Brevet FR2963145A1 — publié le 20120127

SUIVI DE LA DOSE DE RAYONNEMENT ACCUMULEE PAR UN CORPS DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne le domaine de l'imagerie médicale par rayonnement. Plus particulièrement, elle concerne l'estimation et le suivi des doses de rayonnements auxquelles est soumis un corps ou certains organes de celui-ci lors d'une prise d'images. Elle trouve notamment avantageusement application pour le suivi en temps réel des doses de rayonnement auxquelles on soumet un patient, lors d'une intervention radiologique. ETAT DE L'ART On sait que l'exposition d'un sujet ou d'un organe de celui-ci à une dose de rayons X produit deux types d'effets : - Les effets long terme, stochastiques (risques de cancer), sont liés à la dose cumulée par le patient au cours de sa vie. Dans cette optique toute dose de rayon doit être contrebalancée par le bénéfice pour le patient. - Les effets court terme, dans les heures, jours et semaines suivant l'exposition (brulures), sont liés à l'exposition pendant un temps court à une très forte dose. Or, l'imagerie par rayonnement peut exposer le corps d'un sujet ou certaines parties de celui-ci à des doses de rayonnements qui peuvent être très variables d'une acquisition à une autre en fonction en particulier des orientations d'exposition choisies. Par ailleurs, un rayonnement, et notamment les rayons X, interagissent de façon très différente avec les os ou les tissus du corps humain, ce qui empêche d'appréhender de façon facile le niveau de rayonnement auquel on peut encore soumettre une partie donnée d'un corps. Il existe donc un besoin pour un outil permettant d'estimer la répartition des doses de rayonnement reçues par un corps ou par différentes parties de celui-ci lors de l'acquisition d'une ou plusieurs images radiologiques. On souhaite par ailleurs, lors de l'acquisition de nouvelles images, éviter d'accumuler des doses de rayonnements trop importantes dans certaines zones du corps ou dans certains organes et par conséquent pouvoir définir des conditions d'acquisition pour des images ultérieures qui permettent d'optimiser les doses de rayonnement accumulées dans un corps. On connaît déjà des méthodes permettant une estimation de la répartition des doses de rayonnements accumulées par un corps. Les méthodes connues, toutefois, modélisent le sujet par exemple par un cylindre homogène, et ne permettent pas de prendre en compte les spécificités de la morphologie de chaque sujet ou des différents organes composant le corps de celui-ci. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose quant à elle un procédé de suivi de la dose de rayonnement accumulée par un corps ou une partie d'un corps faisant l'objet ou ayant fait l'objet d'une exposition à des rayonnements lors de l'acquisition d'au moins une image(s) radiologique(s) dans lequel : - on traite la (ou les) image(s) ainsi acquise(s) pour déterminer une modélisation 3D du corps ou de la partie du corps, cette modélisation identifiant dans une image 3D reconstituée différents éléments du corps ou de la partie de corps imagé, - on calcule en fonction de cette modélisation 3D dans laquelle peuvent être identifiés différents éléments du corps ou de la partie de corps, d'un modèle théorique des interactions entre matière et rayonnement, que l'on applique à cette modélisation 3D, de paramètres caractéristiques de l'émission de rayonnement réalisée lors de l'acquisition de ces images, et mémorisés lors de l'acquisition des images, une répartition de la dose de rayonnement accumulée dans ledit corps ou dans la partie dudit corps qui a fait l'objet de cette acquisition d'images. Elle propose également un programme d'ordinateur comportant des instructions de code aptes à mettre en oeuvre le procédé proposé lorsque ledit programme est lu par un ordinateur, ainsi qu'un produit programme d'ordinateur comportant des instructions de code mémorisées sur un support apte à être lu par un ordinateur et comportant des moyens aptes à mettre en oeuvre les différentes étapes du procédé lorsque ledit programme est lu par un ordinateur. Elle propose en outre un système d'imagerie médicale comportant un calculateur comportant des moyens programmés pour mettre en oeuvre le procédé. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif d'imagerie, - la figure 2 illustre les étapes d'un exemple de procédé conforme à l'invention susceptible d'être mis en oeuvre avec le dispositif de la figure 1, - les figures 3 et 4 illustrent deux autres modes de mise en oeuvre possibles. DESCRIPTION DETAILLEE Rappel sur une structure de dispositif d'imaqerie On a représenté schématiquement sur la figure 1 un dispositif d'imagerie à bras en C. Il comporte : - une table 100 sur laquelle est installé le sujet 110, - une source d'émission 120 (par exemple, source de rayons X) disposée à une extrémité d'un bras 130 en C communément appelé arceau, - un détecteur 121 - par exemple, une matrice de capteurs numériques - situé en regard de la source d'émission 120, de l'autre côté de la table 100 et du sujet 110, et porté par l'autre extrémité du bras 130 en C. Le bras 130 en C est mobile par rapport à la table 100. Il peut être basculé sur lui-même afin de permettre différentes orientations d'exposition. Il peut également être déplacé longitudinalement le long de la table. Dans d'autres modes de réalisation ou en complément de la mobilité du bras 130 en C, la table 100 est mobile afin de proposer une plus grande flexibilité dans les différents déplacements. Le dispositif comprend également un calculateur 140 ou un ensemble de calculateurs, recevant les images acquises par le détecteur 121 et programmé pour les traiter et réaliser les étapes qui vont être décrites ci-dessous, en référence aux figures 2 et suivantes. Ce calculateur peut en outre être associé à des moyens d'affichage 150 pour afficher le résultat de ce traitement. Exemple de mise en oeuvre Sur la figure 2, on expose, dans une première étape 10, le corps 110 ou une partie de celui-ci à quelques doses de rayonnement, lors de l'acquisition de premières images 2D autour du patient, lors d'une intervention sur celui-ci. Dans une seconde étape 20, le calculateur 140 calcule, en fonction de ces images 2D, une modélisation 3D du sujet ou de la partie de celui-ci qui a fait l'objet de ces acquisitions d'images et traite cette modélisation 3D pour en déduire une modélisation 3D du corps ou de la partie du corps dont on a acquis des images. Le traitement mis en oeuvre utilise des techniques de segmentation et de reconstruction connues par ailleurs Il identifie en outre dans la modélisation 3D différents éléments ou organes du corps du patient (os, chair, coeur, foie, poumons, par exemple). La modélisation 3D ainsi réalisée prend ainsi en compte les variations de densité des différents éléments composant le corps du sujet, et ne se limite pas à une modélisation réduite à une simple forme géométrique simple et ayant une densité homogène. Une telle modélisation 3D peut par exemple être obtenue de la façon décrite dans l'article « 3D reconstruction of the human rib cage from 2D projection images using a statistical shape model ; Jalda Dworzak et al. Int J Cars (2010) 5 :111-124 ». En particulier, avec la technique telle que proposée dans cette publication, on reconstruit le corps du patient en 3D en évitant une acquisition rotationnelle si celle-ci requiert une dose de rayons X supplémentaire à celle de l'examen standard et on utilise à cet effet les images acquises naturellement pendant l'examen. Par exemple en cardiologie interventionnelle, on acquiert des images 2D dans un certain ensemble d'angulations autour du corps du patient dans la phase diagnostique. Ces images dans un nombre restreint de vues sont traitées par le calculateur 140, qui reconstruit les structures anatomiques pour lesquelles on dispose de modèles statistiques de forme, par exemple. Dans une étape 30, le calculateur 140 applique à la modélisation 3D ainsi obtenue, un modèle théorique d'absorption et de diffusion du rayonnement dans le corps du sujet préalablement mémorisé. Il calcule, en fonction de cette modélisation 3D, de ce modèle théorique et d'un certain nombre d'informations complémentaires relatives aux conditions d'acquisition des images, la répartition des doses accumulées dans les différentes parties du patient. Un tel modèle théorique est par exemple du type de celui décrit dans les nombreux travaux récents utilisant le logiciel Geant4 pour modéliser et simuler l'interaction de photons avec la matière, comme par exemple : « Performance of GEANT4 in dosimetry applications: Calculation of X-ray spectra and kerma-to-dose equivalent conversion coefficients ; Caria C. Guimaraes , Mauricio Moralles, Emico Okuno ; Radiation Measurements 43 (2008) 1525-1531 ». Les paramètres pris en compte, quant à eux, et appliqués à ce modèle sont par exemple : - les caractéristiques de l'émission (voltage en kV, intensité en mA), - les propriétés du tube d'émission, - la taille du foyer d'émission, - les propriétés propres au corps du sujet considéré, notamment les densités et les propriétés différentes des différents organes et du squelette du sujet. On notera ici que cette étape ne nécessite pas d'instruments de capture supplémentaires, ce qui permet de conserver un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé ayant une structure sensiblement similaire à celle d'un dispositif d'imagerie conventionnel, à l'exception des moyens de calcul. Plusieurs niveaux de précision peuvent être obtenus, par exemple en ne prenant en compte que ce qui est absorbé, ou en prenant également en compte la diffusion des rayons X. Dans une étape 40, le calculateur 140 commande l'affichage de la cartographie 3D des doses cumulées ainsi obtenues, typiquement en présentant une image 3D avec des gradations de couleurs correspondant à différents niveaux de doses cumulées de rayonnement. Cette détermination de la répartition de la dose de rayons X dans le corps du sujet peut être exploitée de plusieurs manières. Elle peut par exemple être utilisée afin de vérifier suite à l'exposition du sujet que cette exposition a été réalisée de manière sûre pour le sujet, en n'exposant pas de manière excessive certaines parties de son corps. Elle peut également être utilisée afin de déterminer quelles sont les meilleures directions d'exposition à utiliser pour des expositions ultérieures, afin de ne pas exposer certaines parties du corps du sujet à une dose excessive de rayonnement. La modélisation peut être mise à jour à chaque nouvelle image 2D acquise. On recalcule alors éventuellement la répartition de la dose accumulée.35 Autres exemples de mise en oeuvre Comme on l'aura compris, on s'est placé ici dans le cas où les images traitées pour déterminer la modélisation 3D et notamment la première modélisation 3D sont des images 2D acquises lors d'une intervention. Bien entendu, en variante, on peut également envisager d'utiliser pour le traitement de modélisation identifiant différents éléments ou organes du corps du patient une image 3D acquise préalablement à une intervention, par exemple par tomographie CT ou IRM. Un traitement pour le calage des images acquises ultérieurement par rapport à l'image 3D initiale est alors bien entendu nécessaire. Par ailleurs, comme l'illustre l'exemple de la figure 3, il est possible de prévoir une étape supplémentaire d'optimisation 50, qui consiste en la détermination des directions d'expositions les plus adaptées afin de ne pas exposer certaines zones du corps du sujet à une dose de rayons X trop élevée. De la même manière que l'étape de détermination 30 décrite précédemment, l'étape d'optimisation 50 prend en compte de nombreux paramètres, parmi lesquels on peut citer : - les caractéristiques des rayons X que l'on souhaite émettre, - les propriétés du tube d'émission de rayons X, - la taille du foyer d'émission, - les propriétés du corps du sujet, notamment les densités et les propriétés différentes des différents organes et du squelette du sujet. De plus, cette étape d'optimisation 50 prend en compte les régions d'intérêt du sujet, c'est-à-dire les régions dont une modélisation précise est souhaitée, typiquement un organe interne ou une partie du corps dans le cas de l'imagerie médicale. Ces régions d'intérêt sont soit déterminées automatiquement en fonction des rayons X émis lors de la première étape d'application 10, par exemple en déterminant la ou les intersections des faisceaux de rayons X émis lors de cette première étape d'application 10, ou bien sont désignées par un opérateur, typiquement sur un dispositif de commande d'un dispositif émetteur de rayons X. L'étape d'optimisation va ainsi déterminer quelles sont les directions les plus adaptées pour répartir d'une manière sensiblement uniforme ou homogène la dose de radiation sur les différentes zones du corps du sujet, tout en obtenant une modélisation précise des régions d'intérêt. Cette étape d'optimisation peut être utilisée de manière à automatiser un dispositif d'émission de rayons X. En imagerie des artères coronaires par exemple, un tout petit nombre d'angulations permet au système de déterminer un ensemble de positions dans l'espace dans lequel doit se positionner l'arceau pour que les effets visuels de rétrécissement projectif des artères soient minimisés. C'est ce que permet notamment le système « Computer-assisted positioning - Compas » de GE Healthcare, par ailleurs décrit dans l'article « Optimizing coronary angiographic views ; G Finet, J Liénard ; The International Journal of Cardiac Imaging ; Volume 11, Supplement 1 / March, 1995 »). Sur ce principe, le calculateur 140 détermine et affiche à l'écran la dose atteinte dans cet ensemble de vues. Il sélectionne également une vue proposée pour les prochaines angulations en respectant : - l'ensemble d'angulations d'intérêt identifiée par une procédure du type compas, - en interdisant de cumuler une certaine dose maximale sur une partie de l'anatomie donnée, - en recherchant une angulation proche de l'angulation actuelle de travail. Une étape de validation par un opérateur peut être ajoutée préalablement à chaque émission, de manière à ce que le procédé d'exposition demeure sous la supervision d'une personne qualifiée. On notera également qu'avec les différentes informations données au calculateur 140 sur les différentes émissions de rayonnement intervenues, il est également possible à celui-ci de calculer une estimation des diffusions de rayonnement à l'extérieur du patient, par exemple dans la salle d'intervention et d'afficher une représentation de cette information (cartographie de la pièce) à destination des praticiens et intervenants dans la salle. La figure 4 illustre une autre variante du procédé dans laquelle l'étape d'optimisation 50 est remplacée par une étape de simulation 60 qui indique à un opérateur du dispositif quelle serait la répartition de la dose de rayons X dans le corps du sujet si celui-ci est soumis à une exposition selon des conditions données, par exemple selon une direction donnée. A titre d'exemple d'utilisation de cette variante, on peut citer le cas où, suite aux trois premières étapes 10, 20 et 30, l'opérateur du dispositif va lui-même déplacer le système d'émission de rayons X afin de l'orienter selon une direction donnée, et le dispositif va alors lui indiquer quelles seraient les conséquences pour le sujet d'une telle exposition, ou plus précisément quelle serait la répartition de la dose de rayons X dans le corps du sujet suite à une exposition selon cette direction donnée. Ces étapes d'optimisation 50 et de simulation 60 peuvent toutes deux être mises en oeuvre par un calculateur, pouvant être identique ou distinct de celui ou ceux employé(s) pour la mise en oeuvre des étapes de modélisation du sujet et de détermination de la répartition de la dose de rayons X dans le corps du sujet. De la même manière, ce calculateur peut être associé à des moyens d'affichage, permettant par exemple d'illustrer les directions définies dans le cas de l'optimisation, ou la répartition de la dose de rayons X dans le corps du sujet dans le cas de la simulation, de manière à ce qu'un opérateur réalise ensuite par lui-même l'exposition du sujet aux rayons X. REVENDICATIONS1. Procédé de suivi de la dose de rayonnement accumulée par un corps ou une partie d'un corps faisant l'objet ou ayant fait l'objet d'une exposition (10) à des rayonnements lors de l'acquisition d'au moins une image(s) radiologique(s) dans lequel : - on traite (20) la (ou les) image(s) ainsi acquise(s) pour déterminer une modélisation 3D du corps ou de la partie du corps, cette modélisation identifiant dans une image 3D reconstituée différents éléments du corps ou de la partie de corps imagé, - on calcule (30) en fonction ^ de cette modélisation 3D dans laquelle peuvent être identifiés différents éléments du corps ou de la partie de corps, ^ d'un modèle théorique des interactions entre matière et rayonnement, que l'on applique à cette modélisation 3D, ^ de paramètres caractéristiques de l'émission de rayonnement réalisée lors de l'acquisition de ces images, et mémorisés lors de l'acquisition des images, une répartition de la dose de rayonnement accumulée dans ledit corps ou dans la partie dudit corps qui a fait l'objet de cette acquisition d'images. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que préalablement à une nouvelle acquisition, il comprend en outre une étape selon laquelle on détermine une simulation (60) de la dose de répartition accumulée pour différentes conditions d'acquisition de nouvelles images, afin de sélectionner au moins une condition d'acquisition de nouvelles images optimisée. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on détermine une simulation (60) de la dose de répartition accumulée pour différentes directions d'émission de rayonnement. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la modélisation 3D est mise à jour à chaque nouvelle image acquise.35 10 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on recalcule également la répartition de la dose accumulée. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les images traitées pour déterminer la modélisation 3D ou une première modélisation 3D sont des images 2D acquises lors d'une intervention. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins une image traitée pour déterminer la modélisation 3D ou une première modélisation 3D est une image 3D acquise préalablement à une intervention. 8. Procédé selon les revendications 4 et 7 prises en combinaison, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre un traitement de calage sur l'image 3D préalablement acquise des images acquises postérieurement. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on affiche (40) une représentation 3D de la répartition de la dose de rayonnement accumulée dans ledit corps ou dans la partie dudit corps qui a fait l'objet de cette acquisition d'images. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on calcule également une estimation des diffusions de rayonnement à l'extérieur du patient et on en affiche une représentation. 11. Programme d'ordinateur comportant des instructions de code aptes à mettre en oeuvre un procédé selon l'une des revendications précédentes, lorsque ledit programme est lu par un ordinateur. 30 12. Produit programme d'ordinateur comportant des instructions de code mémorisées sur un support apte à être lu par un ordinateur et comportant des moyens aptes à mettre en oeuvre les différentes étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 10, lorsque ledit programme est lu par un ordinateur. 35 13. Système d'imagerie médicale comportant : - une table (100), - un dispositif d'émission (120) de rayonnement et un dispositif d'acquisition (121) en regard, disposés sur un même support mobile (130) par rapport à 5 cette table (100), - un calculateur (140) comportant des moyens programmés pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 10. 10