Physique pour la médecine

...la théorie!

 

Tomodensitométrie (scanner)

Chapitre I: Généralités sur le scanner



Les images obtenues par scanner sont par nature le résultat d'un calcul, d'où l'expression "tomographie numérisée" dans laquelle il faut bien voir que le côté "numérisé" n'est pas une option ou un progrès mais une obligation qui s'imposait dès le départ. l'idée d'une technique de ce genre était certainement dans l'air depuis pas mal de temps mais il a fallu attendre que les ordinateurs atteignent une puissance de calcul suffisante, à savoir les années 1970 et suivantes, pour qu'elle puisse être mise en oeuvre.

Le correspondant anglais de "tomographie numérisée" est "computed tomography" dont l'acronyme CT est sans doute le mot-clé le plus efficace pour trouver de l'information sur le sujet (Utiliser le mot-clé "scanner" pour une recherche n'est pas une bonne idée… on comprendra pourquoi!). On parle aussi très souvent de tomodensitométrie, beaucoup plus rarement de scanographie. A noter encore que dans "tomographie" ou "tomodensitométrie" le préfixe "tomo" vient du grec et signifie "coupe" ou "section", ce qui souligne la principale différence par rapport à la rediologie conventionnelle qui se base quant à elle sur une imagerie par projection.


I.A. Premier aperçu du matériel.


Au premier aperçu, l'équipement se présente sous forme d'un statif muni d'une ouverture circulaire, d'une table pour le patient et d'une unité de commande et de traitement des données.


scan ia 1


L'unité de commande comprend le matériel nécessaire au contrôle des opérations, à la construction des images, leur stockage et leur visualisation. Il se situe dans un local isolé du statif et muni d'une vitre plombée qui assure la protection de l'opérateur tout en permettant une surveillance visuelle du patient. Nous n'en dirons pas beaucoup plus, si ce n'est indirectement en évoquant les méthodes de calcul et les paramètres accessibles.

Pour ce qui est de la table, la seule question qui se pose concerne son mode de progression, pas à pas ou continu, ainsi que la vitesse de cette progression.

Le statif concentre l'essentiel de la technologie du scanner. Diamétralement opposés par rapport à l'ouverture on y trouve un tube à rayons X d'une part et un ensemble de détecteurs d'autre part. Les détecteurs sont disposés en arc de cercle des sorte que les lignes de mesure se déploient en éventail et couvrent tout le champ d'observation.


scan ia 2


Par rapport au patient, les lignes de mesure appartiennent à un plan transverse auquel par convention on associe des axes x et y. Dans cette convention l'axe z correspond à la direction de progression de la table, ou axe crânio-caudal pour le patient.

Lors de la mesure, l'ensemble tube-détecteurs est mis en rotation alors que la table quant à elle peut progresser en translation. Dans un scanner dit séquentiel, ce qui correspond à des modèles plutôt anciens, les données sont acquises plan par plan: La table reste immobile pendant que le système de mesure en rotation explore une coupe transversale. La mesure est ensuite suspendue pendant que la table est déplacée d'un cran, puis s'immobilise à nouveau pour permettre l'acquisition d'une nouvelle coupe, et ainsi de suite. Dans un scanner hélicoïdal, la translation de la table se fait continûment pendant la mesure, de sorte que du point de vue du patient le mouvement du tube évoque une courbe en hélice.

(N.B.: A noter qu'un scanner moderne peut toujours être actionné en mode séquentiel si on y trouve un avantage)


scan ia 3


Une rangée de détecteurs disposée en arc de cercle dans un plan transverse, comme évoqué plus haut, est appelée barrette de détection. Les scanners actuels sont multibarrettes en ce sens qu'ils proposent de nombreuses barrettes disposées côte à côte selon l'axe z, ce qui permet l'acquisition simultanée d'autant de coupes.


scan ia 4


Les scanners récents (2009) proposent jusqu'à 64 barrettes de détection. Le largeur des barrettes est inférieure au millimètre, ce qui permet des coupes beaucoup plus fines que ne le suggère le schéma ci-dessus, qui se veut essentiellement qualitatif. Une barrette comporte typiquement 800 éléments de détection. Le signal des détecteurs peut être échantillonné jusqu'à 1000 fois par rotation ce qui correspond à autant d'informations angulaires. Les informations obtenues sont digitalisées et stockées dans un ensemble de mémoires structurée en sinogramme. Cet ensemble de mémoires peut être vu comme une matrice où chaque ligne correspond à une position angulaire et où chaque colonne correspond à un détecteur. On peut aussi parler de plan de données brutes. Le nom de sinogramme se justifie par le tracé de type sinusoïdal que semble dessiner un point physique au travers du plan.


scan ia 5


Certains scanners autorisent une bascule partielle ("tilt") du statif par rapport au plan vertical. La bascule peut aller jusqu'à 30° dans un sens ou dans l'autre.


scan ia 6


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Les images obtenues par scanner sont par nature le résultat d'un calcul, d'où l'expression "tomographie numérisée" dans laquelle il faut bien voir que le côté "numérisé" n'est pas une option ou un progrès mais une obligation qui s'imposait dès le départ. L'idée d'une technique de ce genre était certainement dans l'air depuis pas mal de temps mais il a fallu attendre que les ordinateurs atteignent une puissance de calcul suffisante, à savoir les années 1970 et suivantes, pour qu'elle puisse être mise en œuvre.

Le correspondant anglais de "tomographie numérisée" est "computed tomography" dont l'acronyme CT est sans doute le mot-clé le plus efficace pour trouver de l'information sur le sujet (Utiliser le mot-clé "scanner" pour une recherche n'est pas une bonne idée… on comprendra pourquoi!). On parle aussi très souvent de tomodensitométrie, beaucoup plus rarement de scanographie.