Développement d’un outil d’optimisation de la dose aux organes en fonction de la qualité image pour l’imagerie scanographique

Ces dernieres annees, la multiplication du nombre d’actes d’imagerie scanographique a eu pour consequence l’augmentation de la dose collective due aux examens d’imagerie medicale. La dose au patient en imagerie scanographique est donc devenue un enjeu de sante publique majeur impliquant l’optimisation des protocoles d’examen, ces derniers devant tenir compte de la qualite image, indispensable aux radiologues pour poser leur diagnostic. En pratique clinique, l’optimisation est realisee a partir d’indicateurs empiriques ne donnant pas acces a la dose aux organes et la qualite image est mesuree sur des fantomes specifiques, tel que le fantome CATPHAN®. Sans aucune information sur la dose aux organes et aucun outil pour prendre en compte l’avis du praticien, il est difficile d’optimiser correctement les protocoles. Le but de ce travail de these est de developper un outil qui permettra l’optimisation de la dose au patient tout en preservant la qualite image necessaire au diagnostic. Ce travail est scinde en deux parties : (i) le developpement d’un simulateur de dose Monte Carlo (MC) a partir du code PENELOPE, et (ii) l’estimation d’un critere de qualite image objectif. Dans ce but, le scanner GE VCT Lightspeed 64 a ete modelise a partir des informations fournies dans la note technique du constructeur et en adaptant la methode proposee par Turner et al (Med. Phys. 36:2154-2164). Les mouvements axial et helicoidal du tube ont ete implementes dans l’outil MC. Pour ameliorer l’efficacite de la simulation, les techniques de reduction de variance dites de splitting circulaire et longitudinal ont ete utilisees. Ces deux reductions de variances permettent de reproduire le mouvement uniforme du tube le long de l’axe du scanner de maniere discrete. La validation experimentale de l’outil MC a ete realisee dans un premier temps en conditions homogenes avec un fantome fabrique au laboratoire et le fantome CTDI, habituellement utilise en routine clinique pour les controles qualite. Puis, la distribution de la dose absorbee dans le fantome anthropomorphe CIRS ATOM, a ete mesuree avec des detecteurs OSL et des films Gafchromic® XR-QA2. Ensuite, la dose aux organes a ete simulee pour differentes acquisitions dans le fantome femme de la CIPR 110 afin de creer une base de donnees utilisable en clinique. En parallele, la qualite image a ete etudiee en utilisant le fantome CATPHAN® 600. A partir du module CTP 404, le rapport signal sur bruit (SNR pour signal to noise ratio) a ete calcule en utilisant le modele developpe par Rose (J. Opt. Soc. Am. A 16:633-645). Un grand nombre d’images, correspondant a differents parametres d’acquisition et de reconstruction, ont ete analysees afin d’etudier les variations du SNR. Les acquisitions avec un SNR proche du critere de Rose ont ete selectionnees pour permettre des nouvelles acquisitions avec un fantome preclinique contenant des petites structures suspectes en PMMA de differents diametres. Ces images ont ete analysees par deux radiologues experimentes. Sur chaque image, ils devaient determiner si une anomalie etait presente ou non et indiquer leur niveau de confiance sur leur choix. Deux courbes ROC ont ainsi ete obtenues : une pour les anomalies dites « detectables » par le critere de Rose (SNR > 5), et une pour les anomalies dites « non-detectables ». L’analyse des courbes montre que les deux radiologues detectent plus facilement les lesions suspectes lorsque que le critere de Rose est satisfait, demontrant le potentiel du modele de Rose dans l’evaluation de la qualite image pour les tâches cliniques de detection. En conclusion, a partir des parametres d’acquisition, la dose aux organes a ete correlee a des valeurs de SNR. Les premiers resultats prouvent qu’il est possible d’optimiser les protocoles en utilisant la dose aux organes et le critere de Rose, avec une reduction de la dose pouvant aller jusqu’a un facteur 6.