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| ISO 690 | Verdun, F., Schnyder, P., Gutièrrez, D., Gudinchet, F., Optimisation des doses en tomographie computérisée pédiatrique, Rev Med Suisse, 2006/073 (Vol.2), p. 1752–1757. DOI: 10.53738/REVMED.2006.2.73.1752 URL: https://www.revmed.ch/revue-medicale-suisse/2006/revue-medicale-suisse-73/optimisation-des-doses-en-tomographie-computerisee-pediatrique |
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| MLA | Verdun, F., et al. Optimisation des doses en tomographie computérisée pédiatrique, Rev Med Suisse, Vol. 2, no. 073, 2006, pp. 1752–1757. |
| APA | Verdun, F., Schnyder, P., Gutièrrez, D., Gudinchet, F. (2006), Optimisation des doses en tomographie computérisée pédiatrique, Rev Med Suisse, 2, no. 073, 1752–1757. https://doi.org/10.53738/REVMED.2006.2.73.1752 |
| NLM | Verdun, F., et al.Optimisation des doses en tomographie computérisée pédiatrique. Rev Med Suisse. 2006; 2 (073): 1752–1757. |
| DOI | https://doi.org/10.53738/REVMED.2006.2.73.1752 |
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articles thématiques: imagerie diagnostique et interventionnelle
12 juillet 2006
Optimisation des doses en tomographie computérisée pédiatrique
DOI: 10.53738/REVMED.2006.2.73.1752
The development of CT applications might become a public health problem if no effort is made on the justification and the optimisation of the examinations. This paper presents some hints to assure that the risk-benefit compromise remains in favour of the patient, especially when one deals with the examinations of young patients.
In this context a particular attention has to be made on the justification of the examination. When performing the acquisition one needs to optimise the extension of the volume investigated together with the number of acquisition sequences used. Finally, the use of automatic exposure systems, now available on all the units, and the use of the Diagnostic Reference Levels (DRL) should allow help radiologists to control the exposure of their patients.
Résumé
Le développement des applications du CT risque à terme de poser un problème de santé publique si un effort particulier n’est pas consenti au niveau de la justification et de l’optimisation des examens. Quelques stratégies permettent d’assurer que le compromis risque-bénéfice soit toujours en faveur du patient, en particulier lorsqu’il s’agit de jeunes enfants.
Un accent tout particulier doit être mis sur la justification de l’examen. Dans l’exécution de l’examen la définition du volume investigué et du nombre de passages utilisés devrait aussi faire partie de la démarche d’optimisation. Enfin, l’usage des systèmes d’exposition automatique, disponibles maintenant sur toutes les installations, ainsi que l’utilisation des niveaux de références diagnostiques (NRD) devraient permettre d’aider le radiologue à contrôler l’exposition des patients.
INTRODUCTION
Le nombre de tomographies computérisées (CT) pratiquées a augmenté de manière significative depuis ses premières applications apparues dans les années 1970. Pour la période de 1985-1990, le rapport des Nations unies sur les effets des radiations ionisantes (UNSCEAR) mentionne une proportion de 14,5 examens CT pour 1000 patients aux Etats-Unis, 35‰ en Allemagne et 50‰ en Belgique.1 Les enquêtes récentes effectuées aux Etats-Unis montrent aussi que le nombre annuel de CT a augmenté de dix fois en l’espace de moins de deux décades, de 3 600 000 en 1980 à 33 000 000 en 1998 et qu’environ 2 700 000 CT ont été effectuées chez des enfants de moins de quinze ans en l’an 2000.2,3 Alors que le CT représente seulement 11% de tous les examens ionisants effectués aux Etats-Unis, cette modalité radiologique est à l’origine des deux tiers de l’irradiation totale occasionnée par l’imagerie médicale.4 En Grande-Bretagne, la contribution du CT à la dose effective moyenne délivrée à la population par l’imagerie médicale a augmenté de 20 à 40% de 1990 à 1999.5 En Suisse, une enquête réalisée en 1998, sur la dose délivrée à la population par les examens diagnostiques, a montré que le CT représentait environ 30% de la dose annuelle délivrée par l’imagerie médicale, celle-ci atteignant 1,0 mSv par an et per capita.6 Une mise à jour de cette enquête effectuée en 2003 a en outre mis en évidence que la contribution de la dose per capita avait augmenté de 20%.7 Cette tendance à l’augmentation étant à mettre en parallèle avec l’introduction de la technologie multibarrettes qui ouvre un vaste champ d’applications. Il apparaît donc urgent d’adopter des stratégies qui assurent un degré d’exposition au patient aussi bas que possible tout en fournissant au radiologue une information diagnostique adéquate, ceci pour éviter un renversement du rapport coût/bénéfice associé à l’usage du CT. Depuis l’an 2000, de nombreux groupes ont proposé des stratégies basées principalement sur la physique de l’imagerie CT pour réduire l’exposition au patient.8-11 De plus, des fabricants ont introduit des systèmes d’exposition automatique (AEC) pour réduire le risque de production d’images de haute qualité non nécessaire à l’établissement d’un diagnostic.
Les risques associés à une exposition aux radiations peuvent être divisés en deux catégories: les effets déterministes et les effets stochastiques.
Les effets déterministes ne sont en général pas attendus à la suite d’examens purement diagnostiques mais sont quelquefois rapportés après la prise en charge de cas particulièrement critiques en radiologie interventionnelle. En fait, les risques principaux d’un examen diagnostique utilisant les radiations ionisantes sont les effets stochastiques qui peuvent entraîner un cancer ou un effet génétique survenant dans la descendance du patient. Dans ce contexte, Gray, dans une publication de l’American College of Radiology, a mis l’accent sur le besoin d’une réduction de l’irradiation de la façon suivante:12 le risque estimé de mort par cancer pour un adulte lors d’un examen CT est de 0,12% pour chaque passage abdominal lorsque la dose effective est de 24 mSv. Ce risque est comparable à celui de douze morts de cancer par 10 000 patients fumeurs pendant une année dans une population similaire (c’est-à-dire le facteur de risque de 12,10–4). Il est à relever qu’avec l’introduction de protocoles optimisés, le niveau de doses effectives qu’occasionne un passage abdominal chez un adulte est actuellement plus proche de 8 mSv que de 24 mSv, ce qui conduit à un facteur de risque de 4,10–4.
L’usage du CT en pédiatrie a nettement augmenté de fréquence, probablement plus rapidement que le CT adulte. Pourtant, on doit considérer que pour une dose effective donnée, un enfant est plus à risque de développer une lésion maligne qu’un adulte de 50 ans. Ainsi, un passage abdominal chez une jeune fille représente un risque de l’ordre de 10–3. Si ce facteur de risque reste petit pour un patient lorsqu’il est mis en balance avec l’apport de l’acte radiologique, l’usage du CT devient toutefois un problème de santé publique lorsque ce petit risque individuel est multiplié par le nombre de procédures effectuées chaque année. Il faut toutefois mentionner que le risque des effets stochastiques est toujours un sujet controversé et les liens directs entre dose effective et projection en nombre de cancers mortels dans une population doivent être considérés avec prudence.
Le but de cet article est de passer en revue les facteurs conduisant à l’optimisation des doses en CT pédiatrique et d’émettre quelques suggestions quant au meilleur usage du CT chez l’enfant. Pour plus de détails, on consultera l’excellente revue qui a servi de base à l’établissement de ces recommandations.13
JUSTIFICATION RIGOUREUSE DU CT
Le premier principe de radioprotection est la justification de l’examen. Dans ce contexte, ce qui est bon pour les patients adultes peut ne pas être la meilleure solution pour un patient pédiatrique. Dans chaque situation, l’imagerie ne doit pas être utilisée uniquement pour démontrer la morphologie. En raison de l’espérance de vie des patients pédiatriques, la contribution du CT au diagnostic et au succès du traitement doit être à chaque fois discutée. Au-delà d’une justification médicale générale, la justification de l’utilisation des radiations ionisantes doit être reconsidérée à chaque fois chez l’enfant avec une attention toute particulière puisque à niveau de dose effective équivalent, le risque stochastique en pédiatrie est plus élevé que chez l’adulte comme le montre la figure 1.14
Figure 1.
Evolution du facteur de risque de mort par cancer en fonction de l’âge d’exposition
Les alternatives doivent également être considérées chez l’enfant en fonction de la pathologie investiguée. L’échographie chez l’enfant est souvent l’examen de première intention en raison du gabarit, de l’accès et du bas coût. Lorsque l’ultrason et la radio standard ont une faible probabilité de répondre à la question posée ou ont déjà échoué, le choix alternatif qui s’oppose souvent est entre le CT et l’IRM. Dans cette situation, les aspects d’accès à la machine, l’urgence de l’examen ainsi que le monitoring doivent être pris en compte. En général, dans les conditions d’urgence telles que trauma multiples, la rapidité d’informations est prédominante et favorise le CT. Une pathologie maligne avec un pronostic réservé va également diminuer le poids de l’exposition aux radiations dans la discussion. Cependant, lorsqu’il existe une chance de traitement curatif, le risque ajouté de suivis multiples en CT pendant et après le traitement doit également être pris en compte. Finalement, en cas de suivi (follow-up) impliquant la répétition d’un grand nombre d’examens CT, les alternatives doivent également être considérées. Ceci doit être discuté avec les médecins correspondants notamment dans le cadre des protocoles oncologiques.
PRÉPARATION DU PATIENT
Le second principe de radioprotection est l’optimisation de l’examen une fois que celui-ci a été justifié. La préparation du patient fait bien entendu partie de la phase d’optimisation de l’examen. Chez l’adulte, la préparation du patient au CT implique d’habitude de contrôler la fonction rénale, de prévenir le patient d’un éventuel lavement ou d’obtenir un consentement éclairé en fonction du type de protocole. Chez l’enfant, la préparation peut s’avérer plus complexe puisqu’il existe une interaction entre le médecin référent, le patient et le radiologue mais également avec la famille du patient. Les explications directes ou via la personne accompagnante peuvent être déterminantes pour l’acceptation de l’examen par un petit enfant. Une répétition de l’examen à blanc notamment en cas d’apnée peut également améliorer la qualité de l’examen. Tout ce qui peut amener à une diminution de la douleur et de l’anxiété chez l’enfant est également souhaitable notamment l’application de pommade anesthésiante avant la mise en place d’une voie intraveineuse. Une sédation ou une anesthésie générale est quelquefois nécessaire. Depuis l’introduction des installations CT multibarrettes permettant l’acquisition très rapide des données, les artéfacts de mouvement ont nettement diminués, et il peut quelquefois être judicieux d’accepter une respiration superficielle chez des enfants de moins de quatre ans. Chez les enfants plus grands, une apnée peut être obtenue dans la plupart des cas.
L’usage de protection localisée a été décrit pour des organes tels que le cristallin, la glande thyroïde, les glandes mammaires et les gonades. L’usage de ces protections à base de plomb ou de bismuth est toutefois controversé et il n’existe pas de bonnes solutions pour les ovaires. En outre, ces protections ne peuvent pas être utilisées lors du contrôle des paramètres d’acquisition par une cellule d’exposition automatique (AEC: Automatic Exposure Control); système qui devrait être systématiquement utilisé en CT pédiatrique puisqu’il permet de contrôler le niveau de qualité d’image et évite ainsi la production d’images dont la qualité outrepasse le requis clinique.
CHOIX D’UNE QUANTITÉ ACCEPTABLE DE BRUIT POUR AUTANT QUE LE SCAN RESTE DIAGNOSTIQUE
La détermination du niveau de qualité d’image fait aussi partie de l’optimisation de la procédure. Ainsi, même si l’utilisation de doses élevées produit en CT des images plus flatteuses à l’œil, le radiologue et le médecin référents doivent réaliser que la qualité de l’image ne doit pas être le seul critère, en regard de la diminution des doses que l’on peut obtenir. Malheureusement, il n’est pas aisé de mettre en balance un besoin diagnostique médical urgent avec un risque stochastique dont les effets ne seront, par définition, peut-être présents que quelques décades après l’examen. Toutefois, si le risque ne peut être identifié aisément, il faut essayer de le diminuer. Il est la plupart du temps possible, en fonction de la question posée et de l’organe en question, de diminuer considérablement les doses.
A titre d’exemple, la figure 2 présente la simulation de la diminution de dose (par ajout de bruit sur les données brutes) d’un facteur proche de deux puis d’un facteur proche de cinq pour un patient de trois ans. Il est évident que la coupe obtenue avec la dose la plus basse (CTDIvol=3,5 mGy) est plus bruitée que les coupes obtenues avec des doses plus élevées (respectivement CTDIvol=9,6 et 17 mGy). Néanmoins la qualité d’image obtenue est suffisante pour démontrer sur les trois images les renseignements diagnostiques importants dans un contexte traumatique, à savoir la collection périhépatique et périsplénique, ainsi que l’absence de contusion hépatique ou splénique.
Figure 2.
Enfant de trois ans admis pour traumatisme abdominal. Coupe transverse après injection i.v. de produit de contraste
Les images présentées à la figure 2 démontrent qu’en CT pédiatrique la diminution de dose peut-être très élevée, en particulier chez les très jeunes patients, avant que la qualité diagnostique ne devienne insuffisante. La figure 3 présente la relation de la diminution du bruit de l’image en fonction de la dose moyenne délivrée dans la coupe CT pour un fantôme représentatif d’un patient dont le diamètre est de 16 cm. Ces données montrent que le bruit est pratiquement constant à partir d’une dose (CTDIvol) de 17 mGy. Ainsi, pour des coupes de 5 mm le passage de 17 mGy à 50 mGy se traduit par une diminution de bruit négligeable alors que la dose a triplé. Ainsi, une amélioration de la qualité d’image de la coupe présentée à la figure 2 (CTDIvol =17 mGy) n’aurait pas pu être obtenue, et ce même en augmentant significativement la dose.
Figure 3.
Evolution du bruit de l’image en fonction de la dose moyenne délivrée dans la coupe (CTDIvol pour un fantôme de 16 cm de diamètre)
On peut remarquer aussi qu’une reconstruction en coupes plus fines, par exemple 2,5 mm, se traduit par une augmentation non négligeable du bruit de l’image; augmentation non compensable par la variation de la dose (CTDIvol). Ces phénomènes sont amplifiés chez l’adulte. L’utilisation d’une cellule d’exposition automatique permet de réduire le risque de travailler dans un domaine de dose où le gain en qualité d’image est marginal en regard de l’exposition du patient. L’utilisation d’un tel système est donc particulièrement adaptée au CT pédiatrique.
AUTRES POSSIBILITÉS D’OPTIMISATION
Les scanners peuvent avoir des géométries, des filtrations et des efficacités des détecteurs différents. Ainsi pour une dose comparable, il est possible que la qualité d’image produite soit différente. Cependant, la concurrence sur le marché tend à limiter ces différences ce qui va permettre d’utiliser le concept de niveau de références diagnostiques (NRD) afin d’optimiser les protocoles. En effet, contrairement aux professionnels susceptibles d’être exposés aux radiations ionisantes, il n’y a aucune limite de dose pour le patient puisque ce dernier est le bénéficiaire de l’examen. La radioprotection est alors assurée par les deux principes énoncés ci-dessous à savoir: la justification et l’optimisation de la pratique. Pour améliorer la démarche d’optimisation, la Commission internationale de protection radiologique (CIPR) a introduit en 1976 le concept de NRD.15 Ces niveaux de dose ne sont pas des limites de dose mais des seuils à partir desquels le radiologue doit reconsidérer sa pratique. Les NRD sont établis sur la base d’enquêtes internationales, nationales, voire régionales. Ainsi pour un examen donné, nous échantillonnons les indicateurs de dose utilisés et calculons le troisième quartile de la distribution obtenue. Ce troisième quartile définit le NRD de l’examen en question. A titre d’exemple, le tableau 1 résume les NRD obtenus au Royaume-Uni en 2000. Pour le CT, on précise en général deux NRD: l’un plus spécifique à la qualité des images obtenues (CTDIvol), l’autre véritablement lié à la dose délivrée au patient (DLP). Plusieurs enquêtes ont été organisées en Suisse pour vérifier que les NRD obtenus étaient compatibles avec les valeurs internationales et l’établissement des NRD spécifiques au CT en pédiatrie est actuellement en cours.
Tableau 1.
Exemple de niveaux de références diagnostiques proposés en 2000 au Royaume-Uni
Enfin, le technicien en radiologie médicale est libre de choisir les kV, la durée de rotation et les mA pour l’acquisition des images. La valeur de kV requise devrait augmenter avec le diamètre du patient pour éviter de délivrer des doses très élevées chez les patients très jeunes. Une durée de rotation du tube la plus courte possible est le plus approprié en CT pédiatrique pour minimiser les flous de mouvement. Le choix le plus critique reste la dose moyenne délivrée dans la coupe (CTDIvol) qui conditionne le niveau de bruit de l’image, paramètre qui doit encore faire l’objet d’étude permettant d’établir un lien entre le niveau de bruit de l’image et l’objectif diagnostique. Une attention toute particulière doit être portée sur les protocoles proposés par défaut par les fabricants de CT. Les niveaux de doses mis en jeu sont souvent très élevés de manière à produire des images très flatteuses.
INVESTIGUER LE VOLUME MINIMAL
Cette règle s’applique tant pour le cliché localisateur ou scout view que pour le scan lui-même puisqu’il n’existe pas de raison concrète d’aller au-delà du volume de tissu où une pathologie est suspectée.
Le médecin référent et le radiologue doivent trouver un compromis concernant le volume minimal à investiguer. Ensuite, le radiologue et le technicien doivent préciser les limites supérieures et inférieures du volume à examiner. Par exemple, dans un CT-scan thoracique, il n’y a pas de raison d’inclure la totalité du défilé cervicothoracique comprenant la glande thyroïde ainsi que la moitié supérieure de l’abdomen de façon à éviter d’irradier inutilement les organes radiosensibles. Lors d’un examen pelvien chez un garçon, il n’y a probablement pas de raisons médicales d’inclure les testicules dans le volume à scanner. Il faut réaliser que toute augmentation de la taille du volume scanné va augmenter proportionnellement l’énergie déposée ainsi que les effets biologiques des irradiations ionisantes. Si les autres règles sont sous la responsabilité du radiologue, l’importance du technicien et de son expérience sont critiques pour cette règle-ci. En scanner de routine, il n’est pas justifier d’étendre la longueur du volume investigué audelà du minimum requis compte tenu du problème considéré. Pour le cliché localisateur, cette règle peut être utilisée de façon moins stricte puisque la dose délivrée par le scout view est faible et constitue une très petite partie de l’exposition totale. D’autre part, le cliché localisateur doit inclure le début et la fin du volume à scanner, ceci de la façon la plus précise possible.
DIMINUER LES EXAMENS RÉPÉTÉS DE LA MÊME RÉGION
Avec les scanners actuels, il existe de nombreuses occasions où on peut être tenté d’effectuer plusieurs passages sur le même volume, puisque les restrictions techniques en termes de surchauffe du tube ou limitation de l’espace mémoire ont disparu. Une des situations les plus fréquentes où cette règle est rencontrée est lorsqu’on balaie deux régions adjacentes du corps avec un large recouvrement. Ceci se produit fréquemment en cas de bilan de lymphome, avec un recouvrement du scanner réalisé dans la région cervicale et celui réalisé au niveau thoracique. Ceci peut entraîner une augmentation de doses au niveau d’organes sensibles comme la glande thyroïde.
Il existe un certain nombre d’indications pour les examens multiphases de la même région:
-
Scanner natif et injecté après injection intraveineuse d’un bolus de contraste.
Etablissement d’un délai correct par l’usage d’un bolus test ou de scans répétitifs au même endroit.
Etude de rehaussement dynamique.
CT-scan pulmonaire fonctionnel en inspiration et expiration pour détecter le trappage pulmonaire.
Scanner en position de décubitus et procubitus pour une meilleure démonstration des effets de la gravité (uro-CT, colonoscopie virtuelle).
Intervention sous guidage CT avec ou sans scopie.
Dépistage en coupes épaisses avec analyse plus détaillée par des coupes fines espacées.
Un certain nombre de ces options peuvent être justifiées pour le diagnostic envisagé et c’est le devoir du radiologue de considérer toutes ces options tout en sachant qu’elles peuvent augmenter l’irradiation. Il est clair qu’un double passage signifie une double irradiation dans la mesure où les mêmes paramètres sont utilisés et les passages successifs vont augmenter la dose proportionnellement.
En plus de l’expérience de chacun, un certain nombre de recommandations peuvent aider à sélectionner le nombre de passages: un deuxième passage est-il utile, va t-il influencer la prise en charge ou le suivi du patient. Un deuxième passage augmentera-t-il le rapport bénéfice/coût si l’on ajoute la dose additionnelle au coût financier?
Un deuxième passage peut souvent être limité à un volume plus petit que le premier ou effectué avec des paramètres offrant une dose moins importante pour la même information. L’usage de délais fixes peut souvent remplacer l’usage du bolus test pour diminuer la dose et la fluoroscopie CT peut être certes utile en cas d’accès difficile mais la plupart des biopsies et des drainages peuvent être faits sous contrôle CT simple, voire même sous contrôle d’ultrasons. Enfin, en pathologie thoracique, un seul passage permet la plupart du temps d’obtenir toute l’information nécessaire avec les CT multibarrettes, puisque l’usage de collimation détecteur d’une taille d’environ 1 mm permet d’obtenir les coupes fines pour l’analyse haute résolution (HRCT) à n’importe quel niveau sur l’axe longitudinal et qu’un post-traitement des données permet de reconstruire des coupes plus épaisses pour la détection de lésions à faible contraste. De même, pour les images reformées en 2D et le post-traitement 3D les images continues et chevauchées peuvent être obtenues à partir des mêmes données brutes.
CONCLUSION
Les progrès technologiques de l’imagerie CT ont ouvert un vaste champ d’investigation améliorant ainsi la prise en charge du patient. Les enquêtes internationales montrent que ces dernières années le CT était devenu une source importante d’exposition des patients, ce qui pourrait poser un problème de santé publique si les principes de radioprotection ne sont pas correctement appliqués. Pour que le compromis entre le risque induit par un examen CT et le bénéfice de l’investigation soit acceptable, il est nécessaire de mettre un accent particulier sur la justification de l’examen CT. Cette justification doit encore être plus stricte lorsqu’il s’agit de la population pédiatrique du fait de leur plus grande radiosensibilité. Une fois l’étape de la justification de l’examen franchie, un effort particulier doit être consenti au niveau de l’optimisation de l’examen. Pour la population pédiatrique, l’introduction des cellules d’exposition automatique permet d’assurer que l’acquisition se fait en délivrant une dose qui assure un niveau de bruit prédéterminé et limite ainsi la surexposition des patients. Un effort doit encore être consenti pour définir des niveaux de qualité d’image en fonction de l’objectif diagnostique (un peu comme le choix de la sensibilité du couple écranfilm en radiologie conventionnelle). Enfin, tant pour la population pédiatrique que pour les adultes, l’introduction et l’utilisation des NRD devrait permettre au radiologue d’unifier et d’optimiser leur pratique.
Implications pratiques
> L’usage du CT en radiologie pédiatrique a nettement augmenté au cours des dernières années
> Les particularités pédiatriques du CT sont:
-
une forte variation de la dose en fonction du kilovoltage
une faible diminution du bruit de l’image en augmentant la dose
une forte variation avec l’âge de la dose effective du patient
Implications pratiques
> Il est donc nécessaire d’évaluer pour chaque patient le compromis risque/bénéfice, en utilisant une démarche d’optimisation et des niveaux de références diagnostiques (NRD)