Principe de la tomodensitométrie : l'absorption linéaire des rayons X

Le scanner X étudie l'atténuation d'un faisceau de rayons X au cours de la traversée d'un segment du corps. En effet, les faisceaux de rayons X traversant un objet subissent une atténuation par absorption et diffusion qui d‚pend du numéro atomique de l'objet et de l'énergie des rayons X incidents.

Cette atténuation, si l'objet est homogène, est exprimée par l'équation :

I = Io . e ^{-µ L}

avec

I : intensité du rayonnement transmis

Io : intensité du rayonnement incident

µ : coefficient d'atténuation linéaire (en cm^-1)

L : l'épaisseur de l'objet en cm

Le coefficient d'atténuation µ , pour un élément donné, dépend de son numéro atomique Z (= nombre de charge = nombre de protons = nombre d'électrons), de sa densité, de l'énergie du rayonnement incident; si bien que le choix de la tension du générateur du scanner X est un paramètre important dans le fonctionnement de la machine.

Le spectre d'énergie du rayonnement polychromatique sortant du tube à rayons X est donc filtré, et il est caractérisé par son énergie moyenne. La mesure de µ , pour un élément donné, est donc plus un "moyennage" qu'une valeur réelle pour une énergie monochromatique donnée. D'ailleurs, en pratique, pour un corps biologique, µ ne représente en fait qu'une mesure moyennée des différents éléments présents dans l'unité de volume étudié.

Or le coefficient d'atténuation ne peut être déterminé par une seule incidence, mais par la multiplication des incidences. Il faut avoir, en effet, suffisamment de données pour calculer un coefficient d'absorption qui soit satisfaisant. Le nombre de "segments" calculés est fonction de la matrice (notion de pixel et voxel).

Il est indispensable de rapporter les coefficients d'atténuation à un coefficient d'atténuation de référence à savoir: l'eau.

Les valeurs ainsi rapportées ont été définies par Hounsfield d'où le nom d'unités Hounsfield (UH).

Hounsfield a donné à l'eau le niveau 0, à l'air le niveau -1000, et à l'os la valeur +1000.

La formule mathématique qui relie le coefficient d'atténuation linéaire (m x) d'un corps donné (x) et son opacité (CTx) en unités Hounsfield (UH) est la suivante: 

CTx = (1000µ x µeau) / µeau

Il est admis que l'air a un coefficient d'atténuation de l'ordre de 0, si bien que la valeur TDM de l'air est ainsi arbitrairement fixée à -1000.

La valeur TDM de l'eau devient 0 et celle du calcium se situe à +1000.

Ainsi, on peut avoir une représentation graphique des densités attribuées par la TDM à certaines composantes du corps humain.

Il faut bien dire qu'il s'agit là d'éléments d'appréciation de certaines composantes tissulaires et non pas d'éléments permettant la caractérisation tissulaire. Il faut savoir que ces nombres TDM, pour un même tissu, peuvent différencier selon une série de conditions physiques comme le tissu environnant (un nodule de même densité absolue ne sera pas chiffré de la même façon à l'intérieur du foie ou à l'intérieur du poumon ou encore selon sa profondeur dans le poumon), mais aussi selon l'algorithme de reconstruction de l'appareil.

On comprend qu'il n'existe en scanographie qu'un seul paramètre, à savoir le coefficient d'absorption des rayons X, et qu'il s'agit donc d'un procédé de densitométrie linéaire selon le trajet de progression du rayonnement.