Imagerie par tomodensitométrie

La tomodensitométrie (TDM) ou scanographie ou CT-Scan (Computed Tomography) ou plus simplement scanner, est basée sur le même principe que la radiographie : la mesure de l’absorption des rayons X par les tissus suivant leur densité radiologique.

1.4.4.1 Principe

Contrairement à la radiographie qui consiste en une émission suivant une incidence unique de rayons X à travers un sujet et l’observation directe de l’absorption sur un support photo-graphique (projection plane), la TDM utilise une multitude d’incidences et plusieurs plans de coupe. La tomographie est le procédé de rétroprojection par lequel un volume tridimensionnel est reconstruit.

Le premier scanner à rayons X a été mis au point en 1972 par un ingénieur britannique, Godfrey Newbold Hounsfield, qui donne son nom à l’unité Hounsfield (H) de mesure des coeffi-cients d’absorption. Par exemple, l’air a un coefficient d’absorption de -1000 H, l’eau (similaire pour le sang) de 0 H et l’os dense 1000 H. Il est alors possible de visualiser les différents organes en se basant sur le contraste induit par les différents coefficients d’absorption.

1.4.4.2 Les différents types d’appareils

Un scanographe comporte un système source-détecteur, animé d’un mouvement de rotation autour de la table sur laquelle se trouve le patient, un système de traitement des données réa-lisant la reconstruction des coupes et une console gérant l’affichage, le traitement et l’archivage des images. Différentes générations de scanners ont marqué l’histoire de la tomographie, tendant vers des appareils toujours plus performants et plus rapides.

– Le scanner de première génération est celui de Hounsfield. Il utilise un unique faisceau de rayons X fin, un unique détecteur mécaniquement lié à l’émetteur. L’acquisition de chaque coupe se fait en deux temps : tout d’abord l’ensemble émetteur-détecteur parcourt une largeur de coupe grâce à une translation, puis l’ensemble effectue un rotation d’un degré. L’acquisition pour une seule coupe se fait en vingt minutes.

– La deuxième génération de scanner est très semblable à la première. Le procédé d’acqui-sition est le même, mais le faisceau de rayons X est plus large et une série de détecteurs remplace l’unique détecteur, permettant l’étude d’une zone plus large. L’acquisition en est accélérée : vingt ou quarante secondes par coupe.

– Les scanners de troisième génération sont dits “corps entier” par opposition aux généra-tions précédentes qui ne couvraient qu’une partie du corps (tête, thorax, ...). Une série

de détecteurs correspond à la largeur de la région étudiée. Seul le mouvement de rotation est conservé. Le temps d’acquisition pour une coupe est alors de deux à sept secondes. – La dernière génération de scanner n’utilise plus de détecteurs mobiles. Ces derniers

(plu-sieurs milliers) sont organisés en une couronne complète autour du patient. Ces scanners sont dits “à faisceau à électrons” permettant des acquisitions avec une résolution tempo-relle élevée mais une résolution spatiale plus faible.

Malgré l’arrivée des scanners de quatrième génération, c’est au travers de nouvelles avancées technologiques que les scanners de troisième génération ont montré leur intérêt. Le scanner spiralé ou hélicoïdal, le scanner multibarettes et le scanner double tube sont issus des scanners de troisième génération.

Le scanner spiralé. L’acquisition spiralée ou hélicoïdale est apparue en 1989. La table avance durant toute l’acquisition tandis que le couple émetteur-détecteur ne cesse de tourner (cf. figure 1.23). Elle permet une acquisition plus rapide (quelques secondes pour l’examen entier), plus précise, de meilleure qualité (cf. figure 1.24) et nettement plus confortable pour le patient (elle ne nécessite qu’une apnée de quelques secondes pour une acquisition cardiaque). Les acquisitions rapides ont permis le développement de l’angioscanner, technique non invasive d’exploration des vaisseaux sanguins durant le court temps de transit vasculaire d’un produit de contraste après son injection intraveineuse.

Figure 1.23 – Schéma du principe du scanner spiralé : la table avance durant l’acquisition tandis que le couple émetteur-détecteur ne cesse de tourner (d’après [Germain, 2005]).

Le scanner multibarrettes. Les barrettes sont les rangées de détecteurs. Au lieu d’une seule rangée, le scanner multibarettes compte 128 barrettes en 2008. Les coupes sont plus fines donnant accès à la reconstruction de structures de taille réduite (veines coronaires par exemple). En contrepartie, la dose d’irradiation est nettement supérieure à celle reçue par le patient dans les scanners d’anciennes générations.

Le scanner double tube. C’est le premier scanner à double source : deux sources sont disposées de manière orthogonale l’une à l’autre, ce qui offre une vitesse d’acquisition et une résolution temporelle deux fois plus élevée. Il est également possible d’utiliser deux énergies

Figure 1.24 – Exemple de coupe obtenue en imagerie scanner cardiaque.

différentes pour les deux tubes émetteurs ce qui ouvre de nouvelles perspectives et domaines d’utilisation comme la différenciation et l’évaluation de la composition de tissus mous.

1.4.4.3 Synchronisation en imagerie scanner cardiaque

La reconstitution des volumes fait appel à des techniques spécifiques, où obtenir une image de qualité nécessite de bénéficier de hautes résolutions spatiotemporelles afin de “figer” le cœur (en mouvement) et d’éviter les artefacts associés. Rares sont les systèmes scanners permettant d’imager la totalité du cœur en une seule itération, dans la majeure partie des cas, les images doivent être reconstruites à partir de projections acquises à des cycles cardiaques différents et à des positions successives. Il est donc nécessaire de synchroniser la reconstruction sur les mouvements du cœur , accessibles par l’intermédiaire de l’ECG. Deux types de synchronisation sont utilisées [Mahnken et al., 2005] :

– la synchronisation prospective en acquisition séquentielle (ou post-synchronisation), où les acquisitions sont lancées à un délai fixe après l’onde R de l’ECG, le plus souvent pendant la diastole ventriculaire. Cette technique connaît aujourd’hui un regain d’intérêt en raison de la dose d’irradiation moins élevée qu’elle nécessite, mais ne permet pas la restitution d’images volumiques sur tout le cycle ;

– la synchronisation rétrospective en acquisition hélicoïdale où une acquisition continue des volumes est combinée avec l’enregistrement de l’ECG. Comme en synchronisation prospective, l’onde R est prise comme point de repère pour la reconstruction des volumes 3D le long du cycle cardiaque (un instant correspond à un pourcentage du cycle R-R). Cette technique permet l’acquisition d’une séquence d’images 3D quasi-isotropes du volume cœur complet sur tout un cycle. Différents algorithmes de reconstruction ont été proposés [Lembcke et al., 2002] et font toujours l’objet de travaux de recherche afin d’améliorer la qualité des images [Barschdorf et al., 2007].

Les évolutions techniques des scanners portent aujourd’hui sur l’augmentation du nombre de détecteurs et sur l’augmentation des vitesse de rotation. Cependant, ces améliorations devraient aller de pair avec une augmentation de la dose d’irradiation et devront être couplées à des mé-thodes de réduction de dose [Boyer et al., 2002]. Cette modalité d’imagerie reste cependant très

utilisée dans un contexte clinique du fait de la très bonne résolution spatiale offerte. L’imagerie par résonance magnétique (IRM), technique non irradiante utilisant les champs magnétiques, représente une solution de remplacement ou un complément pour certaines applications mais ne peut pas remplacer l’imagerie tomodensitométrique dans toutes les indications.

Les informations anatomiques et fonctionnelles de l’acquisition scanner en font un examen de référence en cardiologie. Dans le cadre de la CRT, l’examen est effectué en priorité pour la visualisation de l’arbre coronaire (artères et veines) avant implantation d’un stimulateur épicardique.