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

Evolution des technologies Les appareillages ont subi, depuis le prototype de Hounsfield, de nombreuses amélioration permettant surtout un gain en temps d’acquisition Dans un premier temps acquisition séquentielle 1985 : tps acquisition 2 sec, 1 sec en rotation partielle 1989 : Apparition de la rotation continue puis de l’acquisition 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

Scanner à rotation alternée C’est le système le plus ancien encore utilisé L’ensemble tube détecteurs ne peut effectuer qu’une seule rotation autour du patient Les données recueillies permettent la reconstruction d’une image unique

Acquisition séquentielle C’est le mode d’acquisition le plus ancien. Une rotation de tube permet de reconstruire une image Encore utilisé de nos jours, surtout pour les explorations neurologiques (qualité d’image supérieure) Le déplacement du lit porte-patient règle l’espacement entre deux coupes. déplacement égal à l’épaisseur de coupe = coupes jointives déplacement inférieur à l’épaisseur de coupe = coupes chevauchantes déplacement supérieur à l’épaisseur de coupe = coupes incrémentées

Évolution technologique: la rotation continue Ce système à rotation alternée a été révolutionné par l’apparition de la rotation continue L’ensemble tube-détecteurs effectuait des rotations autour du patient sans marquer de temps d’arrêt. Les premiers scanners à rotation continue n’effectuaient que de l’acquisition séquentielle (une image par rotation). Ce système sera alors a nouveau modifié par l’apparition de l’acquisition volumique.

Paramètres radiologiques Le manipulateur sélectionne : L’épaisseur de coupe L’algorithme de reconstruction Les mA, les Kv (HT), le temps de rotation Le déplacement de table 1 coupe donne 1 image

L ’acquisition volumique: principe Possible que sur les scanners à rotation continue. La table va s’avancer régulièrement à l’intérieur du statif, l’ensemble tube détecteurs effectuant des rotations et des mesures en continue Ce déplacement régulier influence les paramètres d’acquisition par sa vitesse.

Acquisition volumique ou spiralée

Paramètres en acquisition volumique monocoupe Un nouveau paramètre est ainsi crée : le pitch Pour un mono barrette la formule est P = V x T En V est la vitesse de la table, t le temps de rotation sur 360 degrés, En est l‘épaisseur 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 d’épaisseur

Avantages de l’acquisition 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 d’artefacts dus aux mouvements du malade. Étude plus facile des structures vasculaires. Examen plus approfondi du fait de la rapidité d’acquisition (foie triphasique par exemple). Vision des lésions prenant le contraste très rapidement et le perdant aussi rapidement Opacification constante durant tout l’examen   les bolus d’entretien ne sont plus utiles. Traitement secondaire de l’image de meilleure qualité du fait de la multiplication des images.

Paramètres radiologiques Le manipulateur sélectionne : L’épaisseur de coupe L’algorithme de reconstruction Les mA, les Kv (HT) Le pitch L’incrément de reconstruction : nbre d’image reconstruite sur le volume Compromis nécessaire entre volume à explorer, apnée possible, épaisseur de coupe et pitch

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

Algorithme lié à l’acquisition 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 l’éloignement du point par rapport à l’axe de la coupe. Linéaire 180°:Les images axiales sont reconstruites à partir des projections acquises pendant une seule rotation soit 360°. L’interpolation se fait entre les données en projection angulaire opposée (considérées comme similaires : ex 90° et 180°)

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

La course à la vitesse Les principales évolutions ont permis une diminution du temps d’acquisition 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)

Scanner GE, 0.35 sec/rot

Scanners mono et double barrettes : collimation En doublant le nombre de barrette, le temps d’acquisition est divisé par 2 ou la longueur de l’hélice est multipliée par 2 L’épaisseur de coupe est réglée par la collimation primaire et / ou secondaire

L’acquisition matricielle collimation La collimation ne fixe plus l’épaisseur de coupe

L’acquisition matricielle Les barrettes de détection sont remplacées sur les modèles les plus récents par des matrices de cellules de détections. Le nombre d’images reconstruites sera fonction du nombre de canaux de reconstruction. Z

Scanner matriciel : principe d’acquisition Des canaux de reconstruction récupèrent les données de une ou plusieurs rangées de cellules et fixent ainsi l’épaisseur de coupe Exemple sur le scanner GE à 16 rangées de 880 cellules, soit 880 x 16 = 28160 cellules 4 canaux de reconstruction Les cellules ont la même taille : matrice symétrique

Avec 4 rangées de cellules actives

Avec 8 rangées de cellules actives

Avec 12 rangées de cellules actives

Avec 16 rangées de cellules actives

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 = 28672 cellules La matrice est dite « hybride » Il permet l’acquisition de : 4 coupes de 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 8 et 10 mm.

Autre cas : la matrice asymétrique Dans ce cas, la largeur des détecteurs croît au fur et à mesure qu’ils s’écartent de la perpendiculaire à l’axe de rotation. Les détecteurs périphériques, plus larges, limiteraient l’effet de cône et de pénombre

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

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 d’une cellule (d). Pitch (x) = depl table pour 1 rot largeur du faisceau Pitch (d) = depl table pour 1 rot largeur d’un détecteur Ainsi, Pitch (d) = Pitch (x) x nombre de coupes Z

Exemple

Problème ? Quelle sera l’épaisseur de coupe minimale sur un mono ou double barrette ?. Et sur une matrice de détection ?

Détermination du nombre d’images reconstruites et épaisseur de coupe En acquisition séquentielle, une rotation donne une image. Le nombre d’images obtenues sera fonction du nombre de déplacements de table successifs. L’épaisseur de coupe est fixée par la collimation. Elle est très proche de l’épaisseur de reconstruction. En acquisition volumique monocoupe, le nombre d’images reconstruites est choisi dans un volume par l’opérateur. Il est déterminé par l’incrément de reconstruction. L’épaisseur de coupe est fonction de la collimation, du pitch et de l’algorithme choisi. Elle est toujours supérieure à l’épaisseur nominale. En acquisition matricielle, l’épaisseur 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 l’algorithme de reconstruction. Elle est indépendante de la collimation (sauf cas particuliers).

Paramètres radiologiques Le manipulateur sélectionne : L’épaisseur de coupe par le jeu des cellules (multiple de 0.625 par exemple) L’algorithme de reconstruction Les mA, les Kv (HT), le temps de rotation Le pitch L’incrément de reconstruction

Algorithme lié à l’acquisition matricielle Seul l’algorithme d’interpolation linéaire 360° est utilisé. La méthode de calcul est la même mais l’interpolation se fait à partir de données issues de détecteurs de rangées les plus proches de l’axe de l’image reconstruite. D’autres 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.

Algorithme lié à l’acquisition matricielle L’interpolation n’est 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 l’interpolation optimale des données. Ceci explique que certains machines ne proposent pas toutes les valeurs de pitch.

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

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 l’axe xy Prochainement le détecteur plan ou le scanner double tube ?

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 l’épaisseur traversée « care dose » Meilleur suivi de la dose délivrée : Affichage de la dose avant la réalisation et rapport de dose après l’examen

OPTIONS ET EXTENSIONS Des options livrées avec l’appareillage ou payantes

Traitement de l ’image

Reconstruction 2 D Ce procédé permet par un système d’empilement 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.

2D Abdo

2D os

2D cerveau

Reconstruction 3 D C’est un système de reconstruction dans l’espace avec effet de relief. La reconstruction d’image 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.

3D mono tissu

3d multi-tissus

3D multi tissus

3D Multi-tissus

3D Multi-tissus

3 D

Mixage 3D / 2D

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

Mip

MIP

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

Minip

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. …

Endoscopie virtuelle

Coloscopie virtuelle

Dentascan Ce procédé permet par l’acquisition de coupes fines sur la mâchoire d’obtenir 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 d’implants dentaires.

Dentascan

La perfusion cérébrale (acquisition matricielle) Ce logiciel remplace l’utilisation du Xénon Acquisition continue sur le cerveau pendant l’injection 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

Gating cardiaque L’acquisition est couplé à l’électrocardiogramme Les images sont reconstruites lors des phases de diastole

Gating cardiaque Les images obtenues ne sont pas floues et permettent l’exploration du cœur

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

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

Options de fonctionnement Certaines options étaient utilisées sur les scanners séquentiels et non plus de raison d’être depuis l’arrivée des scanners à acquisition volumique - Acquisition dynamique : système d’acquisition rapide avec reconstruction différée

Scanographie à double énergie Ce système a été remplacé par l’ostéodensitométrie. 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 l’ostéoporose

Scanographie à double énergie

Scanographie au Xénon Le patient inhale un mélange d’oxygène 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 l’IRM et par l’étude scanner de la perfusion cérébrale

Déclenchement de l’acquisition par mesure de la densité Sure Start sur certain système. Il permet de déclencher la spirale dès l’arrivée du pdc dans une région délimitée Soit petite injection et mesure du délai (n’est plus utilisé) Soit la mesure est faite sur l’injection principale

Scopie scanner ou mode fluoroscopique Les scanners les plus récents permettent l’acquisition rapide et la reconstruction en temps réel : 12 images / sec Acquisition en basse dose Les données utiles à la reconstruction de l’image 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 l’opérateur

Assistance à la Biopsie