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De la rotation alternée à lacquisition matricielle Christophe AURIAC Manipulateur Cadre de Santé Service de Neuro-Radiologie Hôpital Bretonneau CHRU de.

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1 De la rotation alternée à lacquisition matricielle Christophe AURIAC Manipulateur Cadre de Santé Service de Neuro-Radiologie Hôpital Bretonneau CHRU de TOURS

2 Evolution des technologies Les appareillages ont subi, depuis le prototype de Hounsfield, de nombreuses amélioration permettant surtout un gain en temps dacquisition Dans un premier temps acquisition séquentielle 1985 : tps acquisition 2 sec, 1 sec en rotation partielle 1989 : Apparition de la rotation continue puis de lacquisition volumique 1991 : Apparition du système double barrettes 1995 : Acquisition sub-seconde : 0.75 sec 1998 : Acquisition 0.5 sec et 4 coupes 2001 : scanner 8 coupes 2002 : scanner 16 coupes 2005 : scanner 64 coupes ; 0.3 sec

3 Scanner à rotation alternée Cest le système le plus ancien encore utilisé Lensemble tube détecteurs ne peut effectuer quune seule rotation autour du patient Les données recueillies permettent la reconstruction dune image unique

4 Acquisition séquentielle Cest le mode dacquisition le plus ancien. Une rotation de tube permet de reconstruire une image Encore utilisé de nos jours, surtout pour les explorations neurologiques (qualité dimage supérieure) Le déplacement du lit porte-patient règle lespacement entre deux coupes. déplacement égal à lépaisseur de coupe = coupes jointives déplacement inférieur à lépaisseur de coupe = coupes chevauchantes déplacement supérieur à lépaisseur de coupe = coupes incrémentées

5 Évolution technologique: la rotation continue Ce système à rotation alternée a été révolutionné par lapparition de la rotation continue Lensemble tube-détecteurs effectuait des rotations autour du patient sans marquer de temps darrêt. Les premiers scanners à rotation continue neffectuaient que de lacquisition séquentielle (une image par rotation). Ce système sera alors a nouveau modifié par lapparition de lacquisition volumique.

6 Paramètres radiologiques Le manipulateur sélectionne : Lépaisseur de coupe Lalgorithme de reconstruction Les mA, les Kv (HT), le temps de rotation Le déplacement de table 1 coupe donne 1 image

7 L acquisition volumique: principe Possible que sur les scanners à rotation continue. La table va savancer régulièrement à lintérieur du statif, lensemble tube détecteurs effectuant des rotations et des mesures en continue Ce déplacement régulier influence les paramètres dacquisition par sa vitesse.

8 Acquisition volumique ou spiralée

9 Paramètres en acquisition volumique monocoupe P = V x T En V est la vitesse de la table, t le temps de rotation sur 360 degrés, En est lépaisseur nominale. Exemple: avec un pitch de 1 et un temps de rotation de 1sec, la vitesse de table sera de 10 mm par seconde pour une acquisition en 10 mm dépaisseur Un nouveau paramètre est ainsi crée : le pitch Pour un mono barrette la formule est

10 Avantages de lacquisition volumique Exploration plus rapide en une ou deux apnées du patient, sans espace mort entre deux coupes. Examen plus rapide et plus confortable pour les patients. Possibilité de choisir un plus ou moins grand nombre de coupes chevauchantes ou non. Disparition dartefacts dus aux mouvements du malade. Étude plus facile des structures vasculaires. Examen plus approfondi du fait de la rapidité dacquisition (foie triphasique par exemple). Vision des lésions prenant le contraste très rapidement et le perdant aussi rapidement Opacification constante durant tout lexamen les bolus dentretien ne sont plus utiles. Traitement secondaire de limage de meilleure qualité du fait de la multiplication des images.

11 Paramètres radiologiques Le manipulateur sélectionne : Lépaisseur de coupe Lalgorithme de reconstruction Les mA, les Kv (HT) Le pitch Lincrément de reconstruction : nbre dimage reconstruite sur le volume Compromis nécessaire entre volume à explorer, apnée possible, épaisseur de coupe et pitch

12 Algorithme lié à lacquisition volumique Ce calcul a pour but de supprimer les artefacts de flou liés au déplacement continu de la table pendant lacquisition. Les algorithmes dinterpolation linéaire sont les plus utilisés : algorithmes dinterpolation linéaire 360° et 180°

13 Algorithme lié à lacquisition volumique Linéaire 360°:Les images axiales sont reconstruites à partir des projections acquises sur deux rotations soit 720°Une moyenne est alors effectuée sur 360° en fonction de léloignement du point par rapport à laxe de la coupe. Linéaire 180°:Les images axiales sont reconstruites à partir des projections acquises pendant une seule rotation soit 360°. Linterpolation se fait entre les données en projection angulaire opposée (considérées comme similaires : ex 90° et 180°)

14 La course à la vitesse Toutes les innovations technologiques vont dans un sens : explorer le volume le plus important en un minimum de temps. Conséquence sur deux facteurs : élévation de la vitesse de rotation tube / détecteur avec vitesse de table augmentée Augmentation de la surface de détection

15 La course à la vitesse Les principales évolutions ont permis une diminution du temps dacquisition -Par une diminution de temps de rotation : 0.35 sec actuellement -Par une augmentation de la surface de détection : mono barrette, double barrettes, détection matricielle. -En détection matricielle, par une augmentation du nombre de cellule et de canaux de reconstruction (64 coupes en 2005)

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18 Scanner GE, 0.35 sec/rot

19 Scanners mono et double barrettes : collimation En doublant le nombre de barrette, le temps dacquisition est divisé par 2 ou la longueur de lhélice est multipliée par 2 Lépaisseur de coupe est réglée par la collimation primaire et / ou secondaire

20 Lacquisition matricielle collimation La collimation ne fixe plus lépaisseur de coupe

21 Lacquisition matricielle Les barrettes de détection sont remplacées sur les modèles les plus récents par des matrices de cellules de détections. Le nombre dimages reconstruites sera fonction du nombre de canaux de reconstruction. Z

22 Scanner matriciel : principe dacquisition Des canaux de reconstruction récupèrent les données de une ou plusieurs rangées de cellules et fixent ainsi lépaisseur de coupe Exemple sur le scanner GE à 16 rangées de 880 cellules, soit 880 x 16 = cellules 4 canaux de reconstruction Les cellules ont la même taille : matrice symétrique

23 Avec 4 rangées de cellules actives

24 Avec 8 rangées de cellules actives

25 Avec 12 rangées de cellules actives

26 Avec 16 rangées de cellules actives

27 Un autre exemple, le scanner Aquilion Toshiba Ce scanner est équipé de 4 rangées de cellules en position centrale de 0.5 mm et 30 cellules de 1 mm, soit 896 x 32 = cellules La matrice est dite « hybride » Il permet lacquisition de : 4 coupes de 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 8 et 10 mm.

28 Autre cas : la matrice asymétrique Dans ce cas, la largeur des détecteurs croît au fur et à mesure quils sécartent de la perpendiculaire à laxe de rotation. Les détecteurs périphériques, plus larges, limiteraient leffet de cône et de pénombre

29 Le foyer dynamique : Oversampling sur laxe Z Ce système est également utilisé chez un constructeur (Siemens, scanner matriciel). Permet de doubler le nombre de coupes / rotation sur laxe Z

30 Le pitch en acquisition matricielle En acquisition matricielle, le pitch est défini, Soit par rapport à la collimation totale du faisceau (x) méthode la plus utilisée Soit par rapport à largeur dune cellule (d). Pitch (x) = depl table pour 1 rot largeur du faisceau Pitch (d) = depl table pour 1 rot largeur dun détecteur Ainsi, Pitch (d) = Pitch (x) x nombre de coupes Z

31 Exemple

32 Problème ? Quelle sera lépaisseur de coupe minimale sur un mono ou double barrette ?. Et sur une matrice de détection ?

33 Détermination du nombre dimages reconstruites et épaisseur de coupe En acquisition séquentielle, une rotation donne une image. Le nombre dimages obtenues sera fonction du nombre de déplacements de table successifs. Lépaisseur de coupe est fixée par la collimation. Elle est très proche de lépaisseur de reconstruction. En acquisition volumique monocoupe, le nombre dimages reconstruites est choisi dans un volume par lopérateur. Il est déterminé par lincrément de reconstruction. Lépaisseur de coupe est fonction de la collimation, du pitch et de lalgorithme choisi. Elle est toujours supérieure à lépaisseur nominale. En acquisition matricielle, lépaisseur de coupe sera fonction du nombre de cellule utilisé et dont les données seront recueillies par les canaux de reconstruction.elle dépend également du pitch et de lalgorithme de reconstruction. Elle est indépendante de la collimation (sauf cas particuliers).

34 Paramètres radiologiques Le manipulateur sélectionne : Lépaisseur de coupe par le jeu des cellules (multiple de par exemple) Lalgorithme de reconstruction Les mA, les Kv (HT), le temps de rotation Le pitch Lincrément de reconstruction

35 Algorithme lié à lacquisition matricielle Seul lalgorithme dinterpolation linéaire 360° est utilisé. La méthode de calcul est la même mais linterpolation se fait à partir de données issues de détecteurs de rangées les plus proches de laxe de limage reconstruite. Dautres algorithme existe : mode hyperplan. Un point du volume est projeté sur au moins un détecteur de chaque rangée. Ce point sera reconstruit après recueil des données de chacun de ces détecteurs.

36 Algorithme lié à lacquisition matricielle Linterpolation nest plus limitée à deux mesures comme en monocoupe mais peut être réalisée à partir de plusieurs points. Il existe certains pitchs où une partie des données de deux hélices successives se chevauchent et sont redondantes. Ces pitchs sont peu favorables pour linterpolation optimale des données. Ceci explique que certains machines ne proposent pas toutes les valeurs de pitch.

37 Evolution La tendance actuelle va vers: une augmentation de taille de la matrice dacquisition. Une augmentation de nombre de canaux de reconstruction. Les derniers scanners permettent ainsi de réaliser 64 coupes par rotation.

38 Evolution et limites Diminution de la taille des cellules: 1,25 à 0,64 mm chez GE, Philips et Siemens 0,5 mm chez Toshiba. Un problème : la dose délivrée au patient ? Les limites : La longueur de la matrice devient un problème : effet de pénombre sur les détecteurs les plus éloignés de laxe xy Prochainement le détecteur plan ou le scanner double tube ?

39 Dosimétrie Grâce aux progrès réalisés sur les détecteurs, les scanners à détection matricielle sont moins irradiants. De nombreux protocoles permettent une nette diminution de la dose délivrée aux patients : protocoles « low dose » Dose proportionnelle à lépaisseur traversée « care dose » Meilleur suivi de la dose délivrée : Affichage de la dose avant la réalisation et rapport de dose après lexamen

40 OPTIONS ET EXTENSIONS Des options livrées avec lappareillage ou payantes

41 Traitement de l image

42 Reconstruction 2 D Ce procédé permet par un système dempilement des images une reconstruction secondaire dans un plan différent sagittal, coronal ou par un axe variable. Appelé MPR ou reformatage, il permet de reconstruire des coupes dans le plan axial avec une inclinaison variable.

43 2D Abdo

44 2D os

45 2D cerveau

46 Reconstruction 3 D Cest un système de reconstruction dans lespace avec effet de relief. La reconstruction dimage 3D peut être Mono tissus ou multi tissus : elle reconstruit alors des structures de densités différentes pouvant être représentées par des couleurs différentes ou par des effets de transparence.

47 3D mono tissu

48 3d multi-tissus

49 3D multi tissus

50 3D Multi-tissus

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52 3 D

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54 Mixage 3D / 2D

55 Maximum Intensité Projection Ce logiciel va reconstruire un volume par empilement des coupes en ne gardant que les pixels ayant les plus fortes densités cest à dire les os et les vaisseaux injectés. Le travail de lopérateur va consister à écarter de sa reconstruction les structures non désirées (los). Il permet la visualisation la lumière des vaisseaux et les calcifications sous tous les plans.

56 Mip

57 MIP

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59 Minip Ce logiciel est identique au précèdent mais ne conserve que les valeurs minimales. Il permet la visualisation de structures aeriques : larbre bronchique par exemple.

60 Minip

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62 Endoscopie virtuelle Ce logiciel est un dérivé de la 3D et permet de réaliser une pseudo-endoscopie des bronches, des vaisseaux, du tube digestif etc. …

63 Endoscopie virtuelle

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65 Coloscopie virtuelle

66 Dentascan Ce procédé permet par lacquisition de coupes fines sur la mâchoire dobtenir des images de type panoramique ainsi que des reconstructions dans le plan frontal des structures osseuses de la mâchoire. La visualisation des images se fait en taille réelle pour faciliter le travail de mesure qui suivra. Ce logiciel est utilisé pour la pose dimplants dentaires.

67 Dentascan

68 La perfusion cérébrale (acquisition matricielle) Ce logiciel remplace lutilisation du Xénon Acquisition continue sur le cerveau pendant linjection de produit de contraste : rotation sur une meme zone pendant 40sec Permet de visualiser des différences de prise de contraste et donc témoigne de la vascularisation cérébrale Il donne une image fonctionnelle Diagnostic précoce des AVC ou de troubles de la vascularisation cérébrales

69 Gating cardiaque Lacquisition est couplé à lélectrocardiogramme Les images sont reconstruites lors des phases de diastole

70 Gating cardiaque Les images obtenues ne sont pas floues et permettent lexploration du cœur

71 Coronarographie scanner Couplé au système de gating cardiaque, il permet la reconstruction des artères coronaire (scanner multi coupes 64). Permet de détecter des sténoses de vaisseaux de moins de 1,5 mm

72 Les consoles de traitements Ces logiciels sont très souvent installés sur des consoles de travail du type - Advantage windows chez GE - Omnipro chez ELSCINT - Easy vision chez PHILIPS - Prominence, Wisard, Léonardo chez SIEMENS - Voxel chez PICKER - Alatoview chez TOSHIBA

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74 Options de fonctionnement Certaines options étaient utilisées sur les scanners séquentiels et non plus de raison dêtre depuis larrivée des scanners à acquisition volumique - Acquisition dynamique : système dacquisition rapide avec reconstruction différée

75 Scanographie à double énergie Ce système a été remplacé par lostéodensitométrie. Le tube va émettre alternativement deux flux de rayons x avec des tensions différentes. Ce système permet le calcul de la teneur en calcium des os. Il peut être utilisé dans le diagnostic et la surveillance de lostéoporose

76 Scanographie à double énergie

77 Scanographie au Xénon Le patient inhale un mélange doxygène et de Xénon pendant plusieurs minutes. Le Xénon rehausse le contraste entre la substance grise et la substance blanche. Ce système peut être utilisé dans le diagnostic fonctionnel des troubles de la circulation et des maladies vasculaires cérébrales. Système remplacé par lIRM et par létude scanner de la perfusion cérébrale

78 Déclenchement de lacquisition par mesure de la densité Sure Start sur certain système. Il permet de déclencher la spirale dès larrivée du pdc dans une région délimitée Soit petite injection et mesure du délai (nest plus utilisé) Soit la mesure est faite sur linjection principale

79 Scopie scanner ou mode fluoroscopique Les scanners les plus récents permettent lacquisition rapide et la reconstruction en temps réel : 12 images / sec Acquisition en basse dose Les données utiles à la reconstruction de limage sont recueillies pendant 60° et reconstruites en matrice 256 Cette technique est utilisée en radiologie interventionnelle dans le guidage de ponction Système de protection de la main : interruption du rayonnement au dessus des mains de lopérateur

80 Assistance à la Biopsie

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