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Scanner à comptage photonique

Une avancée décisive pour le scanner

Après l’introduction du scanner spiralé en 1990, du scanner à large détecteur en 2004, du scanner bi-tube en 2005 et les scanners à détecteurs double-couches en 2013, la modalité Scanner est arrivée à maturité et a atteint ses limites.

L’arrivée du scanner à comptage photonique va révolutionner la pratique clinique grâce à un nouveau type de détecteur radicalement différent du classique détecteur à intégration d’énergie.

Les détecteurs à comptage photonique ont le potentiel de repousser les limites des détecteurs de scanners actuels en fournissant des données tomodensitométriques à très haute résolution spatiale, sans bruit électronique, caractérisées par un rapport contraste sur bruit amélioré, une dose de rayonnement plus faible et des informations spectrales intrinsèques.

Scanner à comptage photonique

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Anti-scatter gris : Grille antidiffusion
Solid-state scintillator (GOS) : Scintillateur solide (GOS)
Septum : Septum
Photo-diodes : Photodiodes
Signal accumulated of all detected light pulses : Signal cumulé de toutes les impulsions lumineuses détectées
Energy‐integrating detector : Détecteur à intégration d'énergie

À l’heure actuelle, les scanners médicaux sont équipés de détecteurs à scintillation solide. Au cours d’un processus de conversion en deux étapes, les rayons X absorbés sont d’abord convertis en lumière visible dans le cristal de scintillation. Puis, la lumière est convertie en signal électrique par une photodiode fixée à l’arrière de chaque cellule de détection.

De faible amplitude, le signal électrique analogique des photodiodes est sensible au bruit électronique, ce qui limite fondamentalement la capacité de réduction supplémentaire de la dose de rayonnement.

Parallèlement à cela, il est difficile d’augmenter fortement la résolution spatiale des détecteurs classiques au-delà de leurs performances actuelles.

Durant ce processus de conversion en deux étapes, la lumière créée par des milliers de photons de rayons X est cumulée sur le temps d’intégration et mesurée dans sa globalité, ce qui se traduit par la perte des informations spectrales du signal entrant.

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Anti-scatter grid : Grille antidiffusion
Cathode : Cathode
High voltage : Haute tension
Pixelated anodes : Anodes pixellisées
CdTe (Semiconductor) : CdTe (semi-conducteur)
Individual signal of each detected photon : Signal individuel de chaque photon détecté
Photon-counting detector : Détecteur à comptage photonique

Par opposition, les détecteurs à comptage photonique transforment directement les photons de rayons X en signaux électriques.

Par un processus de conversion directe, les rayons X absorbés créent des paires électron‐trou dans le semi-conducteur. Les charges sont séparées par un champ électrique puissant produit entre les électrodes du détecteur, c'est-à-dire la cathode en haut et les anodes pixellisées en bas.

Par rapport aux détecteurs classiques, les détecteurs à comptage photonique offrent plusieurs avantages. Chaque cellule de détection est définie par le champ électrique puissant entre la cathode commune et les anodes pixellisées (Fig. 2), et il n’est pas nécessaire d'ajouter des septa entre les pixels de détection pour éviter la diaphonie optique inhérente aux détecteurs à scintillation. Meilleure que celle des détecteurs classiques, l’efficacité géométrique de la dose est uniquement réduite par les lames ou les grilles de collimateur antidiffusion, également présentes dans les détecteurs classiques. De plus, chaque « macropixel » de détection défini par les lames du collimateur peut être subdivisé en plus petits sous-pixels de détection, qui sont lus séparément afin d’obtenir une bien meilleure résolution spatiale.

Capables de compter les charges créées par chaque photon de rayons X et d’en mesurer l’énergie, les détecteurs à comptage photonique nous permettent aujourd’hui de bénéficier d’une sensibilité spectrale intrinsèque de façon reproductible.

En convertissant directement les signaux, les détecteurs à comptage photonique peuvent faire une grande différence : l’efficacité de dose est optimisée par rapport aux détecteurs classiques. Les pixels des détecteurs à comptage photonique sont également beaucoup plus petits, ce qui permet d’obtenir une bien meilleure résolution spatiale. Grâce à cette nouvelle technologie, les patients sont exposés à une dose de rayonnement encore plus réduite et à une quantité de produit de contraste plus faible. Quant aux médecins, ils peuvent même travailler avec des images montrant des structures tissulaires extrêmement fines, comme les petites bronches des poumons ou des métastases osseuses.
• Pas de sous-pondération des quanta d’énergie plus faibles : meilleur contraste
• Pixels de détection plus petits : meilleure résolution spatiale sans compromis sur l’efficacité de dose
• Élimination du bruit électronique : réduction de l’exposition aux radiations
• Sensibilité spectrale intrinsèque : informations multiénergétiques