Physique pour la médecine

...la théorie!

Médecine Nucléaire

Chapitre III: SPECT.

III.A La technique SPECT.

 

1)Tomographie numérisée.

 

Comme la radiologie, la tomographie gamma a connu dans son histoire une première étape relevant d'astuces géométriques plus que de techniques physiques ou mathématiques sophistiquées, l'idée étant de balayer un volume en focalisant la détection à une profondeur donnée de sorte que les structures situées à cette profondeur apparaissent plutôt nettes sur l'image alors que les autres s'y retrouvent floues. Ces méthodes rudimentaires ont été laissées de côté dès lors que, comme en radiologie avec le scanner, la montée en puissance de calcul des ordinateurs a permis la généralisation de la tomographie numérisée, appelée ici SPECT, pour "single photon emission computed tomography" (Le sigle plus simple CT est par convention réservé à la tomodensitométrie, ou scanner)

En tomographie numérisée, l'image d'une coupe transversale est reconstruite point par point, ou plutôt pixel par pixel, au départ d'une série de prises de données effectuées sous des angles différents lors d'une rotation de la tête de caméra autour du patient. La rotation peut se faire continûment ou par paliers, à charge de l'unité de calcul d'associer chaque événement enregistré à une position angulaire du détecteur.

 

MedNuc IIIA 1 

 

En scanographie on n'hésite pas à considérer qu'une même région vue sous deux angles séparés d'un demi-tour fournit deux fois la même information, ce qui n'est pas le cas ici étant donné que ces deux directions représentent souvent pour les gammas des distances à franchir, et donc des probabilités d'absorption, très différentes. Pour cette raison la rotation en SPECT couvre d'habitude les 360° d'un tour complet. En scintigraphie cardiaque l'usage veut qu'on se limite malgré tout à 180°, depuis les 45° d'oblique antérieur droit jusqu'aux 45° d'oblique postérieur gauche, fourchette angulaire qui cerne au mieux la position du cœur.

Le mouvement global de rotation n'est pas nécessairement circulaire: Pour éviter que la gamma-caméra se trouve inutilement éloignée du patient, les systèmes actuels sont souvent capables d'apprécier en permanence la distance par rapport au corps et de positionner le détecteur au plus près pour chaque position angulaire.

Les images finales proposent typiquement 64x64 ou 128x128 pixels. Vouloir plus fin n'aurait pas vraiment de sens ici étant donnée la faible résolution spatiale des gamma-caméras. Le nombre de positions angulaires de la tête de caméra doit être proche du rang de la matrice d'image (64 ou 128), ce qui d'une certaine manière découle du principe mathématique selon lequel le calcul de n inconnues demande entre elles n relations indépendantes.

 

2)Données et coupes.

 

Lorsqu'en tomodensitométrie on veut imager non pas une coupe transversale unique mais un volume entier, il est prévu d'imposer au tube à rayons X un mouvement hélicoïdal qui à la rotation dans le plan transverse (x,y) ajoute une translation selon l'axe principal z (scanners spiralés). On peut aussi considérer que l'usage de détecteurs en multi-barrettes permet en une seule rotation de balayer un volume plus ou moins étendu. En scintigraphie, une tête de gamma-caméra standard est par nature relativement étendue, typiquement d'une cinquantaine de centimètres, non seulement dans sa dimension transverse mais aussi dans sa dimension axiale, de sorte qu'une rotation sans déplacement permet à elle seule d'imager une partie importante du corps. Si l'ensemble des événements se produisant sur la surface de détection est distribué par le logiciel en une matrice de n cellules transverses sur m cellules axiales, les données de la 1ère rangée selon z serviront à reconstruire une première image transverse, les données de la seconde rangée fourniront une deuxième image, et ainsi de suite.

 

MedNuc IIIA 2 

 

On peut considérer que pour chaque position angulaire θ du détecteur les données sont accumulées dans une matrice (x',z), ce qui donnerait donc 64 ou 128 matrices de données en bout de course. On peut aussi considérer que les données s'accumulent dans des sinogrammes, à savoir des matrices où toutes les lignes concernent une même rangée transverse de coordonnée z, chaque ligne étant acquise pour une valeur d'angle différente. Ces deux manières de voir les choses sont bien sûr équivalentes et ne constituent pour nous que des moyens commodes de nous représenter les choses, étant entendu que les mémoires d'ordinateur ne forment en fait qu'un seul bloc où chacune se voit associée à un triplet de valeurs (x',z,θ). De même, lorsque tous les sinogrammes auront permis de reconstruire toutes les coupes transverses, le résultat se retrouvera stocké dans un bloc de mémoires associées chacune à un triplet de coordonnées (x,y,z) que les logiciels pourront adresser au gré de l'utilisateur. C'est ainsi que celui-ci pourra faire apparaître à l'écran non seulement des coupes transverses mais aussi, pour peu que cela ait été prévu par le programmeur, des coupes frontales ou des coupes sagittales. Il peut aussi s'agir de vues obliques, comme cela se fait couramment en scintigraphie cardiaque, où le cœur peut ainsi apparaître selon différents plans parallèles à ses axes principaux.

 

3)Têtes multiples.

 

Dans les gammas-caméras à deux têtes, les signaux provenant des deux détecteurs doivent être localisés et mélangés de manière très cohérente, ce qui de nos jours ne fait pas de problème. Le gain en sensibilité ainsi obtenu peut-être utilisé tel quel pour réduire le temps de mesure, mais il peut aussi servir à réduire la dose patient tout en gardant le même temps de mesure, ou encore à améliorer la résolution, ou enfin à gagner un peu sur tous les tableaux. En SPECT c'est plutôt l'augmentation en résolution qui est favorisée: En montant sur les têtes des collimateurs de haute résolution on réduit les taux d'acquisition mais sans redescendre pour autant au taux d'un détecteur unique et avec un bénéfice appréciable en termes de qualité d'image.

En SPECT de corps ou de crâne les détecteurs sont normalement disposés à 180°. En SPECT cardiaque, l'usage va plutôt à un positionnement côte à côte à 90°. Certains constructeurs proposent des machines à trois têtes, avec un coût à l'achat en proportion.