La Tomodensitométrie

Transcription

1 La Tomodensitométrie

2 Du plan à la coupe Nous vivons dans un monde tridimensionnel, mais l image que nous avons de ce monde se forme sur le plan (2D) de notre rétine. La vision binoculaire nous donne l illusion du relief et c est notre cerveau qui recompose les informations 3D à partir de ces images planes. Nous ne voyons au mieux que l enveloppe extérieure des objets qui nous entourent, projetée sur notre rétine. Si l objet est transparent, nous arrivons à localiser dans l espace les structures internes en tournant autour de l objet. Si l objet est opaque, nous le découpons en tranches pour observer l intérieur. Le cerveau de l être humain ne dispose pas des outils nécessaires à l analyse tridimensionnelle directe.

3 Usage du théorème de J. Radon A partir d une formulation mathématique donnée en 1917 par J. Radon, on peut obtenir des informations sur le contenu d un objet à partir des différentes projections enregistrées en tournant autour de lui. Cet algorithme est valable aussi bien pour les objets qui sont traversés par un rayonnement (Rayons X) que pour ceux qui émettent ces rayonnements (Rayons γ). Utilisé en médecine, en astronomie et dans l industrie.

4 La Tomodensitométrie : TDM ou scanner Principe de l'acquisition tomographique tube et/ou détecteur en rotation faisceau "plat" de 1 mm d'épaisseur rotation autour de l'axe du corps ( 1 sec) angles multiples (256, 512) réalisation de coupes axiales transverses somme des µ élémentaires, indépendant de x

5 Exemple de scanner : cerveau General Electric Medical Systems

6 Le scanner à rayons X Antérieur Droite Gauche Axe du corps Postérieur

7 La Tomodensitométrie Principe de base : l équation d atténuation I = I 0 e -µx

8 L atténuation du faisceau Io µ 1 µ 2 µ 3 µ 4 µ 1 µ 5 I x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 I = Io. e [(µ 1 x 1 )+ (µ 2 x 2 )+ (µ 3 x 3 )+ (µ 4 x 4 )+ (µ 1 x 5 )+ (µ 5 x 6 )]

9 Les conventions 1 n π µ moyen µ élevé 0 définition d'une matrice pour contenir l'objet et représenter son image la taille des pixels est fixée donc la distance x est déterminée x rotation selon plusieurs incidences (θ = 0 π) π/2 chaque incidence x comporte n lignes de tir

10 Calcul des valeurs des pixels La distance x est fixée, seul µ est variable On crée un système d'équations : I n ligne, n angle I = I e i= 1 I 1,0 n,k I 0 p p = i = 1 0 e On peut résoudre ce système algébriquement et on obtient une valeur de µ pour chaque pixel µ µ i,1 i,n x x x est constant

11 Scanner de 1ère génération détecteurs tube

12 Scanner de 1ère génération détecteurs tube

13 Scanner de 2 èmes générations détecteurs courbes tube

14 Scanner de 3 ème génération 1 couronne de détecteurs fixes tube

15 Scanner récents plusieurs barettes de détecteurs mobiles tube faisceau plus «épais»

16 Possibilité d énergie différente par tube Scanner bi-tube

17 Principe de l'acquisition Io θ Io k Mesures : I 1, 0 I n, 0 1 Io 0 I 1, θ I n, θ n I 1, k I n, k

18 Méthode non algébrique (Fourier Radon) Io θ Io k 1 Io 0 n

19 La rétroprojection (épandage) on additionne les réponses en conservant chaque direction d acquisition

20 La rétroprojection filtrée le filtrage diminue les artéfacts de reconstruction

21 Les différents filtres influence du nombre d incidences filtrage vs lissage notion de fréquence spatiale renforcement ou coupure de fréquences transformation de Fourier

22 Influence du nombre d angles modèle

23 Influence du filtre f s 1 1 f s 1 f s 0,5 0,5 0, ,5 0,5 0,5 f e Filtre rampe f e Filtre adapté f e Filtre trop lissant

24 Une vraie reconstruction original

25 Un pixel = une valeur de µ µ= 328 µ= 645

26 Les unités Hounsfield On peut calculer 2000 valeurs différentes de µ Chaque µ est exprimé en unité Hounsfield, sur une échelle allant de 1000 à La valeur 1000 est attribuée à l'air La valeur 0 est attribuée à l'eau La valeur est attribuée à l'os compact

27 Fenêtre totale niveaux B Air Eau N Calcium Tissu pulmonaire Muscle, Coeur Foie Os

28 Fenêtre " air " B 20 niveaux N Air Eau Calcium Tissu pulmonaire Muscle, Coeur Foie Os +1000

29 Fenêtre " tissu mou " niveaux B N Air Eau Calcium Tissu pulmonaire Muscle, Cœur, Foie Os +1000

30 Fenêtre " os " niveaux B N Air Eau Calcium Tissu pulmonaire Muscle, Coeur Foie Os +1000

31 Et la couleur? Fausse bonne idée!

32 Les scanners modernes Hélicoïdal, Multicoupes (64 256), Bi-tubes Très rapide (synchronisation respiratoire) Résolution améliorée : voxels de 0,2 x 0,2 x 0,2 mm Usage systématique du produit de contraste Irradiation plus importante Algorithmes de reconstruction plus complexes

33 Coupes non jointives 1 mm 5 mm Limites : une seule direction de plan de coupe et risque de ne pas voir de petites lésions.

34 Coupes jointives 1 mm transverse sagittal frontal Possibilité de réaliser des réorientations d axe selon n importe quelle direction. Condition indispensable pour une représentation 3 D

35 Les perfectionnements Les premiers scanners : une coupe par demi-rotation rotation alternative L introduction du scanner hélicoïdal : rotation en continue avec avancée du lit

36 L évolution des scanners standard

37 L évolution des scanners standard hélicoïdal

38 Le scanner hélicoïdal Avantages : plus grand nombre de coupes diminution du temps par coupe réduction du temps d examen : une apnée coupes jointives reconstruction 3D Inconvénient : augmentation de la dose absorbée

39 Le scanner à barrette unique épaisseur 1 mm une seule barrette de détecteurs une image par demi-rotation

40 Le scanner multicoupes plusieurs barrettes (2 à 64) épaisseur : 0,2 mm 2 à 64 images par demi-rotation

41 Scanners monocoupe et multicoupes

42 Épaisseur des coupes

43 L effet de cône

44 Détecteurs symétriques et asymétriques

45 Compensation de l effet de cône par les détecteurs asymétriques

46 T.D.M. bi-tube Deux générateurs de rayons X Deux détecteurs Deux utilisations possibles : Réduction de la durée d acquisition Acquisition double énergie Inconvénients : Dosimétrie identique ou augmentée Coût économique élevé.

47 La tomographie de Transmission L acquisition des informations Le scan hélicoïdal Le scanner multicoupes Amélioration de la résolution inter-coupes Le scanner bi-tube (application cardiologique) Mais, augmentation de la dosimétrie La phase de reconstruction Le choix des paramètres Reconstitution 3D L association avec d autres modalités

48 Exemples d images de TDM

49 Représentation 3 D

50 Reconstitution 3 D General Electric Medical Systems

51 Les examens utilisant les radiations ionisantes Effet cumulatif des doses reçues carnet de santé, carte à puce individuelle Précautions particulières : enfants femmes enceintes (contre-indication ±) Responsabilité médicale : vis à vis d un patient donné vis à vis de la communauté

52 Dose effective A partir de la dose absorbée (en Gray) on définit une dose effective (en Sievert) pour un être vivant, en tenant compte du type de rayonnement et du type de tissu biologique. On admet que pour les examens d imagerie (Radiologie et Médecine Nucléaire) on a : 1 Sievert (Sv) = 1 Gray (Gy)

53 Doses effectives en radiologie Cliché radiographique Radioscopie (1 mn) Ampli de luminance (1 min) Radiocinéma (1 min) Scanner (mode hélicoïdal) 0,2 2 msv 150 msv 10 msv 40 msv 100 msv

54 avec nos sincères remerciements pour son aide précieuse dans la réalisation de ce document à notre ami le Pr Jean Yves Devaux (St Antoine) année