LA TOMOGRAPHIE MEDICALE

Dans ce chapitre, nous allons aborder en bref l’histoire et l’évolution de la Tomographie
dans son développement depuis des années 1970. Depuis la découverte du rayonnement
X par le physicien allemand Wilhelm Conrad Rontgen en 1895, la technologie de la
Tomographie a fait une évolution merveilleuse dans le domaine d’Imagerie médicale.
Ensuite, nous présentons les matériels et ainsi les logiciels du système d’imagerie
médicale les plus modernes comme : la radiographie à rayon X numérique, le CT scanner
et IRM (Imagerie par Résonance Magnétique). Nous présentons leurs fonctions, les
images générées par ces machines, le modèle de technique utilisé ... Une petite légende
autour de la transformation de Radon est ainsi présentée dans ce chapitre.
CHAPITRE
LA TOMOGRAPHIE MEDICALE

8 Chapitre 1. LA TOMOGRAPHIE MÉDICALE
1. Introduction
La Tomographie assistée par ordinateur (TAO)1 ou Tomodensitométrie (TDM) en
médecine est une technique d’acquisition et d’analyse d’images médicales numériques.
Dans cette technique, un ordinateur collecte un grand nombre de données (valeurs
d’atténuation), sur une région déterminée de l’organisme, ce qui permet d’évaluer les
relations spatiales des structures absorbantes les rayons X à l’intérieur de celle-ci. Avec
l’aide d’un programme informatique, il est possible d’améliorer la qualité de l’image
obtenue, d’identifier les structures internes, de quantifier les variations de densité, de
localiser la présence de défauts. Un système de l’imagerie médicale fournit ainsi une
présentation virtuelle de la réalité comme : reformation en 3D, simulation de la diffusion
et de la perfusion du poumon, observation du rythme du cœur …
Le mot Tomographie est l’origine d’un mot du grec : « tomos » = tranche. C’est une
technique qui utilise des rayonnements pénétrants comme les rayonnements X, gamma ou
certaines ondes électromagnétiques ou acoustiques (comme ultrasonore d’échographie).
Par combinaison d’un ensemble de mesures et grâce à des calculs mathématiques de la
reconstruction, la Tomographie permet de voir sur l’écran l’organisme intérieur du corps
humain, selon un ou plusieurs plans de coupe. Alors qu’auparavant on y avait accès soit
par l’imagination, en interprétant les mesures du sang ou d’urine, ou soit par
l’observation, en découpant matériellement les objets. Dans le cas d’imagerie médicale,
une observation directe nécessite une intervention chirurgicale. Avec la Tomographie, on
a un outil formidable pour découvrir sans détruire les structures du corps, leur
organisation et leur fonction dans l’espace et dans le temps. L’utilisateur pourra alors
bénéficier de l’assistance des logiciels de traitement, d’analyse et de visualisation des
images numériques.
Au cours des 30 dernières années, les développements dans les techniques d’imagerie
médicale ont conduit à des changements révolutionnaires dans la pratique de la médecine.
L’imagerie est, en effet, au cœur du processus de diagnostic, en facilitant notamment un
diagnostic précoce, mais elle est également importante pour l’établissement et le suivi du
traitement. Elle constitue, en outre, un outil pour la recherche tant clinique que
fondamentale.
Au fil du temps, l’imagerie médicale est devenue un travail d’équipe. Un système
d’imagerie médicale rassemble plusieurs composants technologiques. Son développement
1 Computed Tomography (CT)
trongton© 2004

LA TRANSFORMATION DE RADON ET SON APPLICATION … 9
requiert la participation des utilisateurs finaux comme les médecins, les physiciens, les
biologistes pour spécifier les besoins ; les ingénieurs, les chercheurs, les informaticiens
pour mettre au point les nouvelles techniques et enfin les entreprises industrielles pour
réaliser et commercialiser ces systèmes.
Aujourd’hui, il existe plusieurs types de système d’imagerie médicale et leurs
applications dépendent de la spécialité du traitement de maladie ou de fonction de
l’organisme du corps ou du besoin des médecins. Dans ce mémoire, nous voulons
proposer un modèle de classification de ces systèmes. Initialement, ce sont des systèmes
de l’imagerie médicale morphologique comme la Tomographie X médicale (ou CT
scanner), l’Imagerie par Magnétique Résonance (IRM). Dans la deuxième branche, ce
sont des systèmes de l’imagerie médicale fonctionnelle comme la gamma-caméra
(SPECT1), la Tomographie par émission de positons (TEP), la Tomographie cérébrale par
NMR 2…
Dans ce chapitre, nous allons étudier trois exemplaires, du plus simple au plus
complexe, du plus ancien au plus récent, du système d’imagerie médicale : la
Radiographie à rayon X, la Tomographie X médicale (ou CT scanner) et l’Imagerie par
Magnétique Résonance (IRM).
2. La Radiographie à rayon X
2.1. Introduction
La radiographie à rayon X a vu le jour grâce à la découverte des rayons X par le
physicien allemand Wilhelm Conrad Ronghen en novembre 1895 (Ronghen a reçu le
premier prix Nobel de physique pour ses travaux). Cette découverte fut, en effet, très
rapidement suivie par la première application clinique qui eut lieu dès janvier 1896.
En 1913, Coolidge inventa le tube générateur de rayon X, ce qui conduit au rapide
développement de la radiographie par rayon X avec utilisation de plaques
photographiques. Cette technique est très utile pour visualiser les structures osseuses et
les masses anormalement denses qui absorbent particulièrement les rayons X (Fig. 2-1).
Cependant elle ne fournit qu’une image en projection et ne permet donc pas la
visualisation en profondeur dans la direction d’observation.
1 SPECT : Single Photo Emission Computed Tomography
2 NMR : Nuclear Magnetic Resonance
trongton© 2004

10 Chapitre 1. LA TOMOGRAPHIE MÉDICALE
Figure 2-1 Radiographie du crâne (Microsoft Encyclopédie Encarta 2002).
Aujourd’hui, la Radiographie à rayon X traditionnelle a fait une évolution avec la
digitalisée de l’image d’acquisition. Cette méthode permet de manipuler et de
sauvegarder plus facilement les images dans des équipements informatiques comme le
disque magnétique ou le disque optique. Cependant, la Radiographie à rayon X
traditionnelle a dominé plus de 70% de département de radiologie du monde entier
[Merrill1999] et joue un rôle important dans la qualité des soins médicaux depuis plus de
100 ans.
2.2. Principe de la technique
Le corps humain est de lui-même assez peu efficace comme composante active de
l’imagerie. Ses émissions naturelles, telles que les infrarouges, les potentiels électriques
de surface ou l’énergie acoustique liée au mouvement de l’air dans les poumons, sont trop
faibles pour pouvoir en tirer des images des structures internes. Il faut donc recourir à des
sondes externes ou à des émissions internes artificielles. Par cette raison la radiographie
utilise des ondes courtes entre 1018 Hz – 1020 Hz (environ 3x10-10 m), notamment le
rayonnement X.
Les propriétés principales de rayon X sont :
• Les rayons X sont absorbés par la matière; leur absorption est fonction de la
masse atomique des atomes absorbants.
• Les rayons X sont diffusés par la matière; c'est le rayonnement secondaire ou
rayonnement de fluorescence.
• Les rayons X impressionnent la plaque photographique.
• Les rayons X déchargent les corps chargés électriquement.
La technique d’imagerie par Radiographie à rayon X est basée sur la physique des
interactions entre l’énergie (la sonde) et la matière (le tissu biologique qu’on veut
trongton© 2004

LA TRANSFORMATION DE RADON ET SON APPLICATION … 11
imager). On utilise une source d’émission de rayon X, un système de collimation et un
récepteur pour enregistrer des informations d’atténuation d’énergie (Fig. 2-2).
Figure 2-2 Un système de radiographie à rayon X
conventionnelle.
Figure 2-3 Ce diagramme illustre comment
fonctionne t-il un système de la radiographie X
Le tube d’émission de rayon X se compose par la cathode et l’anode (Fig. 2-4).
Figure 2-4 Dispositif expérimental de production des rayons X.
• La cathode se constitue d’un filament de tungstène qui est chauffé par un courant
(de 40 à 140 kilovolts). Aux environs de 2500oC, l’échauffement du filament fait
trongton© 2004