Le démonstrateur ClearPET
2.3. L’ACQUISITION ET LE TRAITEMENT DES DONNÉES 47
Le point fort du format LMF réside dans son formalisme architectural générique, proposant au plus grand nombre de systèmes un encodage standardisé [59]. Il adopte pour cela un choix de structures hiérarchisées, dont la dénomination est présentée ci-dessous :
– Niveau 1 : « rsector ». Cette structure permet d’encoder au niveau le plus haut le nombre de secteurs (axiaux et tangentiels) dont dispose le système. Le ClearPET en l’occurence est constitué de 20 secteurs selon un axe tangentiel.
– Niveau 2 : « module ». Chaque rsector peut disposer d’un ou plusieurs modules de détection (axialement et tangentiellement). En prenant toujours l’exemple de notre tomo-graphe, 6 secteurs sont équipés axialement de 3 modules phoswhich.
– Niveau 3 : « submodule ». Chaque module peut disposer d’un ou plusieurs sous-modules (axialement et tangentiellement). Cette structure n’est pas utilisée dans notre système. – Niveau 4 : « crystal ». Chaque submodule dispose d’un certain nombre de canaux de
dé-tection (axialement et tangentiellement). Chacun des modules de dédé-tection du ClearPET est constitué de 64 canaux, 8 selon un axe axial et autant selon un axe tangentiel. – Niveau 5 : « layer ». Chaque crystal peut disposer d’une ou plusieurs couches (axialement
et tangentiellement). Dans notre cas, les cristaux de LSO et de LuYAP constituent les 2 couches du module de détection phoswich.
Une fois les données au format LMF, un certain nombre de fonctionnalités permettent d’y accéder, de les manipuler ou encore de les traîter. Du fait de la lecture cyclique des événements sur les différentes cartes d’acquisition, ces derniers sont en premier lieu triés en temps, de ma-nière à faciliter la recherche ultérieure de leurs corrélations temporelles. La localisation absolue de chaque événement dans le référentiel du laboratoire peut dès lors être reconstruite en leur associant, par recoupement temporel, la position angulaire du tambour fournie par l’encodeur de position externe. Par la suite, la fonction sort_coinci assure la recherche de coïncidences à partir du fichier d’événements simples préalablement traité. Celle-ci nécessite, entre autre, la spécification par l’utilisateur des contraintes temporelle (durée de la fenêtre de coïncidence) et spatiale (différence minimale entre secteurs) fixant les critères d’acceptation des coïncidences. Finalement, c’est à l’exécutable LMF2projection que revient le formatage du fichier de coïnci-dences en sinogrammes, dans un format interfile, selon un certain nombre de paramètres définis par l’utilisateur.
2.3.3 La reconstruction via STIR
La reconstruction proprement dite est assurée par l’exécutable FBP3DRP de la bibliothèque open-source STIR6 [60]. Le rôle de cette dernière est de fournir un outil de reconstruction tomographique multi-plateforme intégrant les principaux algorithmes analytiques et itératifs. Comme son nom l’indique, cette fonction procède à partir des sinogrammes de l’objet imagé à sa reconstruction volumique par un algorithme de reprojection 3D.
Chapitre 3
La tomodensitométrie
3.1 Introduction
La tomodensitométrie (TDM), aussi appelée computerized tomography (CT) par les Anglo-Saxons, est une modalité non invasive d’imagerie anatomique en radiologie permettant d’obtenir des coupes transversales, reconstruites à partir de la mesure d’un ensemble de projections de l’atténuation d’un faisceau de rayons X à travers le volume étudié. La TDM a connu un essor considérable depuis les années 70, justifié par son intérêt diagnostique et par l’amélioration continue de ses performances techniques. Elle représente l’une des applications les plus réus-sies et les plus fécondes de l’application de l’informatique à la médecine et à l’imagerie médicale.
Ses domaines d’applications, limités à l’origine au crâne et au cerveau, se sont très rapi-dement étendus à l’ensemble du corps. Cette modalité est encore aujourd’hui le ou l’un des meilleurs examens radiologiques pour l’exploration du thorax et de l’abdomen. Elle reste éga-lement l’examen de choix dans l’évaluation de lésions osseuses comme des fractures. L’angio-scanner est, quant à lui, devenu l’examen de routine dans un certain nombre de pathologies vasculaires. Pour l’exploration cérébrale, toutefois, la TDM a été supplantée par l’imagerie par résonance magnétique (IRM) dans la recherche de pathologies cérébrales non traumatiques. Ses indications se limitent aujourd’hui essentiellement à la recherche de traumatismes crâniens et d’hémorragies intracrâniennes. L’amélioration des performances des imageurs et de leurs outils informatiques a également permis l’émergence de nouvelles indications telle que la coloscopie virtuelle.
3.2 Historique
Le développement de la TDM est lié au développement de l’informatique dans les années 60. Bien que les principes mathématiques de la théorie de reconstruction d’un objet à partir de ses projections aient été énoncés en 1917 par Radon [61], les premières applications pra-tiques sont plus récentes puisqu’elles apparurent avec Bracewell en 1956 dans le domaine de la radio-astronomie afin d’identifier des régions solaires émettant des rayonnements micro-ondes [62]. Les premières applications médicales furent réalisées en 1960 par Oldendorf en utilisant une source gamma, puis en 1963 par Kuhl, Edwards et Cormak [63] [64]. La tomographie par
50 CHAPITRE 3. LA TOMODENSITOMÉTRIE
rayons X assistée par ordinateur fut développée par Hounsfield [65] et le premier scanner uti-lisable sur site clinique fut installé en 1971 à Londres. Elle ne permettait d’examiner que la tête, et l’exploration du corps entier ne fut possible qu’à partir de 1974. La mise au point de la TDM a été saluée comme la découverte la plus importante en radiologie depuis celle des rayons X par Roentgen en 1895. Elle a valu à Cormak et Hounsfield le Prix Nobel de médecine en 1979.
3.3 Principe de la TDM
3.3.1 L’acquisition des données
L’acquisition d’un grand nombre de projections (monodimensionnelles) d’une coupe axiale transverse (bidimensionnelle) permet la reconstruction mathématique de l’objet examiné. L’ac-quisition de ces projections s’effectue en déplaçant, par rotation, un tube à rayons X associé à un ensemble de détection, l’objet à imager étant placé entre le tube et les détecteurs (cf. Figure
3.1). En traversant l’objet, le faisceau de rayons X subit une atténuation (absorption et diffu-sion) différente selon les diverses structures anatomiques recontrées. Cette atténuation dépend de la densité de ces structures, de leur composition atomique et de l’énergie du faisceau de rayons X. La TDM est donc une modalité d’imagerie tomographique par transmission qui met en valeur les différences d’atténuation des rayons X dans l’objet examiné. L’atténuation d’un faisceau monochromatique par un objet de densité uniforme répond à la loi de Lambert-Beer : I = I0e−µ L (3.1) où I0 et I représentent respectivement les flux de photons incidents et transmis, L l’épaisseur du matériau traversé en cm et µ le coefficient d’atténuation linéique du milieu en cm−1. Pour un objet plus complexe composé de petits éléments de volume identiques, mais de coefficients d’atténuation différents, on peut écrire :
X i µi = 1 l ln( I0 I ) (3.2)
l étant l’épaisseur de chaque élément de volume et µi le coefficient d’atténuation linéique de l’élément i. Ainsi la somme des coefficients d’atténuation linéique le long de la trajectoire rectiligne du faisceau (intégrale de ligne) peut être calculée à partir de la mesure des flux incident et transmis. Ce processus, reposant sur l’hypothèse d’un rayonnement monochromatique non vérifié en pratique, constitue la mesure élémentaire en TDM. Lorsque l’objet est inhomogène et le faisceau polychromatique, le faisceau transmis doit également être intégré sur le spectre d’énergie des rayons X et l’équation3.1 devient ainsi :
I = Emax Z 0 I0(E) e − L R 0 µ(E,x) dx dE (3.3)
De nos jours, la source de rayons X est collimatée de sorte que le faisceau soit un pinceau en forme d’éventail (fan beam), suffisamment ouvert pour englober entièrement l’objet présent dans le champ de vue. Un grand nombre de détecteurs (plusieurs centaines) sont disposés en