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 radiologie 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.

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Tomodensitométrie (scanner)

Chapitre I: Généralités sur le   scanner

I.B. Principe de base de la CT.

 

1) Objectif

Contrairement à la radiologie conventionnelle qui fournit une image en projection d'un volume entier, le scanner a pour objectif d'obtenir l'image digitale d'une coupe du corps humain. Pour cela elle a la prétention d'extraire l'information en provenance de petits éléments de la coupe situés à l'intérieur du volume. Chaque petit élément de volume constitue ce qu'on appelle un voxel. A priori, mais seulement a priori, la coupe est prise dans un plan transverse (x,y) et l'épaisseur de coupe s'aligne sur z.

 Scan IB 1

L'image finale est constituée d'un ensemble de pixels qui sont en fait les voxels projetés en z. On conserve donc un petit côté "superposition d'informations" mais il est ici très réduit puisque limité à l'épaisseur de coupe.

Pour construire l'image visuelle, chaque pixel devra se voir associer un niveau de gris qui ne peut provenir que du seul paramètre physique disponible ici, à savoir le taux d'absorption des rayons X à l'intérieur du voxel. La tomodensitométrie est clairement monoparamétrique, ce qui est en fait le cas de toutes les techniques d'imagerie à l'exception notable de l'IRM qui propose pas moins de trois paramètres.

Scan IB 2

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Tomodensitométrie  (scanner)

Chapitre I: Généralités sur le   scanner

I.C. L'échelle des gris.

1) …de l'aspect conventionnel des couleurs!

 

Lorsque l’étape mathématique de construction de l’image décrite précédemment est accomplie, toute l’information nécessaire à la visualisation se trouve disponible en mémoire. Elle peut être vue comme une matrice de nombres où chaque case correspond à un pixel et où le nombre qu’elle contient est le coefficient moyen µ d’absorption des rayons X dans le voxel associé. Il reste à définir la couleur à associer aux différentes valeurs de µ en soulignant tout ce que cela a, a priori, de conventionnel. Rien n’empêcherait par exemple d’utiliser toutes les nuances de l’arc-en-ciel, du rouge au violet, mais ce n’est pas l’usage et ce ne serait peut-être pas judicieux non plus. La convention la plus classique est celle du noir et blanc séparés par un grand nombre de niveaux de gris, mais même cette convention laisse encore une marge de manœuvre quant à l’orientation de la palette : Associe-t-on le noir profond à une absorption nulle ou au contraire à une absorption complète ? Dans la convention classique le noir est associé à des valeurs de µ faibles donc à des régions de basse densité alors que le blanc correspond à des µ élevés donc des tissus de haute densité.

Ce choix est compréhensible puisqu’il correspond au résultat obtenu physiquement sur un film argentique en radiologie conventionnelle. Les praticiens formés depuis longtemps à cette discipline ont trouvé là une transposition toute naturelle de leurs habitudes de lecture des images. Il reste que la scanographie est quant à elle fondamentalement une technique numérique et que partant d’une information stockée en mémoire on peut songer à lui appliquer toutes les techniques de traitement d’images dont on sait qu’elles ne cessent de se développer sur les ordinateurs, avec toute la puissance de calcul qu’on leur connaît actuellement. Cela va de l’usage de véritables couleurs qui de plus en plus peuvent être choisies de façon très souple pour améliorer la lecture jusqu’à la construction virtuelle d’images en trois dimensions.

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