Fiche de révision : Technologie et qualité du scanner

📋 Plan du Cours

1. Principes généraux de la tomodensitométrie
2. Générateur et tube à rayons X
3. Filtration et collimation du faisceau
4. Détecteurs et chaînes de détection
5. Acquisition et reconstruction des images
6. Densités, pixels et unités Hounsfield
7. Modes d’acquisition et déroulement
8. Résolutions et qualité d’image
9. Artéfacts et leurs corrections
10. Dosimétrie et optimisation
11. Imagerie spectrale et photonique
12. Post-traitements et reconstructions avancées

📖 1. Principes généraux de la tomodensitométrie

🔑 Notions clés & Définitions

• Tomodensitométrie : Méthode d’exploration radiologique tomographique à visée diagnostique voire interventionnelle qui mesure l’atténuation des rayons X dans le patient pour obtenir des coupes axiales.

📝 Points essentiels

📐 Formule - L’atténuation du faisceau est décrite par $I=I_0e^{-b5d}$, où $I_0$ est l’intensité primaire, $I$ l’intensité atténuée, $b5$ le coefficient linéaire d’atténuation et $d$ l’épaisseur traversée.

💡 Astuce mémo

Atténuation des rayons X → calcul des densités → images en coupes

📖 2. Générateur et tube à rayons X

★ À maîtriser

• Le générateur fournit au tube à rayons X une haute tension comprise entre 70 kV et 150 kV et peut délivrer une puissance de 50 kW voire 100 kW.

• Dans le tube à rayons X, le chauffage du filament de la cathode émet des électrons qui sont accélérés vers l’anode par la différence de potentiel, puis leurs interactions avec la matière produisent 99 % de chaleur et 1 % de rayons X.

Compléments

📌 La rotation alternée de 1971 utilisait un câble haute tension avec des rotations de 180°, tandis que la rotation continue apparue en 1989 utilise une bague de glissement, ou slip ring, permettant une rotation de 360°.

💡 Astuce mémo

Cathode − émet les électrons, anode + les reçoit

📖 3. Filtration et collimation du faisceau

★ À maîtriser

📌 La filtration primaire, généralement en aluminium, élimine les rayons X de faible énergie qui ne participent pas à l’image et augmenteraient la dose au patient.

📌 La collimation primaire, placée avant le patient, détermine le champ de vue et l’épaisseur de spire, tandis que la collimation secondaire, placée après le patient et avant les détecteurs, élimine le rayonnement diffusé.

Compléments

• Le filtre papillon adapte la quantité de rayons X aux variations d’épaisseur du patient en délivrant davantage de rayons au centre du corps qu’à sa périphérie.

💡 Astuce mémo

Filtrer réduit les photons mous ; collimater délimite et nettoie le faisceau

📖 4. Détecteurs et chaînes de détection

★ À maîtriser

• 🔄 La détection des photons X suit trois étapes :
  1. Les cristaux scintillateurs transforment les photons X en photons lumineux
  2. La photocathode convertit la lumière en électrons
  3. Les dynodes amplifient le flux électronique

Compléments

• Dans l’exemple d’un scanner 64, la détection comporte 64 barrettes selon l’axe Z, chacune mesurant 0,625 mm, et jusqu’à 1000 détecteurs par rangée selon l’axe X.

💡 Astuce mémo

Rayons X → lumière → électrons → signal mesuré

📖 5. Acquisition et reconstruction des images

★ À maîtriser

• Les projections d’atténuation sont échantillonnées et numérisées par le convertisseur analogique-numérique pour produire les données brutes, ou sinogramme, puis placées sur une matrice par reconstruction analytique ou itérative.

Compléments

• L’efficacité d’un scanner dépend du nombre de canaux de reconstruction plutôt que du seul nombre de barrettes, avec une efficacité de 77 % pour 40 canaux traitant 52 barrettes et de 100 % pour 64 canaux traitant 64 barrettes.

💡 Astuce mémo

Projections → numérisation → sinogramme → reconstruction

📖 6. Densités, pixels et unités Hounsfield

★ À maîtriser

📌 Un pixel est un élément carré de la matrice, tandis qu’un voxel associe à ce pixel l’épaisseur de coupe pour représenter un volume.

📌 Le FOV d’acquisition est choisi avant l’acquisition et ne peut plus être modifié, tandis que le FOV de reconstruction peut être modifié après l’acquisition sans dépasser le FOV d’acquisition.

• L’échelle de Hounsfield va de −1000 UH pour l’air à +1000 UH pour l’os compact, avec 0 UH pour l’eau.

Compléments

• Les matrices de scanner sont le plus souvent de 512 × 512, mais peuvent être de 256², 768² ou 1024², notamment pour l’imagerie du rocher.

💡 Astuce mémo

Air noir à −1000 UH, eau grise à 0 UH, os blanc à +1000 UH

📖 7. Modes d’acquisition et déroulement

📝 Points essentiels

📌 Le mode radio, ou topogramme, est une acquisition plane réalisée avec le tube et les détecteurs fixes pendant le déplacement longitudinal de la table.

📌 L’acquisition séquentielle réalise une rotation complète avec table fixe pour chaque acquisition, tandis que l’acquisition hélicoïdale fait tourner continûment le tube pendant le déplacement de la table.

📐 Formule - Le pitch est le rapport entre la distance parcourue par la table pendant un tour et l’épaisseur de coupe, soit $P=\frac{d}{e}$.

📌 Lorsque le pitch est inférieur à 1 les coupes se chevauchent, lorsqu’il est égal à 1 elles sont jointives et lorsqu’il est supérieur à 1 elles sont espacées.

💡 Astuce mémo

Centrage → topogramme → acquisitions → reconstructions

📖 8. Résolutions et qualité d’image

🔑 Notions clés & Définitions

• Résolution spatiale : Capacité à détecter et différencier le plus petit détail présent dans l’image.
• Résolution en densité : Plus faible variation de densité détectable par le scanner et dépend du rapport signal sur bruit.

• Résolution temporelle : Temps séparant la première et la dernière donnée utilisée pour reconstruire l’image et caractérise la capacité du scanner à figer le mouvement.

📝 Points essentiels

• Le bruit est inversement proportionnel à la dose, donc au nombre de mAs et à l’énergie des rayons X exprimée en kV.

💡 Astuce mémo

Spatial = détail, densité = contraste, temporelle = mouvement

📖 9. Artéfacts et leurs corrections

🔑 Notions clés & Définitions

• Artéfact : Phénomène ou signal artificiel lié à la méthode utilisée lors de l’expérience et provoquant une erreur d’analyse.

★ À maîtriser

• Les principales origines des artéfacts sont :
  • Le patient
  • Le matériel
  • L’effet de volume partiel
  • Le durcissement du faisceau
  • L’insuffisance de rayons X
  • Le sous-échantillonnage

Compléments

📌 Le sous-échantillonnage provoque des images en marches d’escalier, qui diminuent avec des coupes fines et un incrément adapté.

💡 Astuce mémo

Mouvement, matériel ou physique → artefact → adaptation ou correction

📖 10. Dosimétrie et optimisation

★ À maîtriser

📌 L’IDSV, ou CTDI, est l’indice de dose scanographique du volume exprimé en mGy, tandis que le PDL est le produit dose-longueur exprimé en mGy·cm.

📐 Formule - Le produit dose-longueur se calcule par $PDL=IDSV\times\text{longueur d’hélice}$ et s’exprime en mGy·cm.

• L’IDSV est indépendant du pitch et proportionnel aux mAs, tandis que la dose délivrée varie avec les kV selon la relation $D=kV^2\times\frac{I\,t}{d^2}$.

Compléments

• La modulation automatique des mAs adapte la charge du tube aux atténuations mesurées sur les topogrammes et aux différentes parties du corps traversées.

💡 Astuce mémo

Trop de rayons surexpose ; trop peu rend l’image ininterprétable

📖 11. Imagerie spectrale et photonique

★ À maîtriser

📌 À une seule énergie, l’os et l’iode peuvent présenter une atténuation similaire, tandis que deux énergies différentes permettent de distinguer leurs coefficients d’atténuation.

• L’imagerie spectrale peut réduire la quantité d’iode injectée, éviter une acquisition sans iode grâce au Virtual Non Contrast et diminuer certains artéfacts de durcissement et de blooming.

Compléments

📌 Dans un scanner standard, les rayons X sont convertis en photons lumineux puis en charges électriques, tandis que le scanner à comptage photonique convertit directement les rayons X en charges électriques dans un semi-conducteur en tellurure de cadmium.

💡 Astuce mémo

Une énergie confond ; deux énergies différencient l’os et l’iode

📖 12. Post-traitements et reconstructions avancées

🔑 Notions clés & Définitions

• Reconstruction multiplanaire : Reconstitution à partir des coupes acquises d’images axiales, coronales, sagittales ou obliques sans nouvelle acquisition.

★ À maîtriser

📌 La MIP projette les valeurs maximales de densité dans une épaisseur de coupe définie, tandis que la MinIP projette les valeurs minimales.

Compléments

• Le rendu volumique, ou Volume Rendering, produit une représentation tridimensionnelle du volume acquis.

• La coloscopie virtuelle utilise un logiciel dédié et peut être réalisée sans anesthésie avec de l’eau ou du CO₂, notamment en cas d’échec de la coloscopie classique.

💡 Astuce mémo

MPR → MIP/MinIP → curviligne → rendu volumique

📊 Tableaux de synthèse

Types de résolution