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L'imagerie médicale prend de bonnes résolutions

Jean-Emmanuel Filmont

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- Chicago, 27 novembre - 2 décembre 2005. La technologie permet aux tomodensitomètres et autres scanners d'améliorer leur résolution et de diminuer les doses d'irradiation.

Comme tous les ans, à Chicago (Illinois), le RSNA (Radiological Society of North America), le plus grand salon médical du monde, s'est tenu au McCormick Place. Il a accueilli, sur plus de 46 000 m2, quelque 65 000 congressistes venus de tous les continents.

Cette année, les innovations technologiques intéressaient principalement l'imagerie par tomodensitométrie (scanner X) avec la montée en puissance des résolutions spatiale et temporelle des appareils, notamment dans le domaine du scanner cardiaque ; la mise au point de procédés afin de minimiser l'irradiation ; le développement continu des systèmes informatiques de gestion d'imagerie multimodalités (PACS, picture archiving and communication systems).

On notera également une préoccupation de plus en plus marquée des industriels envers les examens des sujets obèses et la mise au point d'appareillages spécifiques, tels des tables de scanner supportant des poids supérieurs à... 225 kg !

Concernant la médecine nucléaire, tous les constructeurs couplent désormais leur TEP (tomographe à émission de positons) à des scanners TDM haut de gamme.

Les deux innovations les plus marquantes se trouvaient chez General Electric et Siemens. Le premier revient à la charge en R&D avec la très complexe technologie du "temps de vol" ou ToF (time of flight) pour le TEP, promettant une sensibilité de détection accrue. Le second innovait avec le tout premier scanner intégrant deux sources de rayons X.

1. Des TEP plus sensibles

La tomographie par émission de positons (TEP) repose sur la détection simultanée de deux photons gamma de 511 keV émis à 180° l'un de l'autre. Ces photons proviennent de l'annihilation d'un électron et de son antiparticule (positon) émis par un isotope radioactif. Depuis 1990, cette technologie a révolutionné la détection de cellules tumorales.

Les deux photons gamma sont détectés sur la couronne de détecteurs du TEP, l'information est alors enregistrée comme venant d'une ligne de coïncidence (line of response, LoR).

Chaque photon émis depuis l'annihilation va atteindre le détecteur à la vitesse de la lumière (30 cm/ns). Si l'annihilation a lieu au centre du détecteur, les photons seront détectés aux mêmes moments, sinon l'un d'entre eux arrivera plus tôt. Le principe du "temps de vol" ou "time of flight" est d'utiliser cette différence de temps de parcours afin de préciser le lieu de l'annihilation sur la ligne de réponse.

Cette technologie a été étudiée dès le début de la TEP dans les années 1970. Mais sa complexité de mise en oeuvre l'a faite disparaître au profit de la méthode de mesure plus simple sur laquelle repose encore la TEP en 2006. Afin de reconstruire les images, ces appareils utilisent uniquement ces lignes de réponse et introduisent ainsi une grande quantité de bruit dans les données.

Après quinze ans de silence, la technologie "temps de vol" revient en force et fait l'objet d'intense R&D chez General Electric. Son développement repose sur un trépied incontournable :

- La mise au point de nouveaux cristaux scintillants extrêmement rapides à l'instar du fluor de barium (utilisé dans les années 1980) présentant des temps de réponse des 500 picosecondes (comparé aux 40 ns du LSO, orthosilicate de lutetium). Les voies d'investigation actuelles ont recours au bromide de lanthanum (LaBr3) ;

- Une électronique de détection ultrarapide permettant de comptabiliser ces informations avec le minimum de temps mort ;

- Une puissance de calcul colossale afin de générer des dizaines de milliers de sinogrammes et d'assurer, dans des temps acceptables (quelques heures), les reconstructions mathématiques nécessaires à la visualisation clinique des images en trois dimensions.

La technologie "time of flight" permettrait d'augmenter significativement la qualité des images en améliorant le rapport signal sur bruit. En d'autres termes, la résolution spatiale ne serait pas améliorée mais la sensibilité de détection se verrait considérablement accrue permettant au médecin nucléaire des diagnostics plus précis en cancérologie. Ces avancées technologiques seraient disponibles sur les systèmes d'imagerie TEP d'ici cinq à dix ans.

2. Scanner : des doses d'irradiation divisées par deux

Le Somatom Definition est le premier tomodensitomètre (TDM) à utiliser une double source de rayons X (DSCT, Dual Source Computerized Tomography) et deux détecteurs placés à 90°. Les deux systèmes tube-détecteur sont utilisés simultanément à des énergies différentes permettant de caractériser au mieux les tissus et les fluides. De quoi repousser encore les limites du scanner, en accélérant la vitesse d'acquisition des images tout en permettant de diviser par deux les doses d'irradiation reçues par le patient.

Cette innovation sert essentiellement le domaine de l'imagerie cardiaque en faisant de cet appareil l'outil diagnostic essentiel des explorations "one-stop diagnosis" en soins intensifs.

La technologie de Siemens repose sur l'utilisation de tube RX relativement léger et compact. Ce tube, baptisé X Straton, a été introduit en 2003. Il possède, en outre, un système de refroidissement direct de l'anode lié au fait que tous les éléments rotatifs sont situés en dehors du vide, permettant un refroidissement optimal du tube. Ses caractéristiques physiques permettent ainsi des vitesses de rotation élevées en conservant des accélérations gravitationnelles raisonnables. Il est ainsi possible d'atteindre des vitesses de rotation de 0,33 seconde/tour permettant une synchronisation des images à l'électrocardiogramme (ECG) en abaissant la résolution temporelle à 83 millisecondes et ce indépendamment du rythme cardiaque.

Ces caractéristiques permettent l'acquisition de plusieurs images à chaque battement cardiaque et facilitent la réduction des artefacts liés aux mouvements intrinsèques du coeur. Parallèlement, le scanner s'adapte au rythme de l'ECG en modulant la dose d'irradiation et notamment en diminuant celle-ci durant les mouvements cardiaques rapides. Cette technologie novatrice permet ainsi d'abaisser la dose d'irradiation de 50 % comparée aux scanners classiques.

La flexibilité de la technologie de double tube ouvre de nouveaux champs de recherche et d'applications cliniques, car elle fournit un balayage à double énergie et permet la production de deux images différentes contenant des informations anatomiques complémentaires. La montée en puissance des deux tubes (160 kW) permet d'obtenir des images de qualité chez les patients obèses ou lors d'acquisition corps entier (polytraumatisé).

DÉCOUVERT AU SALONDEUX SOURCES DE RAYONS X POUR UN SCANNER

> Reconstruction tridimensionnelle du coeur permettant la visualisation des artères coronaires (tronc et coronaire gauche).

> Le scanner Somatom Definition de Siemens est le premier tomodensitomètre qui utilise simultanément deux tubes à rayons X Straton disposés à 90°.

> Tube Straton : ce tube très compact, acceptant d'importante contrainte gravitationnelle, équipe le scanner Somatom et supporte des rotations très rapides (0,33 s/tr).

RECHERCHEMESURER LE TEMPS DE VOL DES PHOTONS

- Dans les TEP (tomographie à émission de positons), le principe de la détection repose sur l'enregistrement dans une fenêtre temporelle fixe (classiquement de 10 ns) d'une ligne de réponse (LoR) correspondant au trajet des deux photons émis à 180° l'un de l'autre lors de la collision électron-positon. La technologie Time of Flight (ToF) précise le lieu de l'annihilation sur cette LoR et augmente la sensibilité de détection du système.

> Coupes coronales TEP (à gauche) et TDM (à droite) d'un patient porteur d'une lésion tumorale (maligne) du lobe supérieur du poumon droit.

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