TDM
Le Scanner Medicale
La TomoDenisitoMetre
Le Scanographe
1. INTRODUCTION
La Tomodensitométrie ou TDM est dite aussi scanographie ou scanner X et Tomographie axiale transverse assistée par ordinateur.
C’est une technique qui a révolutionnée l’imagerie médicale et a valu le prix Nobel de Médecine à GN Hounsfield en 1979.
Elle permet de résoudre les deux principales insuffisances de l’imagerie radiologique conventionnelle, à savoir, la faible discrimination entre tissus mous et la superposition d’organes.
Cette technique d’imagerie numérique assistée par ordinateur, qui a profité du développement de l’informatique, permet d’accéder à des coupes transversales, éliminant tous les problèmes de la simple projection en radiographie standard.
leur foctionnement repose sur la reconstruction des images de coupe axiale transverse. Cesderniers sont des cartes des coefficients d’atténuation des rayon X obtenu à partir de projections qui définissent cette coupe. Sachant que le coefficient d’atténuation dépend de la densité tissulaire, d’où l’émergence du nom technique de Tomodensitométrie.
Cette derniere assure d'accroître la résolution en densité radiographique de l'image radiologique d'un facteur de 10 par rapport à l ancienne image radiologique planaire, Donc garantire de rendre visible des structures anatomique très voisines ou confondues en radiologie conventionnelle standard.
2. HISTORIQUE DU TDM
Souhaitant logiquement épargner à leurs patients le risque des explorations neuroradiologiques ; OLDENDORFF , un neurologue américain et AMBRAS un autre neurologue anglais , ont cherchédésespérément vers la fin des années 60 à obtenir l’image directe du cerveau avec les rayons X.
Ce n’est qu’en 1972 , en ANGLETERE , et en collaboration avec AMBRAS,qu’un ingénieur et physicien du groupe de recherche de EMI (Electronique Musicale Industrie) ;HOUSFIELD à réussi à mettre en marche le premier scanner qui était destiné à l’étude du cerveau.
Durant les trente dernières années la technologie a largement évolué, essentiellement dans les trois axes suivants :
- Vers des scanners corps entier,
- Vers augmentation des résolutions spatiales et de contraste,
- Vers des vitesses d’acquisition et de reconstruction de plus en plus rapide
- 1972 : premier examen tomodensitométrique cérébral
- 1974 : premier appareil corps entier
- 1979 : Prix Nobel de médecine décerné à Allan MacLeod et Godfrey N.Hounsfield pour le 1er scanner
- 1989 : acquisition hélicoïdale
- 1992 : faire de 2 coupes simultanées par rotation
- 1998 : acquisition multicoupes
3. DEFINITION DU TDM
DEFINITION 1 :
La scannographie ou tomodensitométrie est un examen radiologique qui nous permet d’avoir une image matricielle d’une tranche ou une coupe du corps exprimant la densité radiologique des petites unités de volume comprise dans cette tranche, cette image est reconstruite à partir d’une série de mesures et de calcul successifs.
La TDM fait appel aux rayons « X » et exprime la densité radiologique ou coefficient d’absorption aux rayons « X » des structures anatomiques qu’elle objective.
DEFINITION 2 :
TDM , ou la reconstruction informatique des images permet de retrouver ces contrastes ,la transition de la radiographie conventionnelle à la TDM à été très simple .
En radiologie conventionnelle cependant, en raison de la superposition des tissus l’atténuation moyenne dans la plupart des régions du corps à l’exception des os et de l’air est sensiblement identique. Ce qui explique l’impossibilité d’observer l’image de la rate ou du foie sur la radiographie de l’abdomen sans préparation.
4. PRINCIPES DE BASE DU TDM
Les principes de base de la tomodensitométrie : consiste à reproduire sur écran la distribution spatiale de l’atténuation de rayons « X » dans une coupe de l’organisme.
La mesure de coefficient d’atténuation du faisceau de rayons « X » par le corps et le calcule de la densité radiologique des tissus liée elle-même à leur composition chimique.
La reconstruction d’une image de l’objet à partir de ces différentes projections. C'est une image indirecte d’une tranche de l’objet obtenue en remplaçant le support d’enregistrement habituel par des détecteurs plus sensibles pouvant mesurer des différences infiniment plus faibles.
TUBE → rayon incident → MALADE →rayon émergeant → DETCTEUR
Les détecteurs reçoivent les rayons « X » qu’ils transforment en signal électrique.
TUBE → rayons x → DETECTEURS → signal électrique → ORDINATEUR
La restitution des mesures permet d’obtenir une image plane (unie) bidimensionnelle des données acquises dans une coupe d’une certaine épaisseur.
Le volume étudié est décomposé en petits volumes élémentaires voxel disposés de façon ordonnée selon une matrice.
Matrice :pour résoudrele problème de la reconstitution de l’image, on utilise une matrice ; c’est un tableau composé de m colonnes et n lignes définissant un nombre « mXn » de carrés appelés éléments matriciels ou pixels. Elle ne représente pas une coupe anatomique mais l’image résultant de l’intégration des coefficients d’atténuations selon l’épaisseur de la coupe. Le pixel de l’écran représente la densité moyenne du voxel de la coupe.
Pour bien comprendre la formation de l’image scanographique, il faut savoir que :
A l’intérieur d’une matrice on peut effectuer les opérationsd’additions et de multiplications sur les rangées, les colonnes et les diagonales.
Pour faire augmenter la précision du dessin matriciel il faut réduisant les dimensions des pixel qui la composent et en augmentant leur nombre .Les matrices utilisées actuellement vont jusqu’à 1024X1024.
Visualisation de l’image : le concept mathématique de la matrice à une réalité physique, celle-ci est concrétisée par la mémoire image qui constitue le dernier étage du processus de reconstruction.Dans cette mémoire sont stockés tous les points images composant la matrice.Chaque valeur numérique mémorisée doit avant son transfert subir une transformation numérique-analogique .Le résultat est un signal électrique analogique ou signal vidéo repris par un moniteur de télévision.5. ECHELLE D’HOUNFSFIELD
L’échelle d’HOUNSFILD se définit par la valeur de l’atténuation des rayons X par l’eau à la température ambiante .
L’œil humain ne permettant de distinguer que 16 niveaux de gris, les 2000 paliers de densité ne peuvent être vus simultanément sur écran .
L’intérêt du travail de l’image en console consiste donc à déterminer une fenêtre de densité utile dans l’échelle, puisque les densités tissulaires, hydriques et graisseuses avec des extrêmes représentées par l’air et le tissus osseux.
Au lieu de distribuer 2000 niveaux de densité dans une échelle de gris, on ne met que les données de la fenêtre utile avec cetteéchelle de gris.
6. ELEMENTS CONSTITUTIFS D’UN TDM
CHAINE RADIOLOGIQUE :
1-Générateur à haute tension :
Il alimente un tube à rayons X sous contrôle d’un ordinateur, il est plus puissant qu’un générateur d’une conventionnelle il est d’une intensité de 2000 MA .Son régime doit être continu et donc parfaitement stabilisé par régulateur électronique automatique. La qualité du faisceau dépend de la qualité du générateur.
2-Tube à rayons X :
Il est identiques à ceux employés en radiologie conventionnelle. Ses performances doivent être exceptionnelles lors de l’acquisition rapide de coupes fines. La capacité calorique du tube est d’une qualité primordiale afin d’éviter le risque de surcharge entre deux coupes :
- des capacités calorifiques de plus en plus élevées : les tubes les plus performantsutilisés à l'heure actuelle ont des capacités calorifiques de l'ordre de 5.0 à 7.0 MUC(MUC : Million Unités de Chaleur ; une Unité de Chaleur = l’énergie qu’il faut pour éleverd’un degré la température d’un gramme d’eau)
- Le refroidissement devenir de plus en plus rapide : l'ordre de grandeur pour lestubes scanners les plus performants à l'heure actuelle est de 500KUC à 850KUC parminute (KUC : Mille Unités de Chaleur)
3-Le foyer
Autre chause proprieate tres importan est la résolution spatiale, qui, dans certaines conditions d'acquisition sera limitée par la taille du foyer : ceci implique la conception de tubes multi-foyer.
Des constructeurs i visent à augmenter l’échantillonnage spatial par un foyer ont mis au point des tubes à foyer dynamique ou flottant qui se déplace dans l’espace pendant le tempsd’acquisition. Ce procédé garantire et saire d'augmenter la résolution spatiale.
4-filtrage
Nous somme d'accord que les rayonnement et l'irradiation sont tres dangereux lorsqu'il sont depassent la limite donc, les doses délivrées aux patients doivent être minimisées pour un examen donné. C’esten grande partie une question d'utilisation de protocoles optimisés.L'irradiation peut égalementêtre réduite en utilisant des filtres à rayons-x optimisés, qui éliminent autant que possible lesrayonnements basses énergies, qui irradient le patient mais ne contribuent pas à l’élaboration de la qualite d'image radiologique, a cause qu'ils sont absorbés presque totalement par les differentes cellules du corp humain .
5- Les systèmes de collimations :
Définissant l’épaisseurdes coupes et réduisant au maximum le rayonnement diffusé,ces collimations sont en nombre de deux, une primaire située coté tube une secondaire placée plus prés des détecteurs.
6- Le système de détection :
Sur les premiers appareils, les détecteurs étaient constitués des cristaux associés à des photomultiplicateurs. Ce type de détecteur étant relativement encombrant, ils était difficile d’en augmenter le nombre.
C’est pour cette raison que les tomodensitomètres de 3éme génération comportent pratiquementtous les systèmes de détection par chambre d’ionisation au xénon. Ce sont des systèmes extrêmement stables, et leur nombre peut atteindre plus de 1000 avec un encombrement relativement réduit.
Aujourd’hui tous les scanners sont équipés de détecteurs solides qui permettent de maximiser l’efficacité de détection et par conséquent la résolution en contraste par quantité de dose délivrée au patient. Il est composé d’un scintillateur, couplé à une photodiode en silicium.
La conversion durayonnement X se fait en deux étapes :
- conversion par le scintillateur du rayonnement X en lumière,
- conversion par la photodiode de la lumière en charge électrique ; cette charge estproportionnelle à la quantité de rayonnement X qui a frappé la surface du scintillateur.
Chaque mesure (projection) est mise en forme, amplifiée et convertie en numérique par unsystème électronique situé sur la partie tournante du statif .
Plus fréquemment ce système de détectionest appelé « matriciel » car il regroupe les différents capteurs en modules et selon une matrice.
6-1-CARACTERISTIQUES DES DETECTEURS
Détecteurs à gaz : Chambre à 1000 détecteurs.- Détecteurs : -1mm d’épaisseur. -30mm de largeur. -50mm de profondeur. -2 à 1,2mm d’espacement.
- Efficacité 50 à 60%.
- Détecteur nombre de 1000 :
-20mm de largeur. -2mm de profondeur.
-3 à O,6mm d’espacement. Nécessite un recalibrage fréquent.
- Efficacité =100%.
7. L’ENSEMBLE MECANIQUE :
Le tube et les détecteurs sont intégrés dans un système mécanique permettant la réalisation de la tomographie. Il est constitué d’un statif et d’une table :
Statif ou gantry :
Un anneau rigide supporte et solidarise le tube à rayons X et les détecteurs dans leurs mouvements au moment de l’acquisition des mesures. L’ensemble de statif peut s’incliner de part et d’autre de la verticale(20à30°).
La table :
C'est ou la zone à explorer est generalement allonger ou placé au dessous de la table du scanner.Elle est mobile ,Son déplacement longitudinal détermine le niveau du corps . Le repérage externe est effectuer grâce à un faisceau lumineux fixe par rapport à la table et parallèle au plan de coupe.
Le systeme informatique :
un système de reconstruction de l’image Il doit être de grande capacité et être capable de traiter un très grand nombre d’information.
Les differentes signaux électriques detectes sont convertis en nombres binaires : 101 10101, 11001111, etc. le Le La La reconstruction est gerer et guide par des differentes algoritmes et instruction affin de devenire capable pour traited et filtrer ” ces millions de données numériques et les rendre a des coupe radiographique visible sur le console selon la regle du nuance de gris et cette consentration depend les différences d’atténuation des rayons X dans les divers volumes élémentaires de l’organe examiné, ses voxels.
En imagerie en coupe médicale, la coupe radiographique à représenter une tranche mince, un voxel est un petit élément de volume de celle-ci.).
La reconstitution de l’image prendre de 3 à 8 secondes selon les differentes caracteristique du TDM. Aussi il faut savoire que l’ordinateur peut commander aussi le tube de rayons X et l’étalonnage des récepteurs.
Faire l'enregistrement de tous les donnes du patient : series de cuopes, images, diagnostic, rapport,... sur differentes support d'affichage de stockage numerique informatique .
La console :
Elle permet à l’opérateur de sélectionner un certain nombre de paramètres qui conditionnent l’image obtenue. Les images obtenues apparaissent sur le moniteur.
8. FONCTIONNEMENT DE L’APPAREIL :
Il comporte schématiquement 4étapes :- 1- Acquisition des données brutes :
L’ensemble « tube-détecteur » tourne de 360° autour de l’axe longitudinal du patient et chaque détecteur mesure l’absorption globale du tissu traversé.
- 2- La reconstruction :
- 3- L’affichage et le traitement de l’image :
La matrice numérique obtenue par reconstruction va étre lue case par case et ligne par ligne , pour étre convertie en image de télévision composée de points de tonalités différentes dont la présentation pourra étre modifiée par des manipulation appelées « fenêtrage ».
La fenêtre constitue la représentation d’une certaine gammes de densités ; toute les densités situées au dessus ou au dessous des limites de cette fenêtre apparaitront respectivement blanche ou noir, la fenêtre est définie par sa largeur et par son niveau ou centre .
- 4- Archivage des images :
- Soit tirées sur le film par reproducteur photographique ou laser .
- Soit enregistrées sur un support magnétique ou optique afin de pouvoir étre traitées sur une station de travail secondaire.
9. CRITERESDE QUALITE DE L’IMAGE TDM
La qualité de l’image densitométrique dépend de :La résolution spatiale :
facteur le plus important, elle permet de différencier deux points proches l’un de l’autre. Elle dépend de :
- La géométrie du système ; la finesse de la matrice utilisée.
- L’épaisseur de la coupe (inversement proportionnelle à l’épaisseur
- Le type d’algorithme employé pour la reconstruction de l’image.
Algorithm doit répondre à des règles opérationnelles : il doit être fini et se terminer après un nombre fini d’opérations, chaque instruction doit être définie sans ambiguïté, le fonctionnement de l’algorithme est déterministe (il donne les mêmes résultats pour les mêmes données)
La résolution densitométrique ou en densité :
3- Les artefacts :
De mouvement :
Les mouvements du patient pendent l’acquisition modifient le contenu de chaque pixel et rendent infidèle le calcul matriciel ex : les mouvements respiratoires et cinétique cardiaque et des gros vaisseaux….
Volume partiel :
Liés au durcissement du rayonnement :
10. CARACTERES PARTICULIERS DE QUELQUES TOMODENSITOMETRES
SCANNER (CT SCAN, TOMODENSITOMETRIE AXIALE) CONVENTIONNEL :
Le patient est couché sur le dos sur la table du TDM ou le scanner medical, elle va faire des mouvement et s'arrêter successivement sur toute la région anatomique du corp à examiner.
A chaque leur pause temporairement une emission du rayons x, Un faisceau de rayons X penetre cette region du patient , il tourne et y traverser avec plusieur angle de progection.
La quantité de rayons X est mesurée de manière continue par des détecteurs lors de la rotation du faisceau autour du patient. Ces informations permettront de reconstruire une "image tomodensitométrique" correspondant à la coupe transverse de la région examinée. Séquentiellement es coupes scanographique sont obtenues et couvrent de manière discontinue la région à examiner.
On explique la duree d'un tel examen consécutive à la succession d'acquisitions des coupes (environ 2 secondes par coupe), les reconstructions de chaque image puis l'avancée de la table. Dans les années 90, la durée d'un tel examen était d'un peu moins de une heure. On imagine aisément le manque de précision des images obtenues consécutifs à la discontinuité des mesures.
Nous somme les specialistes de l'imagerie medicale et la radiologie dans tous leur cote et taches telque manipulation ou interpritation et nous savouns tous c'est quoi les problemes ou bien les artefacts engendrés par des cycles respiratoires totalement différents ou des mouvements du patient. Cette technique est pratiquement abandonnée.
SCANNER (CT SCAN, TOMODENSITOMETRIE AXIALE) HELICOÏDAL:
TOMODENSITOMETRIE,TDM,SCANNER medicale : est une nouvelle technologie basee sur les rayons x, le tube à rayons X et sa batterie de détecteurs tournent sans s'arrêter autour du patient alors que la table avance à vitesse constante.Au cour d'une exploration scanographique, le faisceau de rayons X a décrit une hélice autour du patient, d'où le nom de la méthode.
Il est une acquisition continue de données. Le thorax comme topogramme ou bien l'exploration scanographique thoracique de la region du thorax peuti se faire cette fois en inspiration suspendue pendant environ 20 secondes.Le movenment du respiratoion produise artéfacts, ces derniers sont reduire et parfois avec la competence du manipulation du TDM et avec l'etat du patient on peut l'eli,iner.
Une acquisition des images peut être effectués durant différentes phases vasculaires et les premiers angio CT sont réalisés. Les principalesaméliorations sont de quatre ordres :
- Un temps d’acquisition plus court
- Une diminution importante de doses d’irradiation.
- La réduction de quantité de produit de contraste.
- L’augmentation du nombre de données brutes grâce a l’augmentation du nombre de détecteurs , ce qui rend possible de réaliser des constructions en 3D.
CT SCAN MULTIBARRETTES (SCANNER MULTIDETECTEURS, MULTICOUPES) :
Les novelles mise a jour de cette catégorie de scanner est le nombre et la configuration des détecteurs en action lors d'une rotation du tube à rayons X autour du patient. La plupart des scanner ont 4, 16 barrettes.
Les plus récents en ont 64. Nous donne que l'on acquiert 4, 16, 64 images par rotation du tube. Simultanément une grande amélioration rencontrer au niveau de la vitesse de rotation du tube de rayons X.
Tendique que les 1ers scanners à 4 barrettes avaient un temps de rotation de o,75s, la nouvelle génération met moins de 0,4s pour effectuer un tour. Reelement les tubes ont également amélioré permettant l'acquisition d'un nombre important d'images sans échauffement nécessitant un arrêt abrupt de l'examen et plus.
Donc une acceleration du temps d'acquisition de l'image ainsi l'obtention d'une imagerie haute résolution. La rapidité de l'acquisition des images permet d'examiner une région nettement plus importante que précédemment avec un temps d'inspiration suspendue réduit.
Un mis a jour des differentes exploration radiologiques scanofgraphique \ tomodensitomestrique specialement chez les polytraumatisés, les enfants ou toutes personnes ayant des difficultés respiratoires.
Actuellement et avec la developpement technologique il y a plusieurs mis a jour et beaucoup appareille TDM ou bien scanner medicale qui ont la capacite d'acquérir 264 images de 0.0625 mm avec un temps de rotation de 100 msec et encore moin .
De telles performances permettent d'envisager de nouvelles applications. Ces derniers facilite et sert a examiner des structures vasculaires jusqu'alors inaccessible et de petit diamètre comme les artères coronaires ,
Remarques importantes:
Nous somme d'accord que le mot scanner reflète une variété d'appareils ayant des performances extrêmement différentes.Lorsque l'on se réfère à la littérature médicale pour rechercher les performances d'un scanner dans une application donnée d'examiner le type de scanner employé (4 barrettes et vitess de rotation de 0.75s, 4 barrettes et 0,5s; 16 barrettes,..., 64 barrettes). Comme un petit tic pour mieu comprendre,il est en effet peu vraisemblable de pouvoir étudier correctement des artères coronaires avec un scanner ne comportant pas au moins 16 barrettes
11. CONCLUSION
La TDM a profité du développement de l’informatique et du traitement de signal
- Elle permet d’accéder à des coupes éliminant le problème de superposition d’organe.
- Elle permet d’améliorer le résolution en densité d’autant plus avec les techniques de fenêtrage de l’échelle de Hounsfield.
- Elle est particulièrement bien adaptée pour l’exploration des os et des tissus mous.
- Les scanners multicoupes permettent une imagerie rapide, avec une bonne résolution et la possibilité de reconstruction 3D temps réel et peut permettre la simulation d’une endoscopie.
- Elle est très utilisée en imagerie diagnostique. Elle aussi utile au chirurgien pour planifier son acte.