Principes physiques

A. LA TOMODENSITOMETRIE

La tomodensitométrie par scanner X est une technique radiologique faisant appel à l'informatique pour traiter les données recueillies par le système de détection.

Le tube à rayons X tourne autour du patient qui est installé sur un lit d'examen ou statif, sous contrôle direct du technicien et du médecin.

(d'après Maldague in "Le Scanner Ostéo-Articulaire", Vigot Ed 1986)

Les rayons X, émis pendant la durée de la rotation, vont traverser la zône étudiée, dont l'épaisseur est fonction de la collimation, puis frapper des détecteurs qui génèrent un courant qui sera analysé par l'informatique.

La quantité de rayons X reçue par les détecteurs est inversement proportionnelle à la densité des tissus traversés. La densité est exprimée en tomodensitométrie en unité Hounsfield ou uH. L'eau par convention a une densité de zéro, l'air de - 1000 uH et le calcium de + 1000 uH.

De très nombreuses informations sont obtenues avec des angles de vues différents pendant cette rotation, leur analyse matricielle va conduire à une imagerie numérique en fonction de la densité qui sera traduite en échelle de gris.

* Jusqu'à une époque récente, le début des années 90, les évolutions technologiques semblaient marquer le pas et les acquisitions TDM se faisaient coupe par coupe (appareils à rotation/rotation ou à rotation continue avec acquisition séquentielle ou incrémentale), avec un temps d'acquisition et de reconstruction qui étaient fonction des performances de l'appareil.

Depuis quelques années, le développement de la rotation continue et l'amélioration des appareillages a abouti à l'acquisition hélicoidale qui associe l'avance continue à vitesse constante de la table d'examen lors de l'acquisition des données et la rotation concomitante selon une vitesse et un sens constant du tube et des détecteurs. L'émission de rayons X et l'acquisition des données sont continues pendant toute la durée de l'examen.

L'acquisition hélicoidale ou spiralée aboutit donc à l'exploration de tout un volume en un temps très court. L'acquisition hélicoïdale est donc un mode d'acquisition particulier des données qui ne peut être réalisé que sur les scanners à rotation continue en bénéficiant de modes de calculs mathématiques permettant la suppression des artéfacts induits par une acquisition mobile.

Cette technique a actuellement supplanté toutes les autres, à l'exception notable de l'Imatron (scanner "cardiaque") dont il existe 1 seul exemplaire sur environ 600 appareils de TDM installés en France.

Elle a entrainé un changement considérable dans l'utilisation des machines, changements liés à 3 facteurs: comme le rappellent Blum et Régent (A1) :

- la rapidité de l'acquisition
- la multiplication des images axiales,
- la multiplication des modes de représentation des données.

Elles aboutissent par rapport à l'acquisition incrémentale à un élargissement des indications scanographiques : étude de certains parenchymes (poumon, foie, utérus) et explorations vasculaires rendant caduques certaines indications de l'angiographie à visée diagnostique.

B. L'IMAGERIE PAR RESONANCE MAGNETIQUE

L'Imagerie par Résonance Magnétique (I.R.M.) utilisée actuellement en routine résulte de l'application du phénomène de la Résonance Magnétique Nucléaire (R.M.N.), découvert par Bloch et Purcell, tous deux prix Nobel de Physique pour cette découverte, au noyau d'Hydrogène naturellement abondant dans l'organisme humain qui est composé à 70% d'eau.

Cette application à l'Imagerie d'un phénomène utilisé au laboratoire pour la Spectroscopie par Résonance Magnétique (S.R.M.) a été rendue possible par les fantastiques progrès de l'Informatique.

Les premières images humaines ont été obtenues par des équipes anglaises et américaines à la fin des années 70 et les premières machines commerciales sont arrivées en 1982.

Que faut-il pour obtenir une image en résonance magnétique? (Les figures sont adaptées de la référence B11)

1. Les noyaux d'hydrogène ou protons H+ sont mis en condition d'excitabilité, en précession, par leur introduction dans un champ magnétique intense fourni par un aimant dont il existe plusieurs types (électro-aimant résistif, aimant permanent, aimant supra-conducteur).

Les noyaux placés dans le champ magnétique tournent comme des toupies dans l'axe du champ. Aucune aimantation n'est mesurable.

2. Les noyaux ainsi préparés vont être excités par une série d'impulsions de radio-fréquence émises par des bobines émettrices selon des séquences pré-établies.

Les impulsions RF font entrer en résonance les noyaux qui vont vibrer à une fréquence qui dépend de l'intensité du champ utilisé.

3. Les noyaux excités vont quitter l'état d'équilibre, le comportement global de l'échantillon va être modifié.

L'aimantation va induire un signal dans une bobine de radio-fréquence réceptrice adaptée à la région examinée.

4. A l'arrêt de l'excitation, le système va retourner à l'équilibre grâce aux phénomènes de la relaxation liés à des interactions entre l'environnement et les noyaux (relaxation longitudinale ou T1) ou entre les noyaux (relaxation transversale ou T2). Le comportement différent des tissus va être à l'origine d'un contraste spontané permettant l'observation de détails très fins.

5. Le signal enregistré va être traité par un ordinateur très puissant. La reconstruction dans l'espace est obtenue grâce à de multiples enregistrements avec des "angles de vue" différents rendus possibles par les gradients de champs qui modifient localement le champ et donc la fréquence de résonance des noyaux, leur fréquence traduisant alors leur position dans l'espace. L'image obtenue est visualisée sur un écran avant d'être traitée et reproduite en échelle de gris fonction de l'intensité du signal.