Publié : Janvier 2002
Introduction
Parmi les méthodes d'imagerie des affections ORL, les techniques non irradiantes doivent être privilégiées chez l'enfant. L'échographie a trouvé dans ce domaine un large champ d'action, notamment pour l'étude du cou et des lésions superficielles. L'IRM est également particulièrement performante en raison de l'excellent contraste tissulaire qu'elle procure pour l'évaluation des lésions des tissus mous et des espaces profonds de la face.
La TDM garde néanmoins une place importante pour plusieurs raisons : d'abord en raison de son accessibilité qui reste encore largement supérieure à celle de l'IRM dans notre pays. Ensuite parce qu'elle reste la technique la plus performante pour l'étude de l'os compact et notamment pour l'analyse du rocher. Enfin parce que la rapidité d'acquisition des coupes en mode spiralé a permis de réduire les artéfacts de mouvement, ce qui représente un avantage certain en pédiatrie, notamment depuis la récente limitation d'utilisation des médicaments sédatifs pour l'IRM.
Les progrès technologiques en scanographie ont considérablement amélioré les performances des équipements, mais parallèlement, ils n'ont pas contribué à réduire la dose délivrée. Ils pourraient même l'augmenter en autorisant des acquisitions très rapides et répétées sur de grands volumes d'exploration. Les doses ainsi délivrées restent mal appréciées, principalement faute de références dosimétriques et d'index de mesure pertinents accessibles sur nos appareils.
La TDM représentant aujourd'hui environ un tiers de l'irradiation médicale diagnostique et son utilisation continuant d'augmenter, les contraintes de radioprotection se sont nettement renforcées, avec la mise en application, en mai 2000, de la directive européenne Euratom 97/43. La récente publication 87 de la CIPR, concernant la gestion de la dose délivrée au patient en TDM, est récemment venue appuyer cette démarche.
Les radiologues doivent donc être aujourd'hui en mesure de répondre aux questions de leurs patients et de leurs correspondants quant à l'irradiation délivrée par les examens TDM, connaître les nouvelles obligations légales en matière de radioprotection et savoir comment optimiser leurs protocoles pour délivrer &laqno; la dose la plus faible raisonnablement possible »
Les risques de l'irradiation :
En matière de radioprotection, deux types d'effet sont classiquement individualisés :
- Les effets déterministes : ils apparaissent de façon précoce (quelques heures à un mois) et systématique au-delà d'une dose seuil et leur gravité augmente avec la dose. Ils témoignent d'une mort cellulaire non compensée par la prolifération des cellules viables restantes. Les seuils étant relativement élevés, ces effets sont essentiellement pris en compte lors des irradiations thérapeutiques. Pour le massif facial, la dose au cristallin doit principalement faire l'objet d'une attention particulière.
- Les effets stochastiques : ils représentent les conséquences probabilistes à long terme, chez l'individu ou sa descendance, de la transformation d'une cellule liée à une altération de l'ADN cellulaire. Ils apparaissent de façon aléatoire (sans seuil) et retardée (plusieurs années), mais avec une probabilité également proportionnelle à la dose délivrée. Leur gravité est identique quelle que soit la dose. Le principal risque est carcinologique. En ORL, c'est le risque de carcinome thyroïdien qui doit être principalement considéré.
De quelles " doses " parle-t-on ?
- La dose absorbée, grandeur physique, mesurable, exprimée en Grays (ou milligrays : mGy) : elle est directement corrélée aux paramètres d'exposition. Il s'agit de la dose reçue par le patient, localement, pour une exploration donnée. Elle représente une quantité d'énergie déposée par unité de masse dans les tissus irradiés (1 Gray = 1 Joule/Kg). Les différents index dosimétriques utilisés en scanographie (CTDI, Dose moyenne) correspondent à des doses absorbées; ils permettent de comparer les doses délivrées par les protocoles d'imagerie et sont donc utilisables comme outils d'optimisation. La valeur de ces index conditionne à la fois les effets déterministes et stochastiques dus à l'irradiation, mais ils ne tiennent pas compte de la sensibilité des tissus au rayonnement.
- La dose équivalente à l'organe : elle est utilisée lorsqu'on s'intéresse à l'irradiation délivrée à un organe précis. Elle s'exprime en en Sievert (ou milliSievert : mSv). Elle n'est pas mesurée, mais calculée; elle est égale à la dose moyenne absorbée par l'organe (en mGy), multipliée par le facteur d'efficacité biologique du rayonnement (WR). En effet, à dose absorbée égale, l'effet biologique varie selon la nature des rayonnements. Ce facteur de pondération est égal à 1 pour les rayons X, mais à titre d'exemple, ce facteur WR est égal à 20 pour des neutrons de 1 MeV. Les doses équivalentes permettent donc de comparer tous les types d'expositions, mais en radiodiagnostic leur valeur est identique aux doses absorbées (seule l'unité change).
- La dose efficace, non mesurable, exprimée aussi en Sievert : ce concept a été introduit en 1977 par la CIPR pour prendre en compte le risque total résultant de l'exposition de plusieurs organes de radiosensibilités différentes. Elle exprime la somme des doses équivalentes de chaque organe, pondérées en fonction de la sensibilité des tissus (WT), selon un consensus proposé par la CIPR 60 (susceptible de révisions). Elle permet de traduire une irradiation locale, exprimée en mGy, en terme d'exposition globale équivalente au corps entier, en faisant intervenir deux facteurs de pondération : la qualité du rayonnement (WR) et la sensibilité tissulaire (WT). La relation entre la dose efficace et la dose absorbée localement est donc variable selon le type de rayonnement utilisé, l'âge, le morphotype et la région anatomique explorée. La dose efficace permet d'évaluer les risques d'effets stochastiques à l'échelon individuel mais ne peut constituer un outil pour comparer les pratiques radiologiques. Il s'agit d'une dose &laqno; fictive », qui administrée au corps entier, induirait le même risque stochastique que l 'ensemble des doses absorbées par les différents organes. Pour mieux appréhender le risque radique, la dose efficace est parfois comparée à l'irradiation naturelle, estimée en France à 2 mSv/an en moyenne. La pertinence de cette comparaison est toutefois discutée car elle ne tient pas compte du débit de dose. D'autre part, le regard du médecin sur son patient n'est pas celui d'un épidémiologiste, et pour évaluer le risque d'effet stochastique sur un organe critique défini, irradié par un examen centré sur une région anatomique, seule la dose absorbée ou équivalente à l'organe doit être prise en compte (cf Tableau ci-dessous).
Tableau I : Doses absorbées en TDM chez l'adulte (Shrimpton, 1991) :
Quelques rappels sur la technologie TDM spiralée :
Scanners &laqno; monobarette » &laqno; double barette » et &laqno; multicoupes » :
Contrairement au mode séquentiel où les coupes sont réalisées l'une après l'autre, le mode spiralé ou hélicoïdal autorise une acquisition continue au cours du déplacement de la table, les images étant secondairement obtenues par reconstruction mathématique dans le volume acquis. Selon la génération des équipements, le tube peut irradier :
- une rangée de détecteurs : scanners &laqno; monobarette »
- deux rangées : un seul modèle sur le marché (CT Twin Elscint, lancé en 1992)
- ou un système multidétecteur (&laqno; multicoupes ») composé :
- soit d'une matrice de détecteurs (modèles GE lightspeed QX/i et Toshiba Aquilion)
- soit d'une rangée de 8 détecteurs asymétriques en miroir (modèles Picker MX 8000 et Siemens Plus 4 Volume Zoom)
Epaisseur de coupe et fenêtre d'irradiation :
Les scanners multicoupes permettent de distribuer sur plusieurs détecteurs le faisceau de photons X reçu dans la fenêtre d'irradiation, de façon à restituer plusieurs coupes. La limitation initiale à 2 puis 4 coupes était purement liée à la puissance des systèmes informatiques pour gérer le flux de données brutes. Des détecteurs 8 canaux sont apparus cette année sur le marché et les 16 canaux sont en déjà en évaluation.
En ce qui concerne la qualité des images, le radiologue est essentiellement préoccupé par la résolution spatiale, fonction de l'épaisseur de coupe à l'acquisition, elle-même fonction de la largeur des détecteurs. La reconstruction peut respecter cette épaisseur nominale ou fusionner l'information de plusieurs détecteurs pour obtenir des coupes plus épaisses (avec une perte de résolution spatiale mais un gain de rapport S/B).
En ce qui concerne la dose délivrée, la taille des détecteurs n'est plus la préoccupation et le radiologue doit raisonner en terme de largeur de fenêtre d'irradiation. Contrairement aux scanners monobarette, la fenêtre d'irradiation n'est donc plus égale à l'épaisseur de coupe, mais à l'épaisseur d'acquisition multipliée par le nombre de coupes produites.
Exemple d'un protocole &laqno; massif facial » sur un scanner multicoupes matriciel : détecteurs de 1,25 mm, acquisition en coupes de 2,5mm (fusion de l'information de 2 détecteurs), fenêtre d'irradiation de 10 mm (4 coupes de 2,5 mm), reconstruction pour la lecture en coupes de 5 mm jointives par fusion de 2 coupes (mais retour possible à une reconstruction en épaisseur nominale de 2,5 mm, incrémentée tous les 1,25 au besoin pour effectuer des reconstructions multiplanaires).
Le Pitch d'acquisition :
Pitch = Vitesse déplacement table x Temps rotation tube / fenêtre d'irradiation
Certains constructeurs utilisent parfois une autre définition du pitch tenant compte non pas de la fenêtre d'irradiation mais de l'épaisseur de coupe. Cette définition, correspondant au &laqno; pitch de détection », surestime artificiellement la valeur du pitch et doit donc être évitée car elle peut conduire à des erreurs dosimétriques importantes.
Exemple : en multicoupes (à 4 coupes dans la fenêtre d'irradiation), un pitch dit de &laqno; 6 » est en réalité de 6/4 = 1,5
Longueur d'exploration et longueur d'irradiation :
Longirrad = Longexpl / pitch
Ces deux entités doivent être distinguées. La longueur d'exploration est la longueur effective de la région anatomique explorée. La longueur d'irradiation est égale à la longueur d'exploration en mode séquentiel, mais en mode spiralé elle doit être divisée par le pitch, pour tenir compte de &laqno; l'étirement » des coupes (pitch > 1) ou au contraire du chevauchement (pitch < 1).
Les index dosimétriques en TDM :
- CTDI (Computed Tomography Dose Index, ou IDS : index de dose scanographique, en mGy) :
- - Il est mesuré en pratique à l'aide de fantômes en plexiglas (PMMA) de tailles standardisées et d'une chambre d'ionisation &laqno; crayon » de 10 cm (standard européen) insérée au centre et en périphérie des fantômes et reliée à un électromètre.
- - Le CTDI correspond à l'intégrale du profil de dose mesurée pour une rotation du tube (en mode séquentiel), divisée par la largeur de la fenêtre d'irradiation.
- - Le CTDIw est le CTDI &laqno; pondéré » pour tenir compte de la dose au centre du fantôme (comptant pour 1/3) et en périphérie (pour 2/3).
- - Le nCTDIw est le CTDIw &laqno; normalisé » pour un nombre fixé de mAs (1 ou 100 mAs, en pratique)
- - De nombreux paramètres influencent la valeur du CTDIw :
- - La tension (kV) (variation non linéaire)
- - L'intensité du courant (mA) (variation proportionnelle ,linéaire)
- - le temps de rotation du tube (variation proportionnelle, linéaire)
- - le diamètre du fantôme utilisé (plus le diamètre est petit, plus le CTDI est élevé)
- - le champ de vue (plus le FOV est étroit et plus le CTDI est élevé)
- - l'épaisseur de coupe (plus la coupe est fine, plus le CTDI est élevé). Lorsqu'on réduit l'épaisseur de coupe on diminue certes le diffusé, mais on augmente la zone de &laqno; pénombre » autour du niveau de coupe : la résultante est au total une augmentation de la dose.
- Dm , la Dose moyenne pour une acquisition hélicoïdale (en mGy) : Dm = CTDIw / pitch
- - la division du CTDIw par le pitch permet de tenir compte de l'effet d'étalement ou d'augmentation de la dose lié à l'utilisation d'un pitch supérieur ou inférieur à 1.
- - Cet indice remplace, en mode spiralé, le MSAD (multiple scan average dose) utilisé autrefois en séquentiel
- PDL , le Produit Dose Longueur (ou DLP, en mGy.cm) : PDL = CTDIw x Longirrad = Dm x Longexpl
- - Le PDL est le CTDIw multiplié par la longueur d'irradiation
- - Il reflète ainsi une &laqno; dose cumulée » sur la totalité de l'acquisition
- E La Dose Efficace (en mSv) : E = EPDL x PDL
- - Elle peut être calculée à partir du PDL et de facteurs de dose efficaces normalisés (EPDL)
- - Les valeurs d'EPDL chez l'adulte (Eur 16262, 1999) :
- - Chez l'enfant, Shrimpton et Wall ont estimé que les valeurs de EPDL devait être multipliées par un coefficient supplémentaire pour tenir compte de leur radiosensibilité :
- Pour des paramètres d'exposition identiques, sur la même longueur d'irradiation, un nouveau-né reçoit une dose efficace 8 à 10 fois supérieure à celle d'un adulte !
Pourquoi optimiser ?
Le principe d'une optimisation en TDM se justifie par le fait que les doses absorbées se situent entre 10 et 100 mGy, soit à un niveau proche, voire supérieur, aux seuils connus pour augmenter le risque de cancer radio-induit (CIPR 87).
Chez l'enfant, cette optimisation est d'autant plus justifiée que la sensibilité des organes cibles aux radiations ionisantes est supérieure à celle de l'adulte. L'espérance de vie des enfants étant également supérieure, le risque théorique de voir apparaître une tumeur radio-induite est plus élevé.
Or, les enquêtes de pratiques réalisées au Royaume Uni (Shrimpton) ou aux USA (Paterson) montrent clairement que les paramètres d'exposition utilisés chez l'adulte sont rarement réduits lors des examens pédiatriques.
La TDM représente 5 % des procédures radiologiques mais 34% de l'irradiation collective (UNSCEAR 2000). L'activité TDM pédiatrique s'accroît rapidement et la proportion de scanners effectués chez l'enfant, estimée à 4% en 1998, serait aujourd'hui de 11% (Brenner). Une des raisons demeure la difficulté de substituer au scanner un examen non irradiant comme l'IRM, qui reste encore insuffisamment accessible en France, comme l'a récemment confirmé l'enquête réalisée au sein de la SFIP.
L'introduction de l'acquisition hélicoïdale, puis du multicoupes, a bouleversé la rapidité d'acquisition des images en TDM. Mais cette rapidité a aussi ses effets pervers : il est devenu très facile de recommencer une séquence ratée et donc de multiplier d'autant la dose.
Enfin, la technologie multicoupes, si elle améliore les performances en résolution temporelle, n'a pas prouvé qu'elle délivrait une irradiation moindre. Les études comparatives sur ce sujet sont rares et une des plus récentes montre que le multicoupes irradie peut-être plus que le monocoupe (McCollough).
Irradiation du cristallin et risques de cataracte (effet déterministe) :
La partie de l'il la plus radiosensible est le cristallin. En cas d'exposition brève unique, la dose équivalente seuil pouvant engendrer des opacités cristalliniennes se situe entre 0,5 et 2 Sv et 5 Sv provoquent une cataracte vraie (c'est à dire avec perte de vision). Son délai d'apparition est de 1 à 10 ans, d'autant plus court que la dose a été grande. Lorsque l'exposition est fractionnée, les seuils sont respectivement de 5 et 8 Sv (CIPR 41, 1984). A titre de comparaison, les limites de dose recommandée (volontairement très basses) pour les travailleurs exposés est de 150mSv/an et 15mSv/an pour la population générale.
En TDM adulte, les doses délivrées au cristallin ont été évaluées entre 30 et 130 mGy selon les protocoles (CIPR 87). La mise en place de caches oculaires, proposée par certains auteurs (Hopper), permet de réduire la dose d'environ 50%. Ces caches entraînent néanmoins un artéfact de surface et ils ne sont utilisables que lorsque l'exploration ne s'intéresse qu'aux structures profondes.
Avec notre appareil multicoupes matriciel, au cours d'un scanner du massif facial avec des paramètres d'exposition moyens (120 kV, 200 mA, 0,8 sec/tour, coupes de 2,5 mm, pitch 0,75, sur fantôme de 16 cm) la dose moyenne absorbée est de l'ordre de 35 mGy. Pour l'étude des rochers, l'utilisation d'une tension plus élevée et de coupes millimétriques (140 kV, 200 mA, 0,8 sec/tour, coupes de 1,25 mm, pitch 0,75) double ce chiffre. Lorsqu'on s'intéresse aux doses absorbées par les organes en surface, il faudrait théoriquement utiliser un facteur de pondération pour revenir à la dose en périphérie à partir du CTDIw. Mais pour les fantômes de 10 et de 16 cm, l'écart mesuré est inférieur à 10% (Di Bartolo). Ce chiffre de dose moyenne est donc utilisable en première approximation comme valeur de dose équivalente pour le cristallin.
En pratique, en imaginant un &laqno; seuil de sécurité » de 0,5 Sv (lui-même déjà très en deçà du risque de cataracte vraie), la dose délivrée par un examen scanner serait en moyenne environ 10 fois inférieure.
Irradiation cervicale et risque de carcinome thyroïdien (effet stochastique):
Le risque stochastique induit par les faibles doses reste aujourd'hui l'objet de controverses et nécessite une approche radiobiologique et épidémiologique qui sort du cadre de cet exposé. Les études les plus récentes sur les risques des faibles doses décrivent un excès de risque tumoral à partir de niveaux de 50 à 100 mSv (Pierce). En dessous de ce niveau, le modèle classique d'extrapolation linéaire sans seuil est utilisé (mais en même temps très critiqué). A partir du risque relatif estimé sur les populations irradiées (à Hiroshima et Nagasaki), on peut théoriquement calculer que les personnes ayant eu un examen TDM dans l'enfance avec des paramètres d'exposition adultes (et donc des doses efficaces de 5 à 100 mSv) verraient leur risque naturel de décès par cancer majoré en moyenne de 0,35% (Brenner). Mais cette approche purement mathématique risque de conduire à une surestimation considérable du risque. Il faut garder à l'esprit que ce calcul des risques a été &laqno; modélisé » sur la base d'une irradiation globale et sur une radiosensibilité supposée des organes critiques, choisie en partie avec le souci de simplifier des études épidémiologiques.
Ce que l'on peut retenir :
- Il existe un &laqno; bruit de fond » d'altérations et de réparations spontanées de l'ADN cellulaire au sein duquel il est aujourd'hui impossible d'extraire un risque mesurable pour les très faibles doses.
- La dose efficace est un mauvais critère d'évaluation du risque individuel et la dose absorbée à l'organe reflète mieux en TDM, comme en radiothérapie, les risques liés à l'irradiation locale.
Parmi les cancers de l'enfant, les carcinomes thyroïdiens sont rares. L'incidence au Royaume Uni a été évaluée à 0.5 cas/106 enfants/an (Harach), mais elle a été multipliée par environ 62 chez les victimes de Tchernobyl. Parmi les organes critiques chez l'enfant, la thyroïde est en effet un des plus sensibles aux effets stochastiques.
En radiothérapie, en cas d'irradiation cervicale, l'étude dosimétrique est généralement faite de telle façon que la thyroïde reçoivent moins de 1 Gy.
Le risque de carcinome thyroïdien radio-induit a fait l'objet de nombreuses études basées sur des expositions accidentelles ou thérapeutiques. Plus l'exposition a lieu à un âge précoce et plus le risque relatif est élevé. L'excès de risque relatif apparaît maximum entre 0 et 9 ans alors que le risque relatif devient moins significatif à partir de 20 ans (UNSCEAR 2000 rapport préliminaire). La relation dose-réponse chez les moins de 15 ans est linéaire jusqu'à un niveau de 100 mGy (Ron).
En regroupant les données de 5 études représentant au total une cohorte de 436 cas d'expositions d'enfants (<15 ans) à une irradiation externe à faibles doses, l'excès de risque relatif de cancer thyroïdien a été estimé à 7,7 par Sv (IC95% : 2,1-28,7) et l'excès de risque absolu à 4,4 cancers pour 10.000 enfants-années recevant 1 Sv (IC95% : 1,9-10,1) (Ron).
Les cancers radio-induits sont principalement des formes papillaires et à un moindre degré des vésiculaires. Il n'y a pas d'association particulière avec les formes histologiques médullaire et anaplasique. Le rôle prédominant des réarrangements du proto-oncogène RET a été mis en évidence pour les cancers papillaires radio-induits (Bounacer).
Les récentes études réalisées après l'accident de Tchernobyl montrent un important excès de cancers chez les enfants, mais il faut prendre en compte chez ces patients la responsabilité de la contamination interne par l'Iode 131 (qui est encore mal appréciée) et ces données ne sont donc pas totalement transposables aux irradiations externes.
En imagerie TDM, lorsque la thyroïde n'est pas dans le champ (étude du massif facial uniquement) : la dose a été estimée chez l'adulte et se situe autour de 1 mGy (Cohnen). Lors d'une exploration étendue (cervico-thoracique, voire cervico-thoraco-abdomino-pelvienne), par exemple pour l'évaluation de lymphomes, un protocole standard sur notre multicoupe (100 kV, 150 mA, 0,8 sec/tour, pitch 1,5) est à l'origine d'une dose moyenne de l'ordre de 10 mGy. Lors d'un scanner du rachis cervical chez l'adulte, on estime la dose à la thyroïde à 44 mGy (Shrimpton). La dose moyenne délivrée sur notre multicoupes à un fantôme de 10 cm (pouvant représenter le cou) au cours d'un scanner cervico-facial avec des paramètres d'exposition moyens (120 kV, 200 mA, 0,8 sec/tour, pitch 0,75) est de l'ordre de 50 mGy.
Ainsi l'exploration TDM cercivale peut délivrer des doses qui se rapprochent des niveaux où on estime que le risque de cancer radio-induit est majoré, mais essentiellement au cours des études fines pour lesquelles les doses sont relativement importantes (de façon à obtenir un bon rapport contraste/bruit). Certains auteurs proposent, là aussi, la mise en place de caches plombés thyroïdiens permettant de réduire la dose absorbée par la thyroïde de 45% (Beaconsfield). Lors des examens optimisés pour les grands volumes d'exploration ou a fortiori quand la thyroïde n'est pas dans le champ, les doses se situent bien en deçà des niveaux considérés comme critiques.
Les contraintes légales liées la Directive Euratom 97/43 :
L'optimisation signifie que &laqno; toute dose consécutive à des expositions médicales à des fins radiologiques doit être maintenue au niveau le plus faible raisonnablement possible pour permettre d'obtenir l'information diagnostique requise, compte tenu des facteurs économiques et sociaux » (article 4). L'article 9 de cette même directive précise que les &laqno; pratiques spéciales », telles que la TDM et la pédiatrie, doivent notamment faire l'objet d'une attention particulière.
Les obligations légales issues de la transposition en droit français de cette directive sont en cours de publication sous forme de décrets d'application ou d'arrêtés :
*Contraintes d'équipement et de contrôle qualité :
- Obligation pour les radiologues de disposer (article 8), &laqno; sur tout nouvel équipement de radiodiagnostic d'un dispositif d'information de la quantité de radiation produite ».
- Obligation de &laqno; contrôle des performances » des équipements
*Contraintes de Formation :
- Obligation de formation en matière de Radioprotection, &laqno; théorique et pratique », initiale et continue (article 7).
*En terme de procédures :
- Obligation de justification (article 3), comprenant une obligation de contrôle préalable des informations médicales antérieures par le praticien et le médecin ordonnateur, afin d'éviter toute exposition inutile et de s'assurer d'un rapport bénéfice/risque suffisant. Les praticiens doivent également systématiquement rechercher un mode d'exploration non irradiant.
- Obligation d'optimisation (article 4) dans chaque centre. Les modalités exactes ne sont pas encore connues mais seront basées sur le respect de &laqno; niveaux de référence diagnostique ». Ces niveaux sont des indicateurs dosimétriques qui &laqno; ne devraient pas être dépassés pour les procédures courantes, si des pratiques bonnes et normales en matière de diagnostic et de performance technique sont appliquées ». Pour l'adulte, des niveaux européens existent et sont disponibles dans le rapport d'étape périodiquement mis à jours par l'OPRI et la SFR (Version 02 de mars 2001, accessible via le site Internet de la SFR). En radiopédiatrie, les niveaux de références sont en cours d'évaluation
- Obligation de rédaction de &laqno; protocoles écrits » (article 6) pour chaque équipement.
*En terme d'information :
- L'information sur les &laqno; critères de prescription » et sur la dose délivrée par les examens irradiants doivent être &laqno; mises à disposition des médecins ordonnateurs ».
Principes d'optimisation :
* Les facteurs de variation non linéaires influençant le CTDI :
- La modification des kV entraîne une importante modification de la dose : par exemple, réduire de 120 à 100 kV permet de réduire la dose de 35% !
- Se méfier des réductions d'épaisseurs de coupe : par exemple, le passage de coupes de 2,5 à 1,25 mm augmente la dose de 25% environ
* Les facteurs faisant varier linéairement la dose :
- Les mA : doivent être adaptés au morphotype du patient
- Le pitch est essentiel : il modifie linéairement la dose : augmenter le pitch de 1 à 2 divise la dose par 2
- Le temps de rotation du tube doit être adapté à la vitesse d'acquisition souhaitée
Retentissement des choix de paramètres sur l'image :
Le choix des kV, des mAs et du pitch représente l'essentiel de l'optimisation à la console : tous ces paramètres font varier la qualité de l'image, et un compromis doit être trouvé entre le morphotype du patient, la vitesse d'acquisition optimale, la qualité d'image requise et la dose délivrée.
La tension conditionne le débit et la pénétration des photons X. Lorsque la tension augmente, le rapport signal sur bruit augmente, mais en contrepartie, le contraste diminue car l'absorption devient plus homogène. Au total, le rapport contraste/bruit n'est pas modifié.
Les bonnes indications d'une réduction de la tension sont : les patients de faible corpulence et l'étude des tissus mous. Une importante réduction serait à l'inverse illogique si la région explorée était une structure osseuse compacte comme le rocher.
La charge globale correspond au produit de l'intensité du courant par le temps d'application de celui-ci. Plus utile en pratique pourrait être la notion de &laqno; charge par niveau de coupe » : ainsi, une baisse de cette charge - qu'elle soit obtenue par une diminution des mA, par diminution du temps de rotation ou par augmentation pitch entraîne une diminution du rapport S/B (S/B est en effet inversement proportionnel à la racine carrée de la charge).
Les bonnes indications d'une réduction de la charge sont donc : les patients de faible corpulence comme l'enfant et l'examen de structures à fort contraste spontané, comme les sinus.
Les outils fournis par les constructeurs :
La récente prise en compte de la dose délivrée par les constructeurs s'est traduite par l'installation, sur tous les nouveaux équipements multicoupes, d'un affichage d'index de dose. En l'absence de décret précis, ces index ont été initialement choisis librement par les constructeurs et on peut ainsi trouver selon les marques, en plus des valeurs de CTDIw exigées par la Commission Electrotechnique Internationale (CEI), des valeurs de Dose moyenne et/ou de PDL. Contrairement aux mesures de PDS en radiologie conventionnelle, les valeurs affichées ne correspondent pas à des mesures, mais à des calculs, effectués en fonction des paramètres d'exposition choisis à partir de valeurs de CTDI de référence mesurées en usine sur des modèles équivalents, uniquement avec des fantômes adultes (de 16 et 32 cm) et selon des critères parfois différents des normes européennes (CTDI FDA). En imagerie adulte, ces index suffisent pour vérifier qu'un protocole est cohérent vis à vis des niveaux de références. En pédiatrie, ces index ne sont pas pertinents et peuvent sous-estimer la dose jusqu'à 40% (Di Bartolo) du fait qu'ils ne prennent pas en compte le diamètre réduit du patient comparativement aux fantômes adultes.
Pour optimiser la qualité d'image, certains constructeurs proposent aujourd'hui un couplage de la charge et du pitch, de façon à travailler à &laqno; mAs constant » (sous-entendu pour un même volume irradié), en modifiant inversement et proportionnellement les mA et le pitch. Il faut retenir que ce système permet d'optimiser l'image mais... pas la dose délivrée qui, elle, reste constante lorsqu'on augmente le pitch (Mahesh).
Les constructeurs travaillent cependant sur des systèmes d'optimisation automatique de la dose délivrée au cours des acquisitions. Trois types d'applications permettent de moduler la dose : la modulation en fonction de l'incidence (la dose est moins importante à la verticale qu'à l'horizontale, puisque le corps est moins épais dans le plan frontal) (option SmartScan® de GE), la modulation en fonction de la position en z (la dose est adaptée à des mesures d'absorption préalablement effectuées sur les mode radio de face et de profil) (option AutomA® de GE), et la modulation en fonction de l'absorption mesurée en cours de rotation (Greess) (les mesures effectuées sur la première partie de la rotation permettent de moduler la charge sur la deuxième partie) (option CareDose® de Siemens). Sur le modèle de la radiologie conventionnelle, un contrôle automatique de l'exposition pourrait être envisagé, mais ce concept pose encore beaucoup de problèmes techniques en TDM (CIPR 87).
Optimisation en ORL :
Exploration des sinus et du massif facial :
Gross et col. ont initialement montré que, pour la surveillance des affections sinusiennes inflammatoires chez l'enfant, la réalisation de seulement 3 à 4 coupes TDM axiales ou frontales permettait de réduire notablement la dose, sans perte d'information.
De nombreux protocoles &laqno; basses doses » ont secondairement été proposés chez l'adultes, avec une tension de 120 kV et une charge en mode séquentiel entre 16 mAs (Marmolya) et 50 mAs (Sohaib). En mode hélicoïdal, Kearney et col ont proposé un protocole à 120 kV, 40 mAs, 5 mm, pitch 1. Celui recommandé pour l'adulte dans le dernier rapport SFR/OPRI pour l'exploration des dysfonctionnements rhino-sinusiens est globalement comparable (100-120 kV, 40-60mAs, 1-3 mm, pitch 1 à 1,5).
La dose aux cristallins est notablement réduite par les protocoles &laqno; basses doses », Sohaib et col ont montré qu'elle diminuait de 77% (13 à 3 mGy) entre une charge de 200 et de 50mAs. Le protocole &laqno; basse dose » sur notre multicoupes (50 mAs, 80 kV, en 4x1,25, 0,8sec, pitch 1,5) permet d'obtenir une Dose moy. de 2 mGy. A titre de comparaison, Les valeurs de référence ESPR de dose à la peau pour les clichés de crâne à 5 ans sont de 1,5 mGy pour la face et 1 mGy pour le profil, soit 4 mGy au total si les trois incidences classiques (Face, Profil, Blondeau) sont réalisées.
Dans notre expérience, si des coupes frontales sont nécessaires, il nous semble que le plus logique et le moins irradiant est de réaliser une seule acquisition axiale en mode hélicoïdal en coupes fines avec une reconstruction incrémentée puis une reconstruction multiplanaire en post-traitement.
Une réduction de dose n'est toutefois concevable que pour évaluer les contours des structures osseuses et aérées dont le contraste spontané est très élevé (maladies inflammatoires en surveillance, évaluation anatomique avant chirurgie endoscopique). En cas d'évaluation diagnostique d'une lésion étendue du massif facial (lésion tumorale notamment), le protocole doit comporter une charge plus élevée pour évaluer également le contraste des tissus mous. Le protocole recommandé pour l'adulte dans le dernier rapport SFR/OPRI pour l'exploration d'une tumeur du massif facial en mode hélicoïdal est de 100-120 kV, 200-250mAs, en coupes de 1 à 2 mm.
Dans notre expérience en multicoupes, une qualité d'image diagnostique est obtenue chez l'enfant en mode spiralé à 120 kV, 200 mA, Tps rot. 0,8 sec, en 4x2,5 mm pitch 0,75, produisant des Dose moy de 35 mGy.
Exploration du rocher :
Le remplacement de la classique double acquisition directe (axiale et coronale) par une acquisition axiale unique avec reconstruction incrémentée et reconstruction frontale est aujourd'hui possible et recommandée (Venema). Cette méthode permet de réduire significativement la dose globale délivrée. Cette méthode comporte en outre plusieurs avantages : elle réduit le temps d'examen, elle n'impose pas de réaliser de série coronale en hyperextension cervicale (parfois impossible ou mal tolérée) et autorise des reconstructions multiplanaires variées (Venema).
La qualité des images en terme de résolution et rapport signal/bruit a été évaluée par Venema et col chez l'adulte en TDM double barette. Seules les images coronales directes réalisées avec les constantes maximales (0,5 mm, 465 mAs) étaient jugées légèrement supérieures aux images reconstruites. Aucune différence significative n'était retrouvée entre les reconstructions et les coronales directes réalisées à 245 mAs et/ou 1 mm. Les auteurs recommandent néanmoins, pour obtenir une reconstruction de bonne qualité, une acquisition axiale initiale en épaisseur nominale de 0,5 mm, pitch 0,8, 120 kV et 500 mAs.
En terme de dose, une évaluation réalisée chez l'adulte a montré qu'une réduction des mAs de 510 à 80 (avec durcissement du filtre) était possible, sans que la reconnaissance des structures anatomiques soit altérée (Husstedt).
Chez l'adulte, le protocole recommandé dans le dernier rapport SFR/OPRI est une étude séquentielle ou hélicoïdale à 120 kV 300-500mAs, épaisseur < 1,5 mm.
Sur notre multicoupes, une étude des rochers en mode hélicoïdal (140 kV, 200 mA, 0,8 sec/tour, coupes de 1,25 mm, pitch 0,75) délivre une dose moyenne de 70 mGy alors que le protocole du constructeur en séquentiel (140 kV, 200 mA, 2sec/tour, coupes de 1,25 mm jointives) délivre une dose moyenne de 130 mGy dans chaque plan. L'acquisition hélicoïdale présente en outre l'avantage de pouvoir réaliser l'acquisition dans un plan évitant le cristallin (OM-15°) en reconstruisant, si besoin, en axial dans un plan de lecture plus habituel (OM 0°).
Au total chez l'enfant, le principe d'une acquisition axiale unique, évitant les cristallins, en mode hélicoïdal en coupes de 0,5 à 1 mm apparaît comme un bon compromis. Une reconstruction incrémentée (au moins deux images par épaisseur nominale) est nécessaire pour obtenir de bonnes reconstructions multiplanaires. En l'absence d'étude dosimétrique disponible, les autres paramètres d'acquisition sont à adapter sur chaque machine. Une optimisation de la tension et de la charge devra faire l'objet d'études spécifiques chez l'enfant avec une baisse possible de la tension à 120 kV et une réduction notable des mAs.
Conclusions :
Alors que les effets déterministes des radiations ionisantes sont biens connus, il persiste encore aujourd'hui une relative incertitude sur le risque des faibles doses utilisées en diagnostic. Le recul actuel permet toutefois d'individualiser un risque statistique faible, mais mesurable, à partir de seuils approchés voire atteints par certains protocoles TDM. Les principes de justification et d'optimisation doivent donc être respectés pour les examens irradiants, surtout chez l'enfant. Les techniques non irradiantes doivent être utilisées en première intention et notamment l'échographie pour toutes les explorations cervicales et superficielles. Pour l'évaluation de la pathologie inflammatoire des sinus, il est maintenant clairement démontré que les protocoles &laqno; basse dose » sont utilisables dans la grande majorité des cas. Pour l'étude des tissus mous des espaces profonds de la face, et pour le rocher qui ne peut être étudié en IRM, la TDM garde encore une place importante. Les doses délivrées au cristallin restent très en deçà des seuils pouvant être à l'origine de cataractes, ce qui n'empêche pas d'utiliser des plans de coupe évitant au maximum l'irradiation directe des orbites. Les doses délivrées à la thyroïde doivent par contre faire l'objet d'une attention particulière chez l'enfant. En cas d'explorations cervicales fines incluant la thyroïde dans le volume examiné, les doses absorbées peuvent se rapprocher voire atteindre des seuils considérés comme augmentant le risque de cancers radio-induits. Toutefois, dans l'état actuel des connaissances, les doses délivrées par des protocoles optimisés correspondent à des niveaux de risque paraisssant tout à fait acceptables comparés au bénéfice diagnostique attendu.
REMERCIEMENTS
Remerciements au Professeur Jean-Marc Cosset (Département de Radiothérapie, Institut Curie) et à Geneviève Gaboriaud (Département de Physique Médicale, Institut Curie) pour leur aide précieuse.
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