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La tomodensitométrie

Parlons sciences
Lisibilité
8.32

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Apprenez-en plus sur l’histoire, la fonction, l’utilisation, les bienfaits et les risques d’une tomodensitomètre en tant d’imagerie médicale

La tomodensitométrie emploie des rayons X et un ordinateur pour générer des images en fines tranches de tissu, ou aussi appelé coupes. Tomodensitométrie vient du mot grec tomos (coupure), du mot latin densitas (grand nombre) et du mot grec metron (instrument pour mesurer).

Historique

On attribue généralement l’invention de la tomodensitométrie à sir Godfrey Hounsfield et à Allan McLeod Cormack. En 1967, sir Hounsfield pensait pouvoir déterminer ce qui se trouve à l’intérieur d’un contenant en le radiographiant de tous les points de vue. Pour vérifier son idée, il a construit un prototype de tomodensitomètre (appelé CT scanner en anglais) dont l’ordinateur utilisait les données provenant de radiographies prises de tous les angles pour produire une image en « tranches » (voir la figure 4). Il a d’abord mis son prototype à l’essai avec un cerveau humain conservé, puis avec un cerveau de vache frais obtenu d’un boucher. Il l’a ensuite utilisé pour se radiographier lui-même. À ce moment, sir Hounsfield n’était pas au courant de la théorie mathématique qu’Allan Cormack avait développée pour décrire un appareil semblable; leurs travaux en parallèle leur ont permis d’obtenir conjointement le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1979.

C’est le 1er octobre 1971 en Angleterre qu’un tomodensitomètre (parfois appelé scanneur) a produit les premières images d’un cerveau de patient. L’ordinateur a mis environ cinq minutes pour les saisir, et deux heures et demie pour les traiter. L’appareil était doté d’un seul capteur, et employait un faisceau unique de rayons X.

Prototype du premier tomodensitomètre
Prototype du premier tomodensitomètre (Source : Gdh~commonswiki [CC BY-SA] via Wikimedia Commons).

Fonctionnement

Les tomodensitomètres modernes sont constitués d’un tube à rayons X et de capteurs numériques qui tournent autour d’une partie du corps des patients.

Tomodensitomètre moderne
Tomodensitomètre moderne (Source : liz west from Boxborough, MA [CC BY] via Wikimedia Commons).

L’appareil prend de nombreuses images qui sont ensuite traitées au moyen d’ordinateurs et de calculs mathématiques, créant une série de coupes d’une extrémité à l’autre de la partie étudiée.

CT scans of a human from the base of the skull (top left) to the top of the head (bottom right)
Images tomodensitométriques depuis la base du crâne (en haut, à gauche) jusqu’en haut de la tête (en bas, à droite) (Source : Department of Radiology, Uppsala University Hospital. Uploaded by Mikael Häggström via Wikimedia Commons).

Puisque ces images sont prises le long d’un seul axe (sur la longueur du corps), ce procédé a d’abord été appelé « tomographie axiale commandée par ordinateur », ou TACO. Bien que les coupes soient toujours axiales, des logiciels peuvent les combiner et les manipuler de façon à obtenir des images en trois dimensions qu’on peut ensuite faire tourner pour voir les parties du corps depuis plusieurs points de vue. C’est pourquoi on préfère maintenant appeler cette méthode « tomodensitométrie » tout court.

Usages

Comme les appareils à rayons X ordinaires, les tomodensitomètres sont très souvent utilisés pour déceler les blessures ou les pathologies (anomalies) dans toutes les parties du corps. Ils sont surtout utilisés au niveau de la tête, du cou, de la poitrine, de l’abdomen et du pelvis. On se sert souvent de tomodensitomètres pour trouver des tumeurs et des caillots de sang dans le cerveau parce que le niveau d’énergie des rayons permet de traverser le crâne. Contrairement aux appareils à rayons X ordinaires, les rayonnements des tomodensitomètres sont plus pénétrants. On se sert aussi des tomodensitomètres pour examiner les tissus du cœur et des poumons. Il arrive qu’un médecin prescrive plusieurs examens tomodensitométriques de façon à pouvoir évaluer l’évolution d’une anomalie (comme une tumeur, par exemple) au fil du temps.

Avantages et risques

Le principal avantage des tomodensitomètres est qu’ils génèrent des images en trois dimensions qui permettent aux médecins de voir des parties du corps sous de nombreux angles. Comme ces images peuvent aussi être analysée une fine tranche à la fois, il est également possible de localiser de minuscules anomalies (voir la figure 6). De plus, contrairement aux appareils à rayons X ordinaires, les tomodensitomètres peuvent émettre des rayonnements à diverses intensités (niveaux d’énergie), et l’échelle de gris des images qu’ils produisent peut être réglée après coup, ce qui permet aux gens qui les examinent de voir les structures de l’organisme avec plus de précision. Ils ont toutefois le défaut d’exposer les patients à une quantité plus élevée de radiation. Les examens tomodensitométriques à répétition peuvent augmenter les risques de cancer, mais la plupart des gens n’en subissent pas assez durant leur vie pour que cela pose problème.

Ma Carrière

Luc Tremblay, PhD., MBA

Gestionnaire des plateformes de résonance magnétique. Université de Sherbrooke

En tant que gestionnaires des plateformes de résonance magnétique, je m’occupe autant de l’aspect administratif que technique des instruments. Le côté administratif inclut la gestion des horaires ainsi que la facturation. 

La résonance magnétique est une technique polyvalente qui permet l’étude de liquide, de gaz ou de solide. À l’Université de Sherbrooke, elle est beaucoup utilisée pour l’analyse de petites molécules en solution en chimie organique, mais elle permet aussi l’élucidation de structures de protéines au département de biochimie. On l’utilise également pour faire l’imagerie du corps humain et de certains animaux (imagerie par résonance magnétique). Les mêmes principes régissent toutes ces techniques. 

Mon travail consiste donc à faire l’entretien et la réparation des différents systèmes. J’utilise mon côté touche-à-tout et logique pour ce faire. De très bonnes connaissances en informatique et en électronique sont requises.

Ma formation de chimiste m’aide beaucoup pour les expériences de spectroscopie sur les protéines et les petites molécules. Ma formation de physicien me permet de mieux comprendre les aspects théoriques de la technique et ainsi pousser les instruments à la limite de leur capacité. Pour l’imagerie, j’utilise ma formation de biologiste. Il est important d’avoir une bonne connaissance de la composition corporelle, de l’anatomie et des processus physiologiques pour pouvoir répondre aux questions des chercheurs et comprendre les images obtenues.

En bref, en tant que gestionnaire des plateformes de résonance magnétique, je dois être outillé pour pouvoir répondre aux différentes problématiques/questions de recherche qui me sont posées et aider les chercheurs à mieux comprendre les phénomènes étudiés. Pour se démarquer, il faut être imaginatif et savoir pousser les appareils au-delà de leurs limites.

J’adore mon emploi, car les défis sont constants et très variés. Ils impliquent de larges connaissances dans plusieurs domaines ce qui nous oblige à suivre les développements scientifiques.

Luc Tremblay
Luc Tremblay au travail (Source: © Luc Tremblay. Avec permission).

 

Références

Harris, T. (n. d.) How CAT Scans Work. HowStuff Works. 

OpenLearn from the Open University. (2008). CT scan - Imaging in medicine. YouTube.