TOMODENSITOMÉTRIE

TOMODENSITOMÉTRIE

La tomodensitométrie (T.D.M.), ou scanographie, est une image numérique représentant des coefficients d’atténuation obtenus au niveau de tissus mous, explorés selon un plan de coupe déterminé. Elle permet de visualiser ces tissus mous après traitement des données au moyen d’un ordinateur. Le premier prototype industriel fut réalisé par G. N. Hounsfield, ingénieur de la firme E.M.I., en 1968: «A Method and apparatus for examination of a body by radiation such as X or gamma-radiation» (brevet en 1972), et couronnée par un prix Nobel en 1979. Alors qu’un faisceau de rayons X conventionnel traversant une structure anatomique projette sur une plaque radiographique les ombres des organes traversés en les confondant, le principe du tomodensitomètre est de choisir un plan de coupe axial transverse à l’exclusion des autres, d’effectuer de multiples projections sous différents angles afin de connaître les facteurs tissulaires d’atténuation contributifs à l’image radiologique et afin de les numériser, ce qui est un avantage sur l’examen radiologique traditionnel qualitatif. Pendant cet examen, le foyer du tube à rayons X décrit autour du patient une trajectoire qui peut être plus ou moins complexe, d’où les variantes dans l’appareillage.

Principe

Les rayons X polychromatiques filtrés des basses énergies sont atténués par les milieux biologiques suivant une loi exponentielle tenant compte de l’absorption photo-électrique et de la diffusion par effet Compton. Soit I⁰ le flux incident de rayons X (fig. 1) pénétrant suivant l’axe x un milieu hétérogène de coefficient d’atténuation 猪(x ), et I^k le flux émergent, nous avons la relation:

En discrétisant l’information nous avons la relation:

En déplaçant le pinceau de rayons X un certain nombre de fois (k , par exemple) d’un pas égal, on définit un profil de projection (P, k , ) contenant les facteurs d’atténuation 猪.

La tâche de l’ordinateur est de collationner toutes les valeurs de projections mesurables que sont ln I⁰/I^k et de retrouver dans un plan de coupe par de multiples projections et sous différents angles , donc d’équations, les valeurs élémentaires de 猪. Ce coefficient est dépendant de façon complexe de la densité tissulaire (d’où le nom de tomodensitométrie), du numéro atomique du corps chimique rencontré, de l’énergie moyenne des rayons X au niveau de l’élément calculé. Les tissus ont un coefficient linéaire d’atténuation compris entre celui de l’air et celui de l’os. Si 猪^H2O représente le coefficient d’atténuation de l’eau et sert de zéro référentiel, le coefficient d’atténuation 猪 peut se mesurer sur une échelle relative arbitraire de nombres .

La réalisation d’une image représentative de ces coefficients d’atténuation est effectuée en trois étapes: obtention des projections, traitement informatique des données, représentation matricielle des valeurs calculées.

Perfectionnements technologiques

Les systèmes tomodensitométriques ont beaucoup évolué depuis le premier prototype. L’appareil de première génération comprenait un tube et un détecteur entre lesquels était placé le patient (fig. 2). Un mouvement synchrone du tube et du détecteur permettait de déplacer le pinceau de rayons X avec une largeur de coupe pouvant varier de 3 à 12 mm afin d’obtenir une centaine de mesures de ln(I⁰/I^k ), le couple tube détecteur tournait d’un pas d’angle de quelques degrés et la translation se répétait, cette opération s’effectuait environ une centaine de fois sur 180⁰. L’ordinateur collationnait ainsi environ 10 000 mesures. La deuxième génération vit une amélioration de la vitesse de balayage qui passe de 3 à 1 mn environ par coupe grâce au couple faisceau à rayons X en éventail et barrette de détecteurs et une diminution du nombre de pas angulaires. La troisième génération vit la translation disparaître, la barrette détectrice étant assez longue pour accepter tout le champ de mesure et tournant de façon synchrone avec le tube à rayons X. La quatrième génération voit le tube tourner seul dans une couronne comprenant de nombreux détecteurs fixes de l’ordre de 800 à 1 000. Afin de réduire l’effet de pénombre par une meilleure focalisation et augmenter la distance patient-tube, la cinquième génération place le tube à rayons X en dehors de la couronne, cette couronne est animée d’un mouvement de nutation, les détecteurs proches du tube s’effaçant pour laisser passer le rayonnement incident.

Les profils ainsi obtenus sont placés en mémoire, filtrés mathématiquement, épandus selon leurs axes de projection et additionnés pour retrouver l’image représentative des coefficients d’atténuation. Chacun de ces coefficients est placé numériquement à son adresse en x , y , dans une grille de cellules carrées (256 憐 256, 512 憐 512), il est représenté dans la cellule sur un moniteur de télévision selon une nuance de gris ou de couleur correspondante à son nombre (exemple + 1 000 pour l’os, 漣 1 000 pour l’air) [fig. 3]. Le moniteur de télévision représentant ce nombre ne possède en général que 256 niveaux de gris et le nombre peut avoir deux mille valeurs différentes. Aussi appartient-il de choisir une fenêtre de valeurs à représenter. La précision de cette mesure peut atteindre 0,2 p. 100 et le plus petit volume analysé est de 1,5 mm³.

La représentation de l’image des coefficients d’atténuation n’est pas la seule fonction de l’ordinateur. Il peut reconstruire des plans sagittaux ou frontaux, donner la valeur d’une cellule ou d’une zone d’intérêt, faire des agrandissements électroniques, visualiser des profils, traiter les informations nécessaires aux irradiations externes en radiothérapie en superposant sur l’image les champs d’irradiation théoriques calculés pour chaque patient.

Conséquences sur la politique de santé

La disponibilité du scanographe a largement contribué à la promotion d’une nouvelle discipline, l’économie de la santé.

Par ce terme, on sous-entend non pas un ensemble de méthodes ou de règlements destinés à réduire les coûts des soins médicaux, mais une véritable discipline permettant d’éclairer des choix en termes d’impact social et économique, à côté de leur formulation plus classique en termes médico-techniques. À ce titre, une des caractéristiques du scanographe est son utilisation virtuellement illimitée: il n’y a pas de région anatomique qui n’offre d’intérêt potentiel à l’exploration par le tomodensitomètre.

Bien plus, on peut imaginer aisément que l’on puisse répéter l’examen périodiquement pour suivre l’effet d’un traitement, ou encore dans le but d’un dépistage précoce de tumeurs profondes. Un tel usage «extensif» du tomodensitomètre, technique «de pointe», pose évidemment des problèmes de risques et de coûts, d’une manière particulièrement nette à cause du prix des installations, de leur entretien et de l’intensité de leur usage possible. Bien entendu, il faut mettre en rapport ces «coûts» (et ces risques) avec les «bénéfices» obtenus par la nouvelle méthode.

Or, si la notion de bénéfice peut facilement s’apprécier en matière de prévention (le nombre de malades dépistés à un stade curable, par exemple) ou de thérapeutique (le nombre de malades guéris, qui ne l’auraient pas été spontanément, par exemple), elle est difficile à démontrer pour une procédure diagnostique comme le réalise le scanographe.

Le bénéfice veut-il seulement illustrer l’apport supplémentaire d’information de la nouvelle technique? Ou s’exprime-t-il par sa capacité de remplacement d’autres techniques moins efficaces, plus risquées, plus inconfortables, plus coûteuses ou plus compliquées? Ou faut-il apprécier le bénéfice en fonction d’un résultat final obtenu dans la solution d’un problème médical?

Toutes ces questions suscitent de nombreuses controverses, d’autant plus qu’elles reçoivent des réponses différentes en fonction de l’usage principal que l’on veut faire de l’appareil (crâne ou corps entier), de son lieu d’implantation et des personnes qui l’utilisent. Mais on s’accorde généralement sur les résultats suivants:

– Le scanographe est maintenant un appareil sûr et efficace au moins à 80 p. 100 pour le diagnostic de la pathologie du crâne et de la cavité abdominale profonde.

– Son introduction a permis de faire décroître le nombre total d’artériographies de 15 à 20 p. 100 en moyenne, et d’augmenter le nombre relatif d’artériographies positives de 40 p. 100. Elle a contribué à la décroissance de 20 à 75 p. 100 du nombre de ventriculographies gazeuses. Tous ces examens sont coûteux, risqués et douloureux, et le gain en sécurité et en confort doit être pris en compte dans le calcul du bénéfice «net» de la nouvelle technique.

– Le dépistage plus précoce et plus facile de la pathologie tumorale intracrânienne ou intra-abdominale n’a pas conduit jusqu’à maintenant à l’amélioration quantitative de la survie des malades. Le pronostic des tumeurs cérébrales, des accidents vasculaires cérébraux, ou encore celui du cancer du pancréas, du foie ou du rein n’a pas évolué de manière déterminante grâce à l’amélioration des conditions de diagnostic. Cependant, la qualité de la prise en charge médicale s’est accrue dans d’importantes proportions, par le raccourcissement des périodes d’hospitalisation nécessaires au diagnostic, et par une meilleure prise des décisions thérapeutiques. Le scanographe permet d’établir plus facilement un diagnostic et permet en thérapeutique de faire des interventions ponctuelles en modulant le geste médical.

En face d’un tel bénéfice, peut-on mettre une différence de coûts? En 1983, la Sécurité sociale, en France, remboursait l’examen au taux de Z 90 (le taux de Z, lettre clef de la radiologie, étant de 9,10 F au 15 mars 1983, valorisant ainsi le scanogramme à 819 F). Or, les coûts d’exploitation de l’appareil sont élevés, de sorte que les «coûts de revient» peuvent être plus élevés que les tarifs de remboursement. Dès lors se pose un problème grave, qui a trouvé son illustration pour la première fois en France: pour amortir leurs investissements, les établissements privés ont voulu obtenir un tarif dépassant celui de la convention avec la Sécurité sociale. À ce prix, ces établissements privés, travaillant parfois vingt-quatre heures sur vingt-quatre, pourraient tirer profit de l’exploitation d’un scanographe. En revanche, le secteur public, qui ne peut pratiquer une telle politique de dépassement, fait fonctionner ses installations «à perte» et n’a aucun intérêt à les gérer de manière intensive. Pour la première fois s’illustre ici le phénomène, bien connu des économistes, que le progrès technique peut contribuer parfois à accentuer les inégalités sociales.

Applications cliniques

Les indications médicales et les résultats du scanographe (tomodensitométrie) demeurent très larges, mais sont aujourd’hui concurrencées par l’imagerie de la résonance magnétique nucléaire (fig. 4).

– En pathologie crânio-encéphalique, le tomodensitomètre (scanner X) mérite de venir en tête de liste des investigations en raison de sa précision (diagnostic et localisation) et de son caractère non traumatique. Le scanner X a rendu inutile la douloureuse injection d’air dans les ventricules (encéphalographie gazeuse) dont les indications ont chuté de 90 p. 100, et il a diminué considérablement le nombre des opacifications vasculaires (angiographie cérébrale).

Même s’il ne peut pas toujours faire le diagnostic de nature d’une tumeur, le scanner X précise l’existence de l’anomalie, et guide la chirurgie. C’est le premier examen à demander dans l’épilepsie, devant un accident vasculo-cérébral, en traumatologie d’urgence et dans la recherche d’une tumeur, d’un abcès, d’une atrophie cérébrale ou d’une hydrocéphalie (distension ventriculaire).

– En pathologie ophtalmique et faciale, le scanner X est devenu un des plus importants modes d’exploration des exophtalmies, des lésions du nerf optique et des tumeurs de la face.

– L’examen de l’abdomen et du thorax par le scanographe a vu ses indications se multiplier. Malgré les progrès de l’échographie, l’étude du foie, du pancréas, des reins, des surrénales est plus précise lorsqu’on emploie le scanographe. Cette technique demeure le meilleur examen pour le bilan des atteintes ganglionnaires des lymphosarcomes et de la maladie de Hodgkin. Le scanographe montre des chaînes de ganglions que les procédés classiques (lymphographe) ne peuvent révéler.

– Les poumons et le médiastin (partie centrale du thorax) ne peuvent être explorés par échotomographie ultrasonore, alors que le scanner X y trouve de remarquables applications. La détection de petites tumeurs, de pleurésies minimes a beaucoup bénéficié de cette technique.

– De nouvelles applications apparaissent chaque année: la scanographie est devenue une remarquable méthode de recherche des hernies discales responsables de la sciatique. Elle a trouvé des indications en orthopédie dans l’examen des déviations des membres, l’étude d’extension des tumeurs osseuses et l’évalution de la teneur en calcium des vertèbres dans l’ostéoporose.

Les nouveaux scanographes rapides permettent aujourd’hui de faire des images en 20 millisecondes, et d’obtenir une image nette des cavités cardiaques.

– Enfin, l’association de ponctions guidées et de la scanographie permet sans douleur ni danger de faire un diagnostic tissulaire d’une anomalie repérée par le scanner.

En conclusion, l’apport essentiel du scanner X est la mise en évidence, d’une part, de zones profondes et cachées, d’exploration difficile; d’autre part, de parenchymes, c’est-à-dire de vastes amas cellulaires (cerveau, foie, pancréas, etc.) inaccessibles à la radiologie classique. C’est grâce à l’imagerie nouvelle de ces grands organes que l’on peut espérer aujourd’hui détecter plus précocement et guérir de graves affections. L’imagerie par résonance magnétique nucléaire remplace maintenant une partie des indications du scanographe: l’étude du cerveau, du foie, du médiastin, du pelvis, de la moelle épinière est plus précise en imagerie R.M.N. Il restera au scanographe la mise en évidence des structures calcifiées, que la R.M.N. ne voit pas, et, peut-être, les études cardiaques très spécialisées.

tomodensitométrie [ tomodɑ̃sitɔmetri ] n. f.

• 1976; du gr. tomos « morceau coupé », densité et -métrie

♦ ⇒ scanographie.

● tomodensitométrie nom féminin Synonyme de scanographie. ● tomodensitométrie (synonymes) nom féminin

Synonymes :

- scanographie

tomodensitométrie

n. f. MED Syn. de scanographie.

⇒TOMODENSITOMÉTRIE, subst. fém.

MÉD. Synon. de scanographie (v. ce mot rem. s.v. scanner). La tomodensitométrie apporte aujourd'hui des informations souvent définitives quant à la localisation et quant à la nature de la lésion parasitaire (Journal de radiol., t. 66, 1985, n° 2, p. 144).

REM. Tomodensitométrique, adj., méd. Effectué par tomodensitométrie. Synon. scanographique (v. ce mot rem. s.v. scanner). Coupe tomodensitométrique. L'examen tomodensitométrique cérébral (...) montre une volumineuse image kystique (Journal de radiol., t. 66, 1985, n° 1, p. 39).

Prononc.:[]. Étymol. et Hist. 1976 (M. COLLARD, H. DUPONT, La Tomodensitométrie cérébrale, Nouvelle méthode neuroradiologique, concours méd., 98, n° 24, 3417-3427). Formé de l'élém. tomo- (du gr. « coupure ») et de densitométrie (v. tomodensitomètre).

tomodensitométrie [tomodɑ̃sitɔmetʀi] n. f.

ÉTYM. 1976; du grec tomos « morceau coupé » (→ Tomo-), densité, et -métrie.

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♦ Méd. Scanographie.

Encyclopédie Universelle. 2012.