Fiche de révision : Imagerie médicale par rayons X

📋 Plan du Cours

1. Repères anatomiques et types d’imagerie
2. Découverte des rayons X et tube
3. Énergie et réglages du tube
4. Atténuation en radiologie conventionnelle
5. Interactions et coefficient d’atténuation
6. Densité et réglages radiographiques
7. Temps d’exposition et produits de contraste
8. Rayonnement diffusé et grille anti-diffusante
9. Fluoroscopie et imagerie dynamique
10. Mammographie et ses variantes
11. Acquisition hélicoïdale et pitch
12. Échelle des unités Hounsfield
13. Fenêtrage des images tomodensitométriques
14. Reformatages et reconstructions volumiques
15. Tomographie à faisceau conique

📅 Repères chronologiques

1. 1895Wilhelm Conrad Roentgen découvre les rayons X par hasard et les nomme ainsi, le X désignant l’inconnu.
2. Fin 1896Des effets palliatifs des rayons X sont découverts sur certains cancers et certaines lésions cutanées.
3. 1905Les effets nocifs des rayons X sont reconnus après le décès de plusieurs chercheurs et physiciens, à la suite de nécroses de tissus brûlés.

📖 1. Repères anatomiques et types d’imagerie

🔑 Notions clés & Définitions

• Posture anatomique de référence : La posture anatomique de référence place le corps debout, les membres supérieurs pendant le long du corps, les paumes tournées vers l’avant et le regard droit et horizontal ; elle permet de décrire l’emplacement et l’orientation des éléments anatomiques et de définir les plans de coupe.
• Coupe oblique : Une coupe oblique est une coupe orientée selon toute direction autre que les plans coronal, sagittal ou axial ; certains organes peuvent avoir une nomenclature spécifique, comme le grand axe du cœur.

★ À maîtriser

📌 L’imagerie planaire superpose sur un cliché les structures traversées par les rayons selon une direction donnée, ce qui gêne leur classification et empêche leur localisation précise en profondeur.

📌 L’imagerie tomographique visualise les structures contenues dans un plan de coupe d’orientation quelconque, sans prendre en compte les informations situées hors de ce plan.

• Les coupes coronale ou frontale, sagittale et axiale ou transversale sont perpendiculaires les unes aux autres.

📌 Une coupe coronale ou frontale est perpendiculaire à l’axe allant de l’avant vers l’arrière, une coupe sagittale à l’axe gauche-droite, et une coupe axiale ou transversale à l’axe pieds-tête.

📌 L’imagerie par transmission utilise un rayonnement externe qui traverse le patient et dont la quantité et l’énergie diminuent par absorption ; les techniques d’imagerie par rayons X relèvent de cette approche.

Compléments

• La radiologie conventionnelle par rayons X est un exemple d’imagerie planaire, tandis que le scanner X est un exemple d’imagerie tomographique.

• En imagerie tomographique, l’image dépend de l’orientation du plan de coupe et de son épaisseur.

• Sur une coupe axiale affichée selon la convention décrite, la droite de l’image correspond à la gauche du patient, comme si l’observateur regardait le patient depuis ses pieds vers sa tête.

• Les orientations anatomiques comprennent : supérieur/inférieur, proximal (proche du tronc)/distal (éloigné du tronc), latéral (s’éloigne du plan médian du corps)/médial (s’en rapproche), crânial (vers le crâne)/caudal (vers les pieds), postérieur (derrière)/antérieur (devant)

• L’imagerie par émission repose sur l’ingestion de substances radioactives qui se fixent dans le corps, par exemple sur une tumeur, puis émettent de la radioactivité ; la scintigraphie en est un exemple.

• L’imagerie par réflexion utilise la réflexion des ultrasons par les organes et comprend l’échographie.

• L’IRM est une imagerie par résonance magnétique fondée sur les propriétés magnétiques des noyaux, tandis que l’endoscopie filme l’intérieur du patient par les voies naturelles au moyen d’une caméra.

📖 2. Découverte des rayons X et tube

📝 Points essentiels

• 🔄 Le fonctionnement du tube suit ces étapes :

  1. Le filament chauffé à la cathode produit un faisceau d’électrons dans un vide poussé.
  2. Une différence de potentiel élevée entre la cathode négative et l’anode positive accélère les électrons.
  3. Les électrons entrent en collision avec l’anode au foyer.

• Au foyer du tube, environ 1 % de l’énergie cinétique des électrons est convertie en un faisceau polyénergétique de rayons X, tandis que le reste de l’énergie est transformé en chaleur.

💡 Astuce mémo

Cathode → accélération → collision sur l’anode → rayons X et chaleur.

📖 3. Énergie et réglages du tube

★ À maîtriser

📌 L’énergie d’un photon X ne peut pas dépasser l’énergie cinétique de l’électron incident ; un électron peut céder toute son énergie en un seul impact produisant un photon, ou la transmettre en plusieurs interactions produisant plusieurs photons de moindre énergie.

📐 Formule - L’énergie cinétique des électrons accélérés vérifie $E_{C,e^-}=qU$, où $q=1{,}6\times10^{-19}\,\mathrm{C}$ est la charge élémentaire et $U$ la tension accélératrice en volts.

• Une hausse de la tension accélératrice augmente l’énergie cinétique des électrons et l’énergie maximale des photons X ; le spectre se décale vers les énergies élevées, avec une augmentation également possible du nombre de photons de faible énergie à courant et durée d’exposition constants.

• Une hausse de l’intensité du filament de tungstène augmente le nombre d’électrons créés et le nombre de photons X à chaque énergie de manière proportionnelle, sans modifier l’énergie maximale des photons.

• Le foyer thermique correspond à la surface de l’anode touchée par le faisceau d’électrons et doit être grand pour dissiper la chaleur.

• Le foyer optique, projection du foyer réel de l’anode dans la direction de sortie des rayons X, doit être petit pour améliorer la résolution spatiale ; le blindage de la gaine arrête les rayonnements en dehors de la fenêtre de sortie.

Compléments

• Le spectre d’émission des rayons X est continu et limité par une énergie maximale égale à celle de la particule incidente ; en théorie, il est rectiligne.

• En pratique, le faisceau de rayons X est considéré comme composé de photons mono-énergétiques dont l’énergie vaut la moitié de l’énergie cinétique maximale des électrons incidents.

• L’auto-absorption des photons de faible énergie dans le système réduit leur nombre détecté et décale vers les hautes énergies la moyenne énergétique du faisceau détecté.

• Les tensions utilisées en imagerie vont d’environ 15 à 150 kV, avec une valeur moyenne de l’ordre de 60 kV.

📌 Une petite surface cible de l’anode favorise la résolution spatiale, tandis qu’une grande surface favorise la dissipation de la chaleur.

• L’orientation oblique de la surface de l’anode permet de concilier une petite surface apparente favorable à la résolution spatiale et une surface cible étendue pour la dissipation thermique ; un angle plus petit améliore la résolution mais augmente l’échauffement local.

📐 Formule - Pour un angle α compris entre 10 et 20°, le rapport entre le foyer optique et le foyer thermique correspond à $\sin(\alpha) = \frac{\text{foyer optique}}{\text{foyer thermique}}$.

• Un système d’évacuation de la chaleur est installé au niveau de la gaine du tube.

• La rotation de l’anode répartit les impacts sur des points différents et réduit l’échauffement local au point d’impact.

💡 Astuce mémo

La tension déplace le spectre ; le courant augmente le nombre de photons.

📖 4. Atténuation en radiologie conventionnelle

★ À maîtriser

• En radiologie conventionnelle, un faisceau de rayons X considéré comme uniforme est dirigé brièvement vers le patient, atténué par les tissus traversés, puis détecté par un film radiologique ou des capteurs numériques.

• Plus une structure est dense, plus elle atténue les rayons X et apparaît blanche sur l’image.

• L’atténuation des rayons X augmente avec l’épaisseur et la densité de l’objet irradié, cette dernière dépendant notamment du numéro atomique Z de ses atomes.

📐 Formule - Pour un tissu d’épaisseur x et de coefficient d’atténuation linéaire μ, l’intensité transmise vérifie $I = I_0 e^{-\mu x}$.

Compléments

📌 Les poumons laissent facilement passer les rayons X, tandis que l’os cortical les arrête efficacement.

• Plus l’énergie des rayons X augmente, plus ils traversent les structures ; le radiologue peut agir sur cette énergie.

📐 Formule - Pour n tissus traversés, l’intensité transmise vérifie $I = I_0 e^{-\sum_{j=1}^{n}\mu_j x_j}$, où μⱼ et xⱼ sont respectivement le coefficient d’atténuation et l’épaisseur du tissu j.

• L’intensité incidente I₀ est celle du faisceau avant son entrée dans le corps, tandis que l’intensité transmise I est celle du faisceau à sa sortie et est liée au nombre de photons détectés.

• En radiographie, une structure plus blanche peut correspondre à un os plus épais ou à une superposition d’os ; plusieurs incidences sont nécessaires pour visualiser dans l’espace le déplacement d’une fracture, car l’image est bidimensionnelle.

💡 Astuce mémo

Structure dense → atténuation accrue → image plus blanche.

📖 5. Interactions et coefficient d’atténuation

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet photoélectrique : L’effet photoélectrique est l’interaction d’un photon avec un électron lié, proche du noyau, qui est expulsé de l’atome ; le photon incident disparaît et l’interaction est ionisante.
• Effet Compton : L’effet Compton est une collision entre un photon et un électron faiblement lié, généralement situé sur une couche externe, qui entraîne l’éjection de l’électron, la perte partielle d’énergie du photon et la diffusion de celui-ci dans une direction aléatoire.
• Coefficient d’atténuation : Le coefficient d’atténuation μ est l’inverse d’une longueur ; il dépend de la matière traversée et de l’énergie des photons incidents.

★ À maîtriser

• Pour les tensions utilisées en imagerie médicale, le coefficient d’atténuation μ augmente avec le numéro atomique du milieu et diminue lorsque l’énergie des photons augmente.

Compléments

• Lors de l’effet photoélectrique, un électron d’une couche externe comble la lacune laissée sur une couche interne, avec émission d’un photon X secondaire de faible énergie.

📐 Formule - Lors de l’effet photoélectrique, l’énergie cinétique de l’électron éjecté est égale à l’énergie du photon incident moins l’énergie de liaison de l’électron : $E_{c,e^-}=E_{photon\ incident}-E_{liaison\ e^-}$ ; l’interaction est possible si l’énergie du photon est supérieure ou égale à l’énergie de liaison.

📌 Dans l’effet Compton, le photon incident subsiste après avoir perdu une partie de son énergie, contrairement à l’effet photoélectrique où il disparaît entièrement.

📐 Formule - Dans l’effet Compton, l’énergie du photon incident se répartit entre le photon diffusé, l’énergie cinétique de l’électron éjecté et l’énergie de liaison de cet électron : $E_{photon\ incident}=E_{photon\ diffusé}+E_{c,e^-}+E_{liaison\ e^-}$.

• La création de paires par interaction d’un photon avec le noyau nécessite une énergie de 1,022 MeV et est exclue du domaine de l’imagerie médicale.

📐 Formule - En théorie, le coefficient linéaire d’atténuation est la somme des contributions photoélectrique, Compton et création de paires : $\mu=\tau+\sigma+\pi$ ; en imagerie médicale, la création de paires est négligeable et $\mu=\tau+\sigma$.

• À 100 keV, les coefficients d’atténuation sont :

  • 0,50 à 0,80 cm⁻¹ pour le métal
  • 0,48 cm⁻¹ pour l’os
  • 0,16 à 0,18 cm⁻¹ pour les tissus mous
  • 0,178 cm⁻¹ pour le sang
  • 0,169 cm⁻¹ pour l’eau
  • 0,14 à 0,16 cm⁻¹ pour la graisse
  • 0,0001 cm⁻¹ pour l’air

• Pour l’eau, μ vaut 0,169 cm⁻¹ à 100 keV, 0,096 cm⁻¹ à 500 keV et 0,07 cm⁻¹ à 1 MeV.

• À 100 keV, les probabilités relatives indiquées sont τ = 0,0024 pour l’effet photoélectrique et σ = 0,167 pour l’effet Compton, qui contribue donc majoritairement à l’atténuation.

• Dans les tissus, l’atténuation est élevée dans l’os cortical et faible dans les tissus mous, et l’intensité finale est très faible par rapport au faisceau primaire.

💡 Astuce mémo

Photoélectrique : photon absorbé ; Compton : photon diffusé.

📖 6. Densité et réglages radiographiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Contraste : Le contraste entre deux points d’une image est défini par $C=\frac{I_1-I_2}{I_1+I_2}$, où I₁ et I₂ sont les intensités transmises à travers les deux tissus.

★ À maîtriser

• Plus la différence de signal entre deux points est faible, plus le contraste est faible ; le contraste dépend de la différence des coefficients d’atténuation des structures représentées.

• Pour augmenter le contraste, on diminue la tension du tube à rayons X ; une tension plus élevée augmente l’effet Compton, diminue l’effet photoélectrique et réduit le contraste.

• À 42 kV, les photons transmis représentent 75 % pour le muscle et 25 % pour l’os, avec un contraste de 0,5 ; à 25 kV, ils représentent 60 % pour le muscle et 1 % pour l’os, avec un contraste de 0,98.

• L’os, plus dense que l’eau et l’air, atténue davantage les rayons X, et cette atténuation varie avec son épaisseur.

Compléments

• Un contraste élevé entre deux structures est favorisé par une différence importante entre leurs coefficients d’atténuation et par une différence importante entre leurs épaisseurs.

📐 Formule - La différence entre les coefficients d’atténuation due à l’effet photoélectrique peut être approximée par $\Delta\mu\sim\frac{\Delta Z^3}{E^3}$, ce qui rend le contraste sensible à la différence de numéro atomique ΔZ et à l’énergie E des rayons X.

• À très forte tension, autour de 150 kV, l’effet Compton prédomine, l’atténuation est faible et se fait presque uniquement par diffusion ; le signal est abondant mais varie peu entre les organes, le contraste est très faible et le patient reçoit une forte irradiation.

• À très faible tension, autour de 10 kV, l’effet photoélectrique prédomine et l’atténuation est très élevée ; la majeure partie des rayons X est absorbée par le patient, l’intensité reçue par le détecteur peut être trop faible et l’irradiation reste importante, avec un temps de pose long pour obtenir une image exploitable.

• Hors de la structure traversée, l’intensité mesurée est égale à l’intensité incidente, soit $I=I_0$.

• Le muscle et l’eau, de densités proches, présentent peu de différences d’atténuation.

• Le signal détecté dépend directement des numéros atomiques ou de la densité des structures traversées.

• En mammographie, l’étude de tissus mous peu denses sans structure osseuse nécessite un contraste élevé, obtenu avec une faible tension de 40 kV.

• En radiographie du thorax, une tension élevée de 120 à 140 kV permet de traverser les côtes et la colonne vertébrale, mais le contraste entre les tissus mous et l’air est recherché malgré la présence des os.

• Pour le rachis, une tension moyenne d’environ 70 kV aide à différencier les structures osseuses, et une faible intensité limite l’irradiation.

💡 Astuce mémo

Faible tension : contraste élevé ; forte tension : traversée de l’os facilitée.

📖 7. Temps d’exposition et produits de contraste

🔑 Notions clés & Définitions

• Temps d’exposition : La durée pendant laquelle un capteur est soumis aux rayons X.

★ À maîtriser

📌 Pour augmenter le signal et le contraste avec des rayons X de faible énergie, on peut augmenter le temps d’exposition, au prix d’une irradiation accrue du patient.

• Les produits de contraste renforcent le contraste entre des structures anatomiques de densités proches en augmentant l’atténuation du tissu où ils sont présents.

📌 Les produits barytés sont des poudres non hydrosolubles de sulfate de baryum utilisées pour étudier l’œsophage et l’estomac, tandis que les produits iodés sont des liquides hydrosolubles utilisés pour explorer les vaisseaux, les voies d’élimination, le liquide céphalo-rachidien et certaines cavités.

• En angiographie radiologique, un produit iodé est injecté par un cathéter au plus près de la région étudiée, par exemple par cathéter cardiaque pour examiner les vaisseaux coronaires.

Compléments

• Le temps d’exposition détermine le nombre d’électrons du faisceau en fonction de l’intensité électrique et la quantité de photons produite s’exprime en mAs.

• Le contraste entre de nombreux tissus mous reste faible même lorsque la tension du tube et le temps d’exposition sont optimisés, car leurs coefficients d’atténuation sont proches.

• Les produits de contraste radiologiques utilisent notamment des atomes à numéro atomique élevé, comme l’iode de numéro atomique 53 et le baryum de numéro atomique 56.

• Un produit de contraste baryté fait apparaître l’organe étudié en blanc sur l’image.

📌 L’angiographie est un examen irradiant et invasif, car un cathéter est inséré dans le patient sous guidage par imagerie.

📌 En coronarographie, l’image 1 montre une vascularisation d’aspect normal, tandis que l’image 2 montre une sténose coronaire qui gêne le passage du sang.

📖 8. Rayonnement diffusé et grille anti-diffusante

🔑 Notions clés & Définitions

• Grille anti-diffusante : La grille anti-diffusante est composée de bandes de plomb séparées par un milieu faiblement atténuant, généralement de l’air, et placée entre le patient et le détecteur, au plus près de celui-ci.

★ À maîtriser

• Seul le rayonnement transmis sans diffusion par effet Compton contribue au contraste utile de l’image ; l’augmentation de la diffusion dégrade la qualité de l’imagerie.

• Le rayonnement diffusé ajoute un voile uniforme à l’image, comparable à un ajout de blanc, et diminue ainsi le contraste.

• La diffusion des rayons X augmente avec :

  • l’épaisseur des tissus traversés
  • la section du faisceau
  • l’énergie des rayons X

Compléments

• Lors de l’effet Compton, une partie de l’énergie est absorbée et les rayons X sont diffusés dans une direction aléatoire différente de celle du rayon incident, avec une énergie réduite.

• La diffusion diminue lorsque le numéro atomique Z augmente, car l’effet photoélectrique devient plus prédominant ; elle est donc plus importante dans les tissus mous peu denses.

• Les bandes de plomb, de numéro atomique élevé, atténuent efficacement les rayons X diffusés qui ne suivent pas l’axe des lames, ce qui augmente le contraste de l’image.

💡 Astuce mémo

Diffusion accrue → voile uniforme → contraste diminué.

📖 9. Fluoroscopie et imagerie dynamique

🔑 Notions clés & Définitions

• Fluoroscopie : La fluoroscopie est une technique d’imagerie continue ou pulsée utilisant des rayons X de faible énergie et affichant l’information de façon dynamique à l’écran.
• Radiologie interventionnelle : La radiologie interventionnelle est un acte clinique réalisé sous contrôle de l’imagerie.

★ À maîtriser

📌 En fluoroscopie continue, l’information est acquise sans interruption, tandis qu’en fluoroscopie pulsée elle est acquise à une fréquence définie, par exemple toutes les 5 secondes.

📌 En angiographie, les structures denses sont affichées en noir, tandis qu’en imagerie RX classique elles apparaissent en blanc.

• Pour traiter une sténose, un stent radio-opaque est posé sous guidage par imagerie afin d’augmenter localement le diamètre du vaisseau.

Compléments

• L’acquisition pulsée permet de diminuer l’irradiation du patient.

• L’affichage dynamique de la fluoroscopie permet de suivre le mouvement d’une structure ou d’un phénomène, comme l’arrivée d’un produit de contraste.

• La coronarographie est réalisée sous guidage fluoroscopique.

📖 10. Mammographie et ses variantes

🔑 Notions clés & Définitions

• Tomodensitométrie : Imagerie de densité par coupe, reposant sur la mesure de l’atténuation des rayons X par les tissus.

★ À maîtriser

• La mammographie sert à détecter, diagnostiquer et localiser les cancers du sein.

• La mammographie caractérise un cancer du sein par :
  • la morphologie de la masse
  • la présence de micro-calcifications
  • la déformation de la structure des tissus
  • l’asymétrie entre les deux seins

• La mammographie comprime le sein pour réduire son épaisseur, ce qui diminue les rayons diffusés, la dose nécessaire et le flou de mouvement.

📌 La mammographie diagnostique concerne une patiente symptomatique et sert à caractériser une masse connue ou à rechercher une tumeur, tandis que la mammographie de dépistage recherche une tumeur chez des personnes non symptomatiques.

📌 Dans un scanner X, le tube à rayons X tourne autour du patient et une couronne de détecteurs numériques mesure l’intensité résiduelle du faisceau après sa traversée du corps.

• Le scanner X acquiert des mesures pour plusieurs positions du tube afin d’obtenir l’information d’une coupe, puis acquiert plusieurs coupes axiales adjacentes pour reconstruire une image 3D.

Compléments

• La mammographie utilise des rayons X de très faible énergie, avec une tension de 20 à 40 kV, pour améliorer le contraste entre tissus normaux et cancéreux.

• La mammographie utilise un système d’imagerie de haute résolution pour rendre visibles de nombreux détails, notamment les micro-calcifications.

• L’angiomammographie associe une mammographie à l’injection intraveineuse d’un produit de contraste iodé afin de rechercher une néovascularisation.

• La tomosynthèse mammaire, ou Digital Breast Tomosynthesis (DBT), acquiert plusieurs clichés pendant la rotation du tube autour de la patiente puis reconstruit une imagerie 3D.

• Une barrette du scanner multi-barrettes est une rangée de détecteurs de rayons X disposée en arc de cercle, et le faisceau couvre la totalité de la surface des barrettes.

• La multiplication des rangées de détecteurs permet d’acquérir plusieurs coupes par rotation et diminue l’irradiation, augmente la vitesse d’acquisition et améliore la qualité de l’image.

📖 11. Acquisition hélicoïdale et pitch

🔑 Notions clés & Définitions

• Pitch : La distance parcourue par la table pendant une rotation divisée par la largeur du faisceau de rayons X ; c’est un rapport sans unité.

★ À maîtriser

📌 En acquisition séquentielle, la table reste immobile pendant l’acquisition puis se déplace à la fin, tandis qu’en acquisition hélicoïdale elle se déplace simultanément à la rotation de la source de rayons X.

• Le volume acquis au scanner est défini par la largeur du faisceau de rayons X et le pitch, qui correspond au pas de l’hélice et à l’intervalle entre deux coupes.

📌 Un pitch inférieur à 1 entraîne un chevauchement des coupes, une redondance des mesures, un meilleur rapport signal/bruit et une meilleure reconstruction 3D, mais augmente le temps d’acquisition et l’irradiation.

📌 Un pitch supérieur à 1 entraîne des coupes disjointes, moins de mesures, un rapport signal/bruit et une qualité de reconstruction plus faibles, mais réduit le temps d’acquisition et l’irradiation.

Compléments

• L’acquisition séquentielle est une technique d’ancienne génération, encore utilisée en imagerie cardiaque, en imagerie interventionnelle ou pour suivre l’arrivée d’un produit de contraste à localisation fixe.

• L’acquisition hélicoïdale produit une trajectoire hélicoïdale de l’information autour du patient et est plus rapide que l’acquisition séquentielle.

• L’acquisition hélicoïdale est utilisée dans 90 % des examens de nos jours.

📐 Formule - Le pitch vérifie $\mathrm{Pitch}=\frac{v\,\Delta t}{l}$, où $v$ est la vitesse de la table, $\Delta t$ la durée d’une rotation et $l$ la largeur de la couronne de détecteurs.

📌 Un pitch égal à 1 correspond à une acquisition jointive, où le déplacement de la table par rotation égale la largeur des détecteurs, sans chevauchement ni interpolation.

• Un pitch supérieur à 1 peut servir au suivi médical des patients souvent soumis à des scanners X ou au repérage lorsque la précision n’est pas nécessaire.

• La valeur limite indiquée pour le pitch est 2 ; au-delà, la perte d’information devient trop importante et des erreurs d’interprétation sont probables.

💡 Astuce mémo

Pitch < 1 : coupes chevauchées ; pitch > 1 : coupes disjointes.

📖 12. Échelle des unités Hounsfield

🔑 Notions clés & Définitions

• Unités Hounsfield : Les unités Hounsfield, ou UH, densité Hounsfield ou indice Hounsfield (IH), constituent une échelle arbitraire sans unité qui quantifie l’atténuation de chaque pixel, avec −1000 pour l’air et 0 pour l’eau ; l’os compact présente des valeurs positives pouvant dépasser +1000, qui n’est pas une limite supérieure de l’échelle.

★ À maîtriser

• En tomodensitométrie, les produits de contraste à base d’iode ou de baryum arrêtent efficacement les rayons X et font apparaître la zone concernée en blanc.

• Le délai entre l’injection du produit de contraste et l’acquisition est crucial, car l’image varie selon le temps artériel, portal, veineux ou le rehaussement tardif, ainsi que selon les organes ou tumeurs recherchés.

• Une image 3D est reconstruite à partir des différentes projections ; lorsque la somme des atténuations est connue pour chaque angle, la valeur de chaque pixel du volume peut être calculée.

• Par définition, l’indice Hounsfield de l’eau pure est égal à 0.

📐 Formule - L’indice Hounsfield est calculé par $HI = 1000 \times \frac{\mu - \mu_{\text{eau}}}{\mu_{\text{eau}}}$.

• L’indice Hounsfield peut varier avec l’énergie des rayons X, car le rapport entre le coefficient d’atténuation du tissu et celui de l’eau peut varier avec cette énergie.

• Sur l’échelle des indices Hounsfield, l’air est proche de −1000, la graisse se situe entre −100 et 0, l’eau vaut 0, les tissus mous se situent entre 0 et 100 et l’os cortical peut atteindre +1000.

Compléments

• Sur une coupe axiale abdominale, une zone tumorale calcifiée est visible dans le rein gauche hétérogène, tandis que le rein droit est homogène et vascularisé et que le foie est rehaussé par sa vascularisation.

• Les méthodes de reconstruction citées sont la rétroprojection itérative et la rétroprojection filtrée, cette dernière nécessitant des calculs dans le plan de Fourier.

• L’indice Hounsfield de chaque tissu est défini par rapport à celui de l’eau pure et normalisé par le coefficient d’atténuation de l’eau pure.

• Pour un muscle dont le coefficient d’atténuation vaut 0,21 cm⁻¹ et celui de l’eau 0,17 cm⁻¹, l’indice Hounsfield est 235.

• L’échelle des indices Hounsfield peut s’étendre de −1000 à +4000 pour distinguer des structures très atténuantes, comme le rocher ou les prothèses métalliques.

📖 13. Fenêtrage des images tomodensitométriques

🔑 Notions clés & Définitions

• Fenêtre : L’intervalle d’unités Hounsfield affiché à l’écran, correspondant à la plage de densité étudiée.
• Niveau : Le milieu de l’intervalle d’unités Hounsfield affiché, c’est-à-dire le centre de la fenêtre.

★ À maîtriser

📌 Une fenêtre large diminue le contraste et affiche davantage de types de tissus, tandis qu’une fenêtre étroite augmente le contraste et affiche moins de types de tissus.

Compléments

📌 Dans une fenêtre, les valeurs supérieures à la limite supérieure sont affichées en blanc ou non affichées, tandis que les valeurs inférieures à la limite inférieure sont affichées en noir.

• Un niveau centré sur les valeurs faibles favorise l’étude détaillée des structures peu denses, tandis qu’un niveau plus élevé favorise celle des structures plus denses.

• Le fenêtrage total utilise un niveau de 0 et une fenêtre de 2000, de −1000 à +1000, et produit une image peu contrastée qui conserve toute l’information.

• La fenêtre médiastinale utilise un niveau de 0 et une fenêtre de 300, de −150 à +150, ce qui augmente le contraste entre muscle et graisse.

• La fenêtre pulmonaire utilise un niveau de −650 et une fenêtre de 700, de −1000 à −300, pour détailler les poumons.

💡 Astuce mémo

Fenêtre : largeur de la plage ; niveau : centre de la plage.

📖 14. Reformatages et reconstructions volumiques

🔑 Notions clés & Définitions

• MPR : Reconstruit des images tomographiques en 2D dans n’importe quel plan à partir d’un tableau de données 3D.
• MIP : Sélectionne, pour une orientation donnée, le voxel le plus dense le long de chaque rayon traversant le volume, de sorte que l’image dépend de l’orientation du rayon.
• SSD : Reconstruit une surface 3D en affichant les voxels dont l’indice Hounsfield dépasse un seuil unique, tandis que les autres ne sont pas affichés.
• VRT : Reconstruit un volume 3D en considérant plusieurs seuils et en traduisant l’atténuation relative des voxels par une échelle de gris ou des couleurs choisies.
• Coloscopie virtuelle : La coloscopie virtuelle simule le trajet d’un endoscope dans le côlon et le rectum à partir d’un scanner, mais les tissus sous le seuil choisi ne sont pas affichés.

📝 Points essentiels

• L’épaisseur d’une coupe MPR est généralement de 1 à 5 mm et peut atteindre 0,5 mm en haute résolution.

• La résolution spatiale dans l’image est de l’ordre de 0,3 à 1 mm et correspond à la distance entre deux points de la coupe étudiée.

📌 Obtenir une résolution spatiale élevée avec peu de bruit nécessite une dose de radiation plus élevée pour le patient.

• La MIP est utilisée pour visualiser les structures fortement radio-opaques, notamment :

  • les vaisseaux après contraste iodé
  • les calcifications
  • les nodules pulmonaires

• Le SSD est efficace pour les structures osseuses, mais masque les voxels sous le seuil, représente différemment des densités différentes et ne montre que la surface externe.

📌 Le VRT représente efficacement les tissus mous et entraîne une perte d’information due aux seuils moins importante que le SSD, mais ses couleurs ne sont pas naturelles.

• Plusieurs reconstructions complémentaires sont effectuées pour étudier les structures, afficher correctement l’information et contribuer au diagnostic.

📖 15. Tomographie à faisceau conique

🔑 Notions clés & Définitions

• CBCT : Utilise un faisceau de rayons X conique et des détecteurs placés en face du faisceau pour balayer la zone à radiographier en un seul passage.

★ À maîtriser

• Le CBCT permet des examens rapides, nécessite une seule rotation et expose à moins de radiation qu’un scanner classique.

📌 Par rapport au scanner classique, le CBCT présente un contraste plus faible et une qualité d’image diminuée.

Compléments

• Le CBCT permet de balayer l’ensemble de la zone à radiographier en un demi-tour.

• Le CBCT est efficace pour les structures très denses et est beaucoup utilisé en imagerie maxillo-dentaire.

• En imagerie du sein par CBCT, la patiente est couchée tandis que le système tourne autour du sein, ce qui permet une imagerie 3D avec une irradiation assez faible et une qualité d’image supérieure à celle d’une mammographie conventionnelle.

💡 Astuce mémo

Le CBCT réduit l’irradiation, mais son contraste est plus faible que celui du scanner classique.

📊 Tableaux de synthèse

Pitch et caractéristiques des coupes