L imagerie tomodensitométrique
HISTORIQUE 1968 : 1er prototype industriel ( firme EMI, maison de production des Beatles ) : Godfrey Hounsfield 1971 : premier examen tomodensitométrique cérébral
HISTORIQUE 1974 : premier appareil corps entier 1979 : Prix Nobel de médecine décerné à Allan MacLeod et Godfrey N.Hounsfield pour la mise au point du premier scanner 1989 : acquisition hélicoïdale 1992 : acquisition de deux coupes simultanées par rotation 1998 : acquisition multi coupes ou multi barettes Une révolution dans la présentation des images! Coupes tomographiques
PRINCIPE Le scanner est une chaîne radiologique avec un tube à rayons X un ensemble de détecteurs disposés en couronne Le principe i repose sur la mesure de l atténuation d un faisceau de rayons X qui traverse un segment du corps. Le tube et les détecteurs tournent autour de l objet à examiner. De multiples profils d atténuation sont obtenus à des angles de rotation différents. Ils sont échantillonnés et numérisés. Les données sont rétroprojetées sur une matrice de reconstruction puis transformées en image analogique.
PRINCIPE
Machine
PRINCIPE
PRINCIPE Tube et détecteurs tournent autour du patient Mesures d atténuations sont effectuées selon différents angles de rotation du tube
PRINCIPE Faisceau de rayons X traversant un objet homogène d'épaisseur x subit une atténuation, fonction de la densité électronique de l objet. X=X X 0 e -µx X 0 Log = µx X Le faisceau rencontre des structures de densité et d'épaisseur différentes. L atténuation dépend donc de plusieurs inconnues µ 1 x 1, µ 2 x 2,.µ n x n
PRINCIPE Transformation des RX en signal électrique. Proportionnel à l intensité du faisceau de RX. Le profil d atténuation ou projection correspond à l ensemble des signaux électriques fourni par la totalité des détecteurs pour un angle de rotation donné. Enregistrement d une série de profils d atténuation résultants de la traversée de la même coupe selon Le détecteur transforme le différents angles de rotation (de l ordre lordre de 1000 faisceau de RX en signal électrique mesures par rotation).
PRINCIPE Principe de réalisation des images A chaque rotation, de multiples profils d atténuation sont obtenus selon différents angles de rotation
PRINCIPE Les projections sont échantillonnées et numérisées. Conversion des données brutes (valeurs numériques) avec une adresse spatiale Reconstruction ti possible d une image du plan de coupe étudié à partir de n projections obtenues selon des angles différents Ces projections sont rétro-projetées sur une matrice de reconstruction.
Animation ombres.swf
Exemple de rétro projection on ou d épandage
détecteurs Rétroprojection ti de ce profil RX Acquisition d un profil
Après rétroprojection, l objet reconstruit n est pas aussi pur que l objet initial (altération) Il faut un filtrage ou convolution (artifice math) pour améliorer le résultat de l épandage On parle de rétroprojection filtrée Logiciels de reconstruction (rétroprojection, transformée de Fourier)
Coupe et Voxel tube coupe objet Détecteurs
coupe Séparation voxel
256 512 1 2 3 4 512 512 256 MATRICE
Intensité Io Atténuation d Intensité I Atténuation pour un voxel
MATRICE Matrice 512*512 A chaque voxel de la matrice de reconstruction correspond une valeur d atténuation µ ou de densité. En fonction de sa densité, chaque voxel est représenté sur l image par une certaine valeur dans l échelle des gris proportionnelle à l atténuation. Les coefficients de densité des différents tissus sont exprimés en unités Hounsfield UH.
Echelle HOUNSFIELD Variation entre -1000 et +1000 avec une valeur arbitraire de 0 pour l eau, -1000 pour l air et +1000 pour l os dense L œil humain n est capable de distinguer que moins de 30 niveaux de gris Fenêtre = densités traduites sur l écran Paramètres de la fenêtre : i (l l) l t l d d ité i li é niveau (level) :valeur centrale des densités visualisées largeur (window) : nombre de niveaux de densité
Coefficients d atténuation des différents tissus non représentés dans leur valeur absolue mais rapportés à un coefficient d atténuation de référence : l eau Hounsfield a donné à l eau le niveau 0 à l air le niveau 1000 et l os la valeur +1000 Hounsfield a donné à l eau le niveau 0, à l air le niveau 1000 et l os la valeur +1000 L image sur le moniteur est montrée en UH
Performances et qualité de l image TDM La qualité d une image va dépendre de : La résolution spatiale spatiale (+petite distance entre 2 objets ponctuels que l instrument nous permet de voir séparés dans l image) La résolution en contraste (différence moyenne d intensité entre 2 points) La
Résolution spatiale = + petit détail visible à fort contraste Dépend de la taille du voxel de la matrice Augmente : Si taille foyer diminue Si collimation parfaite Avec nombre de points de mesure par projection 05à1mm 0,5 Mais pour la Recherche Médicale résolution de quelques microns
Résolution en contraste (ou en densité ) = + petite différence de contraste ou d absorption décelable de façon significative ifi i par lamachine Dépend : du niveau de bruit qui parasite l information (dispersion aléatoire des valeurs de densité de l image autour d une valeur moyenne) Du nombre de photons arrivant sur détecteurs De la reconstruction Environ 1% Sur une image radiographique on ne peut objectiver que des variations à 20%!
Facteurs du contraste Tissu Épaisseur de l objet Énergie du faisceau incident Agents de contraste Nécessité éd d augmenter la densité éde structures anatomiques, surtout les axes vasculaires Utilisation de produits iodés injectés par voie IV (attention ti aux problèmes d allergie)
Résolution temporelle Scanner multicoupes : temps d acquisition 4 à 8 fois plus courts que monocoupe coupe fine en temps court : utile pour limiter artefacts des organes mobiles Rapidité +++ : 2 secondes pour l acquisition i i et la reconstruction d une coupe Possibilité d exploration en apnée
Plusieurs générations de TDM Principe des appareils de dernière génération TDM à rotation continue et hélicoïdale +++ 2008 128
Principe de l acquisition hélicoïdale Avant 1 rotation = 1 coupe puis déplacement du lit. Maintenant Déplacement linéaire du lit pendant la rotation continue donnant une acquisition en hélice
Principe de l acquisition hélicoïdale Film : présentation 4 Acquisition séquentielle et spiralée
Composition d un TDM Générateur THT = 80 à 140 kv ma de 10 à 500 ma P=50à60kW Principe de réalisation des images
Composition d un TDM Générateur THT = 80 à 140 kv ma de 10 à 500 ma P=50à60kW Principe de réalisation des images Pour obtenir le courant de chauffage et courant HT : Transformateurs redresseurs Tube à anode tournante, à foyer fin, résistance mécanique +++ vitesse de 0,5 s pour 360 (possible avec technique sans cablage «slip ring» pour transfert énergie électrique pendant rotation continue du tube)
Composition d un TDM Filtres Faisceau avec spectre de rayonnement étroit, diminuant les RX de plus faible énergie Collimateurs : calibration du faisceau de RX en fonction de l épaisseur de coupes voulue, limitation du rayonnement diffusé sortant du patient
Composition d un TDM Détecteurs Détecteurs au xénon Chambres d ionisation Efficacité faible solides : scintillateur qui convertit RX en photons lumineux récupérés par photodiode signal électrique Efficacité excellente Temps de réponse rapide
Détecteurs Scanner multicoupes ou multibarettes Scanner monocoupe : Une seule couronne de détecteurs Axe x, 50 1 rotation = 1 coupe Scanner multi-coupes Jusqu à 128 couronnes Dépend des machines et constructeurs Soit une couronne = 1 coupe Soit combinaison des signaux de plusieurs couronnes
Scanner multicoupes ou multibarettes Plusieurs coupes par rotation
EVOLUTION
Scout ou topogramme
Séméiologie de l image TDM Artefacts Objets métalliques : bouche (amalgames dentaires, prothèses), broches, plaques,prothèses orthopédiques Mouvements du patient Respiration Artéfacts liés à la machine : détecteurs, reconstruction
3D Coupe TDM 2D Reconstruction 3D en TDM Reconstruction 3D en TDM avec injection de PCI
Reconstruction 3D fracture du crâne Bilan de fractures complexes : état des lieux, gestes de reconstruction
Bilan préopératoire orthopédique : mesure pour commander une prothèse adaptée, détermination de mouvements articulaires
Reconstruction 3D vasculaire Anévrysme aorte Bilan préopératoire de lésions complexes : taille Bilan préopératoire de lésions complexes : taille, rapports avec les organes et vaisseaux de voisinage
Reconstruction 3D vasculaire
Reconstruction 3D vasculaire : exemple de greffon rénal
Coroscan Bilan de coronaropathie : sténoses, bilan préopératoire, pontages, endoprothèses
Bronchoscopie virtuelle :
LES PERFORMANCES DES SCANNERS X I. Résolution en densité 1% Sur une image radiographique on ne peut objectiver que des variations à 20%! II. Résolution spatiale 0,5 à 1 mm Mais pour la Recherche Médicale résolution de quelques microns III. Rapidité Scanner 5 ème génération 2 secondes pour l acquisition et la reconstruction d une coupe Scanner spiralé : 2min 30 pour le corps entier Reconstruction ti simultanée Couplage à l ECG Possibilité d utiliser des produits de contraste vasculaire
LE SCANNER X en Recherche h Médicale Imagerie par micro-scanner Os humain (vertébral) ESRF-CREATIS / Grenoble 33 ans 55 ans 72 ans
Plateau technique «micro-scanner» Plateforme Technologique d Innovations Biomédicales Hôpital Xavier Arnozan, Pessac Micro-tomographie à rayons X à haute résolution Système ex-vivo jusqu à 6.5 µm de résolution diamètre max = 25mm Système in-vivo couplé à un poste d anesthésie par gaz jusqu à 27 µm de résolution souris, rats
Application «os» vertèbre souris Squelette patte souris visualisation 3D
Application «os» Réparation osseuse naturelle µ-fracture fémur souris (14 j) Réparation osseuse (14 j) visualisation 3D