteurs ont diminués de tailles, permettent d’obtenir une coupe plus fine et améliorent la
quantité de détails observés. Ces nouveaux scanners peuvent contenir jusqu’à 64 barrettes qui
se répartissent sur plusieurs rangées. Cette nouveauté permet aussi d’obtenir des images en
trois dimensions.
Un scanner doit être changé tous les 7 ans et coûte environ 500 000 €. L’examen, lorsqu’il n’est
pas prescrit dans le cadre d’une chirurgie esthétique (qui comprend les implants dentaires) est
entièrement remboursé par la mutuelle et la sécurité sociale. Son coût approximatif est de 130
1
€. 30 € servent à payer l’acte médical du radiologue et 100 € permettent le remboursement et
la rentabilisation de la machine.
Son utilisation sur le corps humain :
Le scanner permet une exploration du corps humain, non invasive. Il est utilisé pour observer,
le thorax, le cerveau, l’abdomen, les organes, les os (et plus particulièrement les articulations).
Il s’avère particulièrement utile en cancérologie dans la recherche de tumeurs et de
métastases, ou lors du suivit post-chimiothérapie.
Il nécessite néanmoins d’exposer le patient aux rayons X, dont l’accumulation, peut, à long
terme, provoquer l’apparition de tumeurs. Il est donc déconseillé de pratiquer un tel examen
chez les enfants, les adolescents ou les femmes enceintes, ou tout du moins d’en éviter la
répétition. Néanmoins la dose de rayons et le temps d’exposition restant faibles, il ne présente
généralement aucun risque. L’examen est aussi déconseillé aux personnes claustrophobes. Un
sédatif pourra pourtant être administré.
Le patient est installé dans la machine, qui se présente sous forme d’un tube rotatif, nommé
anneau, au centre duquel la table d’examen peut coulisser. Comptes tenus de l’exposition aux
rayon X, aucune personne, proche ou personnel médical, n’est autorisé à rester dans la salle.
Les médecins observent le patient au travers d’une vitre plombée et analysent les images
obtenues, sur des moniteurs, relié à l’appareil. La communication est assurée par un
microphone, placé à l’intérieur de la cabine.
L’arthroscanner (ou arthrographie) : Cet examen nécessite un produit de contraste qui est
injecté par infiltration dans la cavité intra-articulaire. Il permet d’étudier le contenu de
l’articulation. La durée moyenne d’exposition aux radiations, lors, par exemple, d’un
arthroscanner de l’épaule, est de 15 secondes.
Angioscanner : Cet examen nécessite l’injection par intraveineuse d’un produit de contraste. Il
permet de visualiser le système vasculaire, (vaisseaux sanguins, veines, artères), à l’exception
des vaisseaux capillaires qui sont trop fins. Ses contre-indications sont l’insuffisance rénale et
l’allergie à l’iode contenue dans le produit de contraste. L’angioscanner est utile dans les cas
d’embolie pulmonaire, d’AVC ou de ruptures d’anévrismes intracrâniens.
Scanner cérébral (ou scanner rachidien) : Cet examen comprend l’observation de la boîte
crânienne, des nerfs optiques et auditifs, de l’hypophyse et du cerveaux en général. Il ne
nécessite pas de façon systématique, l’emploie d’un produit de contraste, mais ce dernier peut
être nécessaire. S’il l’est, son injection se fera par voie intraveineuse. Il est utilisé dans les cas
de traumatismes crâniens, les maux de tête aggravés ou les AVC.
Scanner thoracique : Cet examen permet d’observer la présence d’anomalies ou de nodules
dans le thorax et de contrôler la taille des ganglions lymphatiques situés à proximité.
L’injection d’un produit de contraste n’est pas systématique. Il est utilisé chez des patients
atteints d’asthme, de bronchites, de cancer pulmonaires, de tuberculose, d’épanchement
pleural, d’hémoptysie, de pneumothorax ou exposés à l’amiante.
Scanner abdomino-pelvien : Cet examen permet d’observer les organes abdominaux, comme la
rate, le foie, l’intestin, le côlon, le péritoine et le pancréas, mais aussi les reins, les voies
biliaires, les vaisseaux abdominaux et la paroi musculaire et graisseuse. L’utilisation d’un
produit de contraste n’est pas systématique, lorsqu’il est utilisé, il est administré par voie orale.
Il est utilisé pour l’exploration des organes ci-dessus, notamment dans la recherche de
tumeurs. Il est aussi utilisé pour détecter une appendicite, bien qu’on lui préfère normalement
l’échographie. Ou pour conclure sur les avancées d’un traitement (dans des cas d’ictère ou de
maladies inflammatoires).
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II.
L’IRM :
L’appareil et son fonctionnement :
L’IRM (imagerie par résonnance magnétique) utilise pour livrer une image du corps, un champ
magnétique.
Le champ magnétique agit grâce au spin, sur les molécules d’eaux (et plus particulièrement sur
l’hydrogène), présentent dans le corps, les orientant toutes dans un même sens (lorsqu’il n’y a
pas de champ magnétique, les protons s’orientent de façon aléatoire). Cette modification donne
naissance à de l’énergie. Cette énergie est renforcée par une onde radiofréquence, qui en
produit elle aussi. Les molécules ayant retrouvé leur équilibre, diffuse cette énergie (de façon
différente selon les tissus où elle se trouve). Cette énergie est retranscrite en image par des
programmes informatiques. L’image obtenue se présente en 3D.
Le champ magnétique nécessaire est produit par un aimant et équivaut environ à 80 000 fois
l’attraction terrestre. L’intensité du champ magnétique utilisé, est comprise entre 0,1 et 3
teslas. Ce champ magnétique est régulé par des shim, qui sont des dispositifs ayant pour but de
compenser les défauts d’homogénéité. Ils se présentent sous deux formes. Les shim dit passif
sont des plaques magnétiques en fer, qui corrigent de manière grossière le champ magnétique
dont l’environnement est perturbateur, mais stable. Les shim actifs sont des bobines
supraconductives ou résistives par lesquelles passe le courant électrique.
La machine est composé d’un aimant (le plus souvent d’un aimant supraconducteur), de
bobines de gradient et d’antennes.
Les bobines sont appelées X (positionnée sur l’axe droit-gauche), Y (positionnées sur l’axe
avant-arrière) et Z (positionné sur l’axe haut-bas) et sont enfermées dans un cylindre fait de
fibres de verres et placé autour du tunnel contenant l’aimant. Ce sont elles qui permettent le
contrôle de l’intensité du champ magnétique. Les variations qu’elles produisent sur l’intensité
du champ magnétique, permettent de modifier la fréquence de précession des protons. Dès
lors seuls certains de ces protons peuvent entrer en résonnance avec l’onde radio. Ce procédé
permet d’obtenir des coupes (sagittal, frontal, oblique ou transversale), de la partie observée.
Il est possible lors de l’examen, d’utiliser un produit de contraste, du dotarem, ou, le plus
souvent, un produit à base de Gadolinium (qui est assez bien toléré). Les potentielles réactions
allergiques se traduisent dans la majorité des cas par des plaques d’urticaires.
L’isolation du champ magnétique passe par deux éléments appelés blindage :
Le premier, la « Cage de Faraday » (enceinte spécifiquement conçue pour isoler l’appareil de
son environnement), permet d’empêcher les ondes extérieures d’interférer avec les ondes de
radiofréquence, qu’émet le générateur. Ils permettent de réguler de façon fine et dynamique,
un champ magnétique perturbé par des structures mobiles proches de l’imageur ou du patient.
Ils se mettent en marche dès que le champ magnétique devient hétérogène. Le second, le
blindage de champ magnétique a pour but de contrôler et limiter le champ magnétique
résiduel (ou rémanent).
Les antennes sont elles aussi, des bobines, mais de cuivre et de formes variables. Elles
entourent le patient ou la partie du corps explorée lors de l’examen. Elles sont capables de
capter ou de produire des ondes de radiofréquence. Elles sont programmées pour
correspondre à la fréquence de résonnance de précession des proton (qui influent sur le spin),
𝛾
présente dans le champ magnétique. Elles sont programmées selon l’équation : 𝐹𝑝 = (2𝜋) . 𝐵𝑜 ,
avec Fp pour fréquence de précession, le rapport gyromagnétique et Bo l’intensité du champ
magnétique.
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Le quench est un système de refroidissement de l’IRM qui permet d’ « emballer » le champ
magnétique. Il peut être accidentel ou volontaire, mais résulte le plus souvent d’un problème
d’isolation thermique du système). Il se caractérise par un passage brutal d’hélium, de l’état
liquide à l’état gazeux. Hélium qui s’échappe alors de la cuve dans laquelle il était contenu.
Un appareil d’imagerie par résonnance magnétique, coûte environ 1,5 million d’€. L’examen,
lui aussi, lorsqu’il n’est pas prescrit dans le cadre d’une chirurgie esthétique (qui comprend les
implants dentaires) est entièrement remboursé par la mutuelle et la sécurité sociale. Il faut
compter environ 60€ de paiement pour l’acte médicale et environ 125€ consacrés au
remboursement et à la rentabilisation de l’appareil.
Son utilisation sur le corps humain :
L’IRM, n’est pas une source d’irradiation, ce qui en fait un examen de choix. Elle est cependant
déconseillée aux femmes enceintes d’un mois, ou moins, par précaution, les conséquences sur
le fœtus n’étant pas prouvées. Elle ne peut être pratiquées chez des patients portant un
pacemaker (qui risquerait d’être déréglé par le champ magnétique) ou des broches métalliques
posées moins de trois semaines auparavant (qui risqueraient d’êtres déplacées par le champ
magnétique). En ce qui concerne les patients, que le métier ou les loisirs pourrait conduire à
avoir dans les yeux, ou aux pourtours, des éclats métalliques, un autre examen doit être
pratiqué et les éclats, retirés si possibles. En effet le champ magnétique risquerait de les
déplacer, ce qui pourrait avoir de graves conséquences sur le patient. À l’instar du scanner, cet
examen est déconseillé aux personnes souffrant de claustrophobie, bien qu’un calmant, ou
sédatif, puisse être proposé.
L’IRM est utilisée, en neurologie, dans l’observation des tissus mous ou des os spongieux (les os
durs ne contenant pas assez d’hydrogène pour réagir avec le champ magnétique). Il est
impossible de faire une IRM d’un poumon, l’air (qui ne contient pas d’hydrogène) apparaissant
en noir sur les clichés, il est impossible de discerné les tissus.
Une IRM se pratique sur une petite partie du corps.
III.
La scintigraphie :
L’appareil et son fonctionnement :
La scintigraphie est seulement utilisée dans les domaines de médecine nucléaire. A la
différence des autres moyens d’imagerie médicale, la scintigraphie n’utilise, pas de produit de
contraste, mais un produit marqueur, radioactif.
La technique consiste en l’injection de cette substance radioactive dans le corps du patient, à
l’endroit d’un organe ou d’un tissu. La substance circule et se fixe au niveau de certaines zones
spécifiques. Les radiations qu’elle émet sont captées par une caméra spécifique (gamma
caméra), ce qui dessine une cartographie visuelle de la zone à explorer.
La scintigraphie est utilisée pour différents cas et dans différentes parties du corps. Il existe
une scintigraphie osseuse, une scintigraphie pulmonaire, cardiaque et ainsi de suite.
Cet examen, qui reste sans danger en raison des doses très faibles de radiations émises et
reçues, permet la mise en évidence de nombreuses affections. Elle rend, entre autre, possible la
recherche de métastases osseuses, ou d’embolies gueuzes (au niveau des poumons). La
scintigraphie myocardique et rénales, permettent respectivement, l’étude de fonctionnement
du cœur et des reins (par exemples, l’état de la vascularisation).
La scintigraphie est de moins en moins populaire depuis l’apparition de l’IRM
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Son utilisation sur le corps humain :
La scintigraphie cérébrale : Il s’agit d’un examen qui permet de visualiser l’activité cérébrale,
en mettant en évidence les zones les plus irriguées, donc les plus sollicitées. Alors que les
autres examens démontrent avant tout les anomalies du cerveau. Son intérêt est de situer les
zones d’hyperactivité cérébrale, notamment pour les cas d’épilepsie. Pour le pratiquer, il est
nécessaire de faire une injection, voir d’une perfusion.
La scintigraphie de la tyroïde : Cette scintigraphie permet l’analyse fonctionnelle de cette
glande. Elle consiste en l’administration de d’iode (légèrement modifié). La tyroïde fixe ensuite
cette iode marquée, ce qui permet de localiser les zones d’hyperactivité ou d’hypoactivité.
Lorsque la tyroïde fonctionne correctement, l’iode se retrouve réparti de façon homogène dans
tout l’organisme. Cet examen peut être accompagné d’une échographie thyroïdienne ou d’un
control du dosage TSH.
La scintigraphie thyroïdienne : permet d’analyser la glande d’un point de vue morphologique et
de localiser, comme lors de la scintigraphie de la tyroïde, les zones d’hyper ou hypoactivité.
Pour ses deux examens, le produit de contraste le plus fréquemment injecté est l’iode 123. Une
gamma caméra permet son observation. Elle est utilisée dans les cas de cancer de la tyroïde, de
goitre ou de dysthyroïdie.
La scintigraphie myocardique : Il s’agit d’un examen prescrit en cas de suspicion de
coronaropathie (chez des patients à risques, atteints de diabète, d’hypertension, de cholestérol,
ou sujet au tabagisme). Elle permet d’étudier le fonctionnement et la vascularisation du
myocarde. Il est souvent couplé avec un test d’effort.
La scintigraphie osseuse : Elle nécessite l’injection d’un produit marqueur, dont la particularité
est de se fixer sur les cellules anormalement actives. Elle est princi
palement utilisée en cancérologie, dans la recherche de métastases chez des patients atteints
d’ostéosarcomes ou de cancer de la prostate.
La scintigraphie rénale : Elle permet l’observation des reins ou voies rénales (vessie, urètre)
d’un point de vue fonctionnel et morphologique. Les reins collecte le produit marqueur et les
redistribuent par voies d’évacuation. Ce qui met en évidence les obstacles, reflux,
malformations et cicatrices, potentiels, tout en évaluant le fonctionnement de l’organe rénal.
Définition :
Hounsfield (UH) : unité utilisée dans la recherche du coefficient d’absorption, qui prend pour
référence la capacité d’absorption originale de l’eau, à qui elle attribue le chiffre 0. Ce calcul
constitue la base du principe de la tomodensitométrie.
Matière
UH
Air
−1 000
Poumon
−500
Graisse
−100 à −50
5
Eau
0
Liquide cérébro-spinal
15
Rein
30
Sang
+30 à +45
Muscle
+10 à +40
Matière grise
+37 à +45
Matière blanche
+20 à +30
Foie
+40 à +60
Tissus mous
+100 à +300
Os
+700 (os spongieux) à +3 000 (os denses)
MAS : La « mas » (milliampères/secondes) est l’unité de mesure de la quantité de rayons. Elle
se convertit en kilo voltage.
Par exemple : le scanner d’une main, nécessitera en moyenne, 3 mas et 45 kilovolts.
Spin : Aimantation microscopique due à la rotation des noyaux d’atomes sur eux mêmes. Il
s’agit d’un vecteur qui transcrit la rotation du proton qui réagit comme un dipôle magnétique.
Tesla (T) : unité relative à la mesure des champs magnétiques.
Rapport gyromagnétique : rapport physique entre le moment magnétique (grandeur
vectorielle permettant de mesurer l’intensité d’une source magnétique) et le moment cinétique
(grandeur vectorielle permettant de mesurer la quantité de mouvement par rapport à un point
O).
Précession : changement graduel d’orientation de l’axe de rotation (ligne droite, réelle ou
théorique, autour de laquelle un objet subit une rotation), d’un objet ou d’un vecteur. Dans le
cas de l’IRM, ce sont les atomes d’hydrogène dont la précession est modifiée par le champ
magnétique.
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Champ magnétique résiduel (ou rémanent) : interaction désiré ou problématiques de champs
magnétiques en provenance de deux objets différents.
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