EVALUATION DES DOSES DELIVREES

PRINCIPES DE LA RADIOPROTECTION APPLIQUES AU SCANNER 

La découverte des rayons X et leur utilisation à des fins médicales datent de 1895 [8]. Toutefois, la reconnaissance de leurs effets néfastes n’a été déclarée qu’en 1928 par le premier comité international de radioprotection (CIPR: Commission Internationale de Protection Radiologique). Le souci de radioprotection, en particulier durant le vingtième siècle, a abouti à l’adoption d’une politique de gestion et d’optimisation des rayonnements ionisants [9]. L’exposition médicale aux rayonnements ionisants, à but diagnostique, fait partie du domaine des basses doses (domaine défini par une dose efficace délivrée inférieure à 100 mSv) [10]. Les études les plus récentes sur les risques des faibles doses décrivent 10 un excès de risque tumoral à partir de niveaux de doses efficaces de l’ordre 50 à 100 mSv, notant qu’il s’agit d’un risque cumulatif sans seuil exposant à des effets stochastiques [11]. Toutefois, Une étude a estimé que des adultes ayant une pathologie chronique (lymphome et maladies chroniques de l’intestin) pour laquelle ils ont bénéficié de scanners répétés durant l’enfance (avec des protocoles non adaptés à l’âge : paramètres d’exposition adultes) et qui ont reçu des doses efficaces cumulatives de 50 à 100 mSv, verraient leur risque naturel de décès par cancer majorer en moyenne de 0,35% [12]. Une autre étude a estimé que le risque cumulatif de cancer au Royaume-Uni a été majoré de 0,6% du fait des examens de radiologie tout actes compris, soit 700 nouveaux cas par an [13]. Dans une étude descriptive aux Etats Unis en 2007, 29000 cas de cancers sont été directement imputés au scanner [14]. Néanmoins, il est préconisé, devant l’inflation de l’irradiation des patients et le risque radique potentiel, de définir des règles et des recommandations d’usage et de gestion des rayonnements ionisants qui obéissent au concept d’ALARA (acronyme de l’expression anglaise: As Low As Reasonably Achievable, généralement traduit en français par l’expression « aussi bas qu’il est raisonnablement possible ») [15] [16]. Trois principes fondamentaux gouvernent la radioprotection en milieu médical diagnostique et thérapeutique: la justification, l’optimisation et la limitation. 1- La justification La justification constitue le premier principe fondamental de la radioprotection [17]. C’est la confirmation argumentée de l’indication clinique par le médecin prescripteur et du choix de l’examen d’imagerie par le radiologue. Elle implique une double évaluation : celle du bénéfice d’une technique d’imagerie par rapport aux autres techniques dont on attend un résultat médical équivalent et celle du bénéfice par rapport au préjudice potentiel pour le patient. Dans la directive de la communauté européenne de l’énergie atomique EURATOM, l’indication clinique par le prescripteur 11 doit être formelle et un examen non justifié est interdit. Le médecin prescripteur de l’acte et le radiologue le réalisant sont, tous deux, responsables de la justification des examens 

L’optimisation 

Deuxième principe fondamental de radioprotection. Il consiste à éviter de délivrer des doses inutiles tout en assurant la qualité d’images nécessaire à l’obtention de l’information diagnostique désirée. Ainsi lorsqu’un examen est nécessaire, c’est à dire justifié, il doit être bien fait c’est à dire optimisé. La dose délivrée est abaissée au niveau le plus bas qu’il est raisonnablement possible d’atteindre, dans les limites de la réalisation d’un examen médical de qualité diagnostique optimale. Le radiologue est le seul responsable de l’examen réalisé. Cette responsabilité implique qu’il soit bien formé aux paramètres d’acquisition des scanners et qu’il travaille sur un équipement adapté et régulièrement contrôlé dans sa qualité autant interne qu’externe [18]. 3 – La limitation Troisième principe fondamental de radioprotection. Il s’applique obligatoirement pour les travailleurs et non pour les patients, pour qui, seuls sont pris obligatoirement en compte les principes de justification et d’optimisation. En effet, la priorité est que les doses d’irradiation soient suffisantes pour atteindre le diagnostic ou le but thérapeutique recherchés pour l’intérêt du patient [19]. Ainsi le radiologue n’est pas soumis au principe de limitation s’il juge que le bénéfice attendu par l’examen est très supérieur aux risques encourus par le patient. Il peut remplacer ce principe par celui de la substitution, c’est-à-dire qu’il peut substituer, à chaque fois que possible, un examen par un autre s’il en juge les bénéfices équivalents (comme remplacer un scanner par une échographie ou une imagerie par résonance magnétique) 

 NIVEAUX DE REFERENCE DIAGNOSTIQUES AU SCANNER: ELABORATION ET INTERETS 

Notions dosimétriques

 La dose efficace est définie comme la somme des doses délivrées à tous les organes multipliée par les facteurs de pondération tissulaire respectifs, des différents organes: Il s’agit donc d’une grandeur biologique tenant compte principalement de la radiosensibilité des organes. Son calcul est complexe et prend en compte de multiples paramètres dépendant de la géométrie du faisceau des rayons, du morphotype et de l’âge du patient ainsi que de la radiosensibilité des organes exposés [21]. A défaut de dose efficace, nous disposons pour évaluer la dose délivrée de deux paramètres simples car fournis par les scanners multicoupe qui les affichent directement sur la console opérateur: CTDI vol (Computed Tomography Dose Index) et DLP (Dose Length Product) [22]. (Annexe 2) Les normes européennes et internationales dictées par la Commission Électrotechnique Internationale (CEI) imposent aux constructeurs de scanners de les faire apparaître sur la console opérateur pour toute acquisition

 Elaboration des Niveaux de Référence Diagnostiques et cadre réglementaire

 En France et dans le cadre de la transposition réglementaire de la directive EURATOM 97/43, l’Office de Protection contre les Radiations Ionisantes (OPRI) (rebaptisée IRSN par la réunion avec l’Institut de Protection et de Sûreté Nucléaire (IPSN) en 2002) a eu pour mission, en 1999, d’établir des NRD pour les différents examens radiologiques (radiologie conventionnelle, scanner et mammographie) [24]. (Annexe1). Une étude empirique et multicentrique, menée par l’OPRI en 1999, a permis de tracer une courbe de distribution des doses délivrées, qui est représentative de la pratique scanographique en France. Les NRD ont été définis au 75ème percentile de la distribution c’est-à-dire, qu’ils représentent les valeurs en dessous desquelles se situent 75 % 13 des installations de scanners (Figure 1). Les NRD sont exprimés en CTDI vol et en DLP [25, 26]. Figure 1 : Niveaux de référence diagnostiques: limites de dose en dessous desquelles se situent 75 % des installations [25]. La transposition de la directive EURATOM 97/43 à la loi française n’a été appliquée qu’en 2003 par l’arrêté du 24 mars 2003 relatif à la protection des personnes exposées à des rayonnements ionisants à des fins médicales et médicolégales [27]. Depuis, la loi française impose à tout médecin radiologue d’indiquer, sur le compte rendu scanographique, le DLP pour tous les examens et le CTDI vol pour les examens du pelvis chez une femme en âge de procréer et pour les examens abdomino-pelviens, qui sont justifiés chez la femme enceinte [5]. Elle impose également à tout service de radiologie, en pratique publique ou privée, de procéder de façon régulière, au moins annuelle, à une évaluation dosimétrique pour deux examens réalisés de façon courante qui inclut 30 patients par type d’examen. La 14 valeur moyenne de la grandeur dosimétrique résultante de cette évaluation est comparée à la valeur de NRD [28]. L’évaluation est ensuite adressée à l’IRSN. Lorsque la valeur moyenne dépasse, sans justification technique ou médicale, le niveau de référence de l’examen considéré, l’IRSN a l’autorité de demander des actions correctives comportant une révision des procédures d’examens et un contrôle qualité des installations scanners. Dans le cadre d’une mise à jour des NRD, une enquête multicentrique, menée en collaboration entre l’IRSN et l’institut de veille de santé, relative aux doses délivrées aux patients en scanographie et en radiologie conventionnelle, a été réalisée en 2008- 2009 auprès de 50 services de radiologie du secteur public [29]. Elle a conclu à l’infériorité des doses recueillies au scanner, par rapport aux NRD établies en 2003 [27] et a ainsi permis l’établissement de nouvelles valeurs de NRD qui ont été mises en application par l’arrêté du 24 octobre 2011 relatif aux niveaux de référence diagnostiques en radiologie et en médecine nucléaire. Cette étude, uniquement observationnelle n’a pas fourni d’explications quant à la baisse des valeurs de NRD [28]. Tableau I : Niveaux de référence diagnostiques en scannographie, pour une acquisition, chez l’adulte La mise à jour des NRD a également permis d’intégrer des changements dans les anciens protocoles de scanners, antérieurs aux années 1999, comme le remplacement des scanners de l’abdomen et du pelvis faits séparément avec les scanners monocoupe par des scanners abdomino- pelviens et thoraco-abdomino-pelviens en une seule acquisition avec les scanners multicoupe. 15 Une nouvelle directive, directive EURATOM 2013/53 est parue en 2013 pour apporter des nouveautés en radioprotection, principalement dans le chapitre «expositions à des fins médicales ». Ces nouveautés, portent sur le développement des ressources humaines essentiellement de personnes compétentes en radioprotection (PCR) et sur le contrôle des équipements radiologiques.

PRINCIPE DES SCANNERS MULTIBARETTE

 En 1992, Elscint commercialise un scanner bibarrette. Celui-ci ne procure pas d’avantage significatif par rapport aux scanners monobarrettes les plus performants, mais son rôle de précurseur est indéniable. Les scanners multibarrettes actuels utilisent simultanément 4 rangées réelles ou reconstituées de détecteurs. En effet, ces rangées peuvent être formées par l’association de détecteurs de moindre largeur. 1- Les principes technologiques du système de détection [47] Deux principaux concepts de système de détection opposent les constructeurs : les scanners matriciels et les scanners dits à réseau de détection modulable (RDM ou adaptive array detector). Dans les scanners matriciels, le système de détection est constitué de très petits capteurs juxtaposés. Le scanner de G.E. (Lightspeed advantage) comporte 16 rangées juxtaposées dans l’axe Z (axe de rotation) de 912 détecteurs de 1,25 mm d’épaisseur. La collimation du faisceau de rayons X, la sélection électronique des capteurs et leur couplage permettent de définir la « collimation ». Il est possible de réaliser une acquisition avec 4 barrettes de 1,25 mm, 4 barrettes de 2,5 mm (couplage de 2 capteurs contigus selon l’axe Z), de 3,75 mm (couplage de 3 capteurs) ou de 5 mm (couplage de 4 capteurs) Le scanner Toshiba (Aquilion) comporte 34 rangées de détecteurs : 4 rangées centrales de 0,5 mm d’épaisseur et 15 rangées périphériques de 1 mm. Ce scanner est le seul permettant de réaliser une acquisition avec 4 barrettes de 0,5 mm . Les scanners à RDM (Somatom Plus 4A Volume Zoom, Siemens et Mx 8000, Picker-Marconi) comportent 8 barrettes dont la largeur croît au fur et à mesure qu’elles 16 s’écartent de la perpendiculaire à l’axe de rotation. Deux barrettes centrales de 1 mm sont prises en sandwich par 2 barrettes de 1,5 mm. Celles-ci sont encadrées par 2 barrettes de 2,5 mm et ces dernières sont accolées à 2 barrettes plus périphériques de 5 mm. Ce système permet de reconstituer 4 barrettes de 1 mm, de 2,5 mm et de 5 mm de large. Enfin, la collimation permet de réduire à 0,5 mm la largeur des deux barrettes centrales . D’autres terminologies sont parfois employées pour décrire ces différentes configurations. G.E. utilise un système de détection matriciel, Siemens et Marconi un système asymétrique et Toshiba un système hybride. 2- Conséquences de la projection conique Sur les scanners multibarrettes, la projection du faisceau de rayons X représente un cône. Les rangées centrales de détecteurs sont atteintes perpendiculairement à l’axe de rotation, mais les rangées les plus externes sont atteintes obliquement par le faisceau de rayons X. Cette obliquité présente deux conséquences. D’une part, elle entraîne une réduction de l’efficacité du système de détection, en particulier sur les scanners matriciels où de nombreux septa séparent des capteurs de faible largeur. D’autre part, la largeur du volume traversé par le faisceau de rayons X peut devenir plus importante que la largeur du détecteur, entraînant une dégradation de la qualité de l’image. Ces phénomènes augmentent lorsque les détecteurs s’écartent de la perpendiculaire à l’axe de rotation, que leur largeur diminue et que la géométrie du système diminue. Ceci justifie selon Siemens et Marconi le choix technique de barrettes de détection dont la largeur croît au fur et à mesure qu’elles s’écartent de la perpendiculaire à l’axe de rotation. Ces phénomènes limitent l’utilisation de détecteurs périphériques lorsque la collimation est fine. Selon Klingenbeck-Regn, la largeur du volume traversé par les rayons X captés par un détecteur ne doit pas excéder l’épaisseur de coupe nominale, ce qui limiterait à 4 le nombre de barrettes de détection utilisables. 17 Par ailleurs, les performances des DAS (data acquisition system) limitent actuellement à quatre le nombre de barrettes de détection pouvant être utilisées simultanément. L’amélioration de leur compacité et de leurs performances devraient rapidement lever cet obstacle. Par contre, le développement d’une algorithmie spécifique visant à corriger les effets de l’obliquité du faisceau de rayons X représente une difficulté plus importante. Néanmoins, les constructeurs annoncent une augmentation prochaine du nombre de barrettes utilisables. 3- Scanners multicoupe et interpolation Quelle que soit la technologie employée, les constructeurs trouvent plus explicite d’exprimer la capacité des appareils en rapportant le nombre de barrettes de détecteurs sur la durée de rotation du tube, en amalgamant coupe et barrette (ex : le scanner fait 4 coupes en 0,5 seconde soit 8 coupes en 1 seconde). Cette présentation est un bon indicateur de la performance des scanners, mais elle traduit mal la complexité des principes d’acquisition et de reconstruction. En effet, l’acquisition simultanée de 4 ensembles de données va permettre la reconstruction de coupes dont l’épaisseur pourra être choisie en interpolant de façon spécifique les données acquises par chaque barrette de détection. Des algorithmes d’interpolation différents seront automatiquement choisis en fonction du pitch et de l’épaisseur de coupe désirée. L’épaisseur des coupes reconstruites à partir d’une même acquisition peut varier de façon importante. À titre d’exemple, une acquisition en 4 * 1 mm sur le Somatom VZ, permet de reconstruire de coupes de 1 à 10 mm d’épaisseur. Par contre, l’épaisseur de coupe ne peut pas être inférieure à la largeur de la barrette de détection. 4- Pitch, qualité d’image et résolution spatiale En raison du type de données prises en compte et de leurs modes d’interpolation, le pitch intervient sur la qualité d’image. Cependant, son influence, très différente de celle observée en scanner hélicoïdal, varie de façon importante selon les construc- 18 teurs. Selon Wang et Vannier, la qualité de l’image varie de façon périodique en fonction du pitch. Les valeurs de pitch de 2, 4 et 6 seraient les plus péjoratives.Des résultats similaires ont été observés par Taguchi, créateur des algorithmes d’interpolation des scanners Toshiba : les pitchs non entiers sont préférables aux pitchs entiers. Ainsi, un pitch de 4,5 procure de meilleurs résultats qu’un pitch de 4. Selon Hu, le profil de coupe est optimal avec un pitch de 3. Il est relativement constant lorsque le pitch varie entre 4 et 6 puis il augmente alors de façon importante. Ceci justifie pour G.E. le choix préférentiel de deux valeurs de pitch, un pitch de 3 (haute qualité) et un pitch de 6 (vitesse élevée). Selon Kalender et Klingenbeck-Regn, l’augmentation du pitch sur les scanners Siemens n’altère pas le profil de coupe, ce qui offre une grande souplesse dans le choix des paramètres. Elle majore cependant les artefacts de projection conique, mais ceuxci ne sont pas plus importants avec un pitch de 4 que ceux observés avec un pitch de 1,5 sur un scanner monobarrette. Par ailleurs, l’augmentation du pitch améliore la résolution temporelle et diminue les artefacts cinétiques. Par conséquent, les structures mobiles doivent être explorées avec un pitch élevé (en pratique, supérieur à 5) et les structures fixes avec un pitch plus modéré. Le profil d’une coupe d’épaisseur donnée est amélioré lorsque la collimation diminue. Ainsi, une coupe de 6 mm est de meilleure qualité lorsqu’elle est reconstruite à partir de données acquises en 4 * 2,5 mm que lorsqu’elle est obtenue à partir d’une acquisition en 4 * 5 mm. Enfin, les scanners multibarrettes offrent une résolution spatiale dans le plan de coupe indépendante du pitch et inégalée en scanographie (24 pl/cm pour certains d’entre eux), particulièrement perceptible lors de l’exploration des structures osseuses.