Un peu de technique                            

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Technologie :

Le développement technologique des scanners s’est effectué autour de deux composantes principales :

•      Un dispositif d’émission des rayons X, capable de tourner autour du patient pour effectuer les acquisitions des données de base encore appelées projections ;

•      Un ensemble pour la reconstruction des images de coupe axiale à partir des projections.

A ces deux ensembles, il convient d’associer les fonctions de visualisation, de traitement, de transfert et d’archivages des images.

Bien que complémentaires de la finalité première d’un scanner, ces fonctions ont connu un essor considérable, comme par exemple les reconstructions tridimensionnelles ou la représentation volumique.

 1) Générateur :

La production des rayons X est assurée par un générateur (comprenant un transfo survolteur et un redresseur de tension) fournissant la haute tension au tube à rayons X.

  2) Tube :

Le tube à rayon X contient deux filaments, une cathode et une anode.

Le filament fournit les électrons qui produisent les rayons. Le système radiogène génère un courant électrique qui chauffe le filament pour faire « évaporer » les électrons et les détacher du filament. L’intensité du courant du filament est appelée mA.  Lorsque la valeur des mA est augmentée le nombre d’électrons disponible pour les rayons X augmente. Des concentrations élevées d’électrons améliorent la résolution de l’image obtenue. Le système radiogène crée une haute tension ou KV, une DDP entre la cathode et l’anode. La charge négative de la cathode repousse les électrons qui s’évaporent du filament. La charge positive de l’anode attire les électrons qui possèdent une charge négative. Les électrons frappent la cible rotative de l’anode et déplacent les électrons dans le matériau de celle-ci. Cette interaction crée de la chaleur et des photons de rayons X. la rotation de la cible permet de répartir la chaleur sur une surface plus grande. Lorsque la valeur des KV est augmentée, la vitesse de collision des électrons augmente, ce qui à son tour entraîne une augmentation des photons ou « dureté » du faisceau.

Dans un tube moins de 1% de l’énergie électrique est convertie en rayons X, le reste se transforme en chaleur. La charge thermique est représentée (directement proportionnelle à la durée d’acquisition) par le produit :

                KV x mA x S

3) Les détecteurs :

Les conditions d’acquisition du faisceau de rayons X pour les scanners nécessitent, de la part des détecteurs, des caractéristiques spécifiques : efficacité de détections élevée, grande dynamique, faible bruit, rémanence faible du signal, réponse linéaire et stable en température et dans le temps, faible coût .

•     Deux grands types :

•     Détecteur à gaz :

C’ est une chambre remplie d’un gaz sous pression ( 10 à 20 bars de xénon par exemple) dans laquelle des électrodes plates permettent de délimiter des cellules (700 à 1000). Ces détecteurs  se caractérisent par un faible espacement entre les cellules mais aussi par une efficacité de détection limitée (= 70%)

-  détecteurs solides :

Détecteur à semi-conducteur composé d’un petit cristal scintillant (tungstate de cadmium) couplé à une photodiode.

Ces détecteurs sont groupés de façon linéaire par plusieurs centaines. Ils se caractérisent par une efficacité de détection élevée (100%) et équipent actuellement la majorité des appareils haut de gamme. Ce type de détecteurs a permis le passage à des dispositifs multi-barrettes.

  4) Transmission des données :

Les mesures provenant de recueil du courant électrique à la sortie du détecteur sont transmises au système d’acquisition des données (DAS ou data acquisition system). Ce courant est intégré pendant le temps d’acquisition, est comparé par transformation logarithmique au flux de rayon sortant du tube. Les mesures ainsi acquises sont converties en données numériques, ce sont les données brutes.

Elles sont ensuite transmises au calculateur situé en dehors du statif.

  5) Reconstruction et interpolation :

Les données brutes sont donc transmises à des processeurs rapides(calculateurs) spécialisés assurant les fonctions des algorithmes de reconstruction (déconvolution, rétroprojection), ces opérations aboutissent à la reconstruction des images.

En mode hélicoïdal, du fait du déplacement du patient, s’impose un calcul complémentaire appelé interpolation pour supprimer les artefacts de mouvement.

L’amélioration des calculateurs s’accompagne d’une diminution du temps de reconstruction de chaque image.

  6) Les évolutions :

  Si le principe de base du scanner n’a pas changé depuis son apparition en 1971, on doit noter que les évolutions technologiques ont été constantes  et particulièrement importantes ces dix dernières années autour de la géométrie dite de troisième génération et du mode hélicoïdal. Ces progrès ont conduit à une amélioration des performances.

Les caractéristiques de l’image (résolution spatiale et en contraste) sont  sensiblement les mêmes qu’en 1980. En revanche, le temps d’acquisition, la matrice de reconstruction, la puissance des générateurs et tous les logiciels d’analyse de l’image ont été considérablement améliorés.  

Cette combinaison, d’acquisitions plus rapides et de post traitements plus efficaces, a modifié les pratiques des utilisateurs en associant parallèlement une sécurité diagnostique élevée à, théoriquement, un nombre de patients augmenté, et une productivité accrue.

Grâce à ces  nouvelles avancées technologiques (spirale, double barrettes) de nouvelles applications ont vu  le jour. L’avenir c’est dès aujourd’hui, avec l’apparition des  scanners multibarrettes (multidétection).

  Probablement à terme on aura l’accession à une imagerie volumique 3D en une seule rotation du tube en même temps qu’une imagerie en temps réel.

Les multidétécteurs se déclinent actuellement autour de 3 concepts :

Symétrique, asymétrique, ou mixte (voir figure).

Avec cette nouvelle conception de détecteurs on peut suivant les constructeurs obtenir plusieurs coupes simultanément.

Exemple :

GE :  symétrique 4 x 1,25 ou 4 x 2,5 ou 4 x 5 mm
Toshiba : mixte 4 x 0,5 jusqu’à  4 x 8 mm
Siemens : asymétrique
Ce choix actuellement permet une très bonne couverture du faisceau de RX y compris en périphérie avec collimation primaire et secondaire.    On peut obtenir : 2 x 0,5 4 x 1  4 x 2,5 4 x 5 mm

Le transfert de données au calculateur central est donc plus important pour accélérer ce système, le signal amplifié et numérisé transite en multidétection par système optique ( diodes électroluminescentes) à haute capacité ( 30 mbits/s).

En monocoupe ces données sont traitées par le DAS (convertisseur analogique numérique)
En multicoupe on utilise 4 DAS couplés pour calculer les informations obtenues.
Aujourd’hui on utilise des tubes (canons électrons) pouvant encore faire diminuer le temps d’acquisition ( 0,8 à 0,5 s pour 360° 13 G)

L’avantage de ce système et de réduire encore les artefacts de mouvements et surtout d’accéder à l’imagerie fonctionnelle notamment cardiaque et de perfusion ( cérébrale, myocardique, rénale)

En acquisition hélicoïdale monocoupe lorsque le pitch nominal est de 1 le déplacement de la table au cours d’une rotation du tube est égal à l’épaisseur de coupe.
En multidétection 4 coupes peuvent être acquises de façon simultanée donc le pitch est 4 fois plus grand.
Avec des tubes effectuant une rotation en 0,5 s on obtient donc 8 coupes à la seconde.

Deux avantages à ce système :

•   Un volume exploré huit fois plus grand à temps d’acquisition et épaisseur de coupes identiques.(EP, veine cave inf. et jambes à la suite)

•    Une résolution temporelle accrue de fait de la rapidité d’acquisition.

Enfin en dosimétrie une réduction de 40% en multidétection est en théorie possible grâce au meilleur rendement du faisceau de RX (disparition du cône d’ombre), mais actuellement il n’existe pas encore d’étude fiable publiée.

Les scanners multidétecteurs entraînent  de surcroît moins de charge thermique du tube ce qui autorise de multiples spirales, moins de dosimétrie et surtout une longévité du tube.

Aujourd’hui le coût de ces appareils et de 40 à 50 % plus cher qu’un scanner hélicoïdal classique mais il ouvre de nouvelles perspectives importantes, notamment en ce qui concerne l’imagerie fonctionnelle et surtout concernant l’efficacité diagnostique.

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