L’ajustement des Kv et des Mas dans l’application du principe ALARA en

pratique quotidienne de scannographie

JG Mozziconacci, J Ayivi , M Mourbrun, L Allainmat, P Omoumi

service d’imagerie Centre Hospitalier J Cœur de Bourges

adresse: 145 av F Mitterrand 18016 Bourges Cedexmail : jean-gabriel.mozziconacci@ch-bourges.fr

Abréviations utilisées

• CDTIw:(IDSP) indice de dose

scanographique pondéré au volume en mGy

• PDL : produit dose longueur en mGy*cm

• D eff: dose efficace exprimée en mSv

• mA: valeur maximum de la charge

• kV pic du kilovoltage appliqué au tube

• ALARA: As low as resonably achievable

Problématique 1:

du scanner en général• Les scanners représentent 15% des examens médicaux avec les Rx

mais délivrent 2/3 de la dose médicale et 1/3 de la dose « population »

• La Multiplication du nombre d’examens par scanner par 10 en 20 ans

passant de 3 millions d’examens par an aux USA en1980 à 33 millions en 1998 dont 2,3 millions chez des enfants!) ( 4)

• L’extension de la surface balayée et surtout la multiplication des séries(sans puis avec injection, au temps artériel puis veineux )soit 3voire 4 passages

• L’utilisation généralisée de coupes fines pour les reconstructions volumiques ( 1,25 voire 0,6 mm ) et parfois d’un chevauchement de 50%.

• La répétition des examens dans les suivis des pathologies graves:

( cancérologie, traumatologie, pathologie infectieuse ou inflammatoire)

• La dissociation partielle dose/ qualité du fait de la grande tolérance de l’imagerie numérique et du réglage a posteriori du fenêtrage.

Problématique 2:

de l’imagerie médicale• La finalité d’un examen d’imagerie médicale , est d’obtenir

l’image informative qui va permettre le diagnostic et non la

belle image dépourvue d’artéfacts (bruit)

• Importance en radiologie du principe ALARA: as low as

reasonably achievable.

• Et d’autant que l’on s’adresse à l’enfant car aspect

cumulatif de la dose reçue.

• La connaissance de la dose délivrée est une obligation

réglementaire (arr 12 fev2005 et art 1333 du Code de la

santé publique)

• Il existe de multiples techniques de réduction de la dose

– Filtration du rayonnement

– Collimation primaire et secondaire

– Augmentation de la sensibilité des récepteurs

– Utilisation de faisceaux de tensions ( kV) différentes

– Algorithme de réduction du bruit

• Mais peu de possibilités de réglage sont disponibles en pratique et seules sont accessibles au technicien:

– L’optimisation du pic de la tension(kV)en fonction du poids

– La régulation de la charge (mAs) en fonction de l’épaisseur.

Problématique 3:

de l’optimisation

Problématique 4:

du réglage de l’appareil• Les examens sont protocolés et optimisés en fonction de la

machine par le constructeur à la mise en service .

• Le réglage des constantes pour chaque patient concerne

– Le kilovoltage: en fonction du poids(120,100 ou 80 Kv)

– La charge maximum: mA et donc mAs

– L’épaisseur et l’espace entre les coupes d’où le pitch

– La longueur de la zone d’acquisition qui est fonction de l’indication et des renseignements attendus de l’examen.

– Le nombre d’acquisitions à réaliser sur la même zone anatomique en fonction du passage du produit de contraste

– Le bruit moyen: « reference noise index » choisi en fonction de la qualité nécessaire pour la région étudiée.

Problématique 5:

de l’ajustement de la charge

L’ajustement de la charge (mA.s) en fonction de la qualité ( bruit) peut donc être réguléautomatiquement par un logiciel (AEC:automatic exposure control)

– Soit de façon angulaire (x-y) :en fonction de l’épaisseur très variable le long de la circonférence

– Soit de façon linéaire (z) : en fonction de l’épaisseur ( en particulier antéropostérieure)

Principe de la régulation angulaire (x-y):en fonction de l’épaisseur très variable le long de la

circonférence

L’épaisseur variant de façon notable entre le diamètre

antéro-postérieur et transverse , la charge peut être régulée

soit de façon sinusoidale , soit en temps réel en fonction de

l’atténuation mesurée au tour précédent de l’hélice

Principe de la régulation linéaire (z) :en

fonction de l’épaisseur très variable le long du tronc

Atténuation selon les deux axes

But de notre travail

Montrer ce qui peut être fait quotidiennement pour appliquer le principe ALARA en scanographie en fonction de la morphologie du patient dans la pratique courante d’un service hospitalier non universitaire : en appliquant l’obligation réglementaire de contrôle de la qualité et du relevé des doses utilisées.

Conditions de l’étude

Le relevé des données de 600 séquences scanographiques) sur 6 mois (5% des actes réalisés ) ,a été pratiqué dans les conditions de routine d’un service hospitalier de CHG et avait pour but avant tout d’obtenir un reflet de ce qui est réalisé afin d’alimenter une démarche d’amélioration de la qualité parallèlement et concomitante avec la démarche d’optimisation de la dose délivrée: principe ALARA.

Matériel et Méthodes 1

Nous avons utilisé des possibilités techniques du scanner GE Lightspeed 16 barettes installé en 2004 et comportant la régulation automatique de la charge avec ajustement des mAs , puis complétépar un abaissement des Kv pour les sujets de faible poids.

Nous avons relevé au cours des examens de façon prospective des constantes : Cdti, PDL, Kv, mAs max, durée de l’hélice, poids et taille du sujet,

Matériel et Méthodes 2

On notait aussi parfois au décours de l’examen, les paramètres que la machine aurait utilisés dans le cadre de la pré-programmation et dans certains cas, l’effet sur le CTDI et le PDL des ajustements possibles en fonction de la morphologie (variation des Kv ou des mAs max),en sachant qu’elle régule les mAs effectifs.

Matériel et Méthodes 3

Le recueil des valeurs a été rendu difficile par le caractère labile des données, qui sont affichées brièvement à l’écran, lors de la programmation des séquences mais ne sont pas archivées, faute de champs Dicom définis .

Elles s’effacent donc lors le fin de l’examen, ne permettant pas des relevés a posteriori.

Le relevé manuscrit doit être immédiat puis retranscrit dans le tableur Excel pour l’analyse.

Résultats de l’étude

• Tableau de la population étudiée• Répartition des examens retenus dans l’étude• Relevé des constantes utilisées en pratique • Variation de l’indice de bruit choisi a priori• Variation du CDTI en fonction de la corpulence• Appréciation de la dose efficace résultante.• Augmentation du PDL en fonction du nombre

d’hélices réalisées successivement.• Adaptation de la technique aux cas particuliers

en fonction de la morphologie.

population étudiée

360 Hommes 62.6 ans 13 à 97 ans60% 74.9kg 41 à 132kg

1.71m 1.53 à 1.96m

240 Femmes 61ans 4 à 99 ans40% 65 kg 15 à 120 kg

1.60 m 1m à 1.78

3enfants de moins de 15 ans soit 0.5%

Répartition de imc nombre soit en %maigres <18.5 57 11.5%normaux 18.5 à 25 250 50%surpoids >25 88 18%obèses >30 90 18%gd obèses >40 10 2%

Répartition de la population étudiée en fonction del 'indice de masse corporelle

57

250

88

90 10maigres

normaux

surpoids

obèses

gd obèses

retour

Répartition des examens retenus pour notre étude

• Sur 600 relevés: 502 sont exploitables car 98 concernent des examens divers ,essentiellement osseux ,en nombre trop faible pour être significatifs

• La répartition des séries étudiées est la suivante:

répartition anatomique des hélices étudiées

thorax seul14%

thorax foie27%

abdo seul15%

abdopelvis35%

thoraxabdopelv9%

retour

La technique utilisée

• La grande majorité des examens a été réalisée avec les constantes suivantes:

• 120 kV , 350 ou 330 mA ,0.6 ou 0.7s et une épaisseur de 1.25 mm avec un indice de bruit de 19.3 ou de 21.45, pour un pitchde 1,75

• Il existe des variations tant pour le thorax que pour l’abdomen dont l’analyse est nécessaire pour faire la part de ce qui revient à une adaptation volontaire des constantes en fonction de la morphologie (souhaitable) et des variations aléatoires de pratique d’une équipe de techniciens à l’autre ( qui n’a pas lieu d’être).

Relevé des constantes utilisées

paramètres utilisés tension du tube charge indice de bruit temps de rotation épaisseur région anatomique 12OKV 350mA 330mA 19.3 21.45 0.6s 0.7s 1.25mm

% des examens réalisés avec les constantes du protocole habituel du service68 ex du thorax seul 93% 51% 3% 1% 43% 12% 88% 100%

138 ex du thorax et foie 94% 9% 44% 44% 46% 69% 29% 97%

75 ex du foie ou du rein 91% 65% 24% 20% 69% 29% 72% 100%

178 ex de l'abdo-pelvis 92% 63% 26% 23% 63% 34% 66% 98%

46 ex thoraxabdopelvis 96% 13% 54% 70% 17% 87% 13% 98%

Analyse de l’homogénéité de la

technique utilisée 1Ct tension charge indice de bruittemps de rot épaisseur

12OKV 350mA/330ma19.3 ou 21.45 0.6s ou 0.7s 1.25mmrégion anat68 thorax s 93% 54% 44% 100% 100%

138 thorax 94% 53% 89% 98% 97%

75 foie ou re 91% 89% 89% 100% 100%

178 abdo pe 92% 90% 86% 99% 98%

46 thoraxab 96% 67% 87% 100% 98%

On note une grande homogénéité en ce qui concerne les Kv, la

durée de l’hélice et l’épaisseur de coupe, correspondant à

l’utilisation large de la pré-programmation mais il existe une

hétérogénéité en ce qui concerne la charge maximale et surtout

l’indice de bruit , qui ne semble pas répondre uniquement au

désir d’ajustement avec le poids

Analyse de l’homogénéité de la

technique utilisée 2L’homogénéité apparente doit néanmoins être discutée:

La tension devrait être adaptée en fonction du poids.

La charge est uniquement la charge maximum mais ne correspond pas à la

charge effective, qui est variable d’une coupe à l’autre (affichée sur l’image) et

surtout la charge moyenne effective,qui n’est pas disponible

Le choix entre une durée de rotation de 0.6 ou 0.7s est fixé par la pré-

programmation des séquences sans raison explicite sur ce choix technique.

L’épaisseur de coupe est conditionnée par la reconstruction systématique en

3D pour l’analyse des images sauf cas particulier .

L’utilisation d’un indice de bruit variable devrait reposer sur une logique de

choix de la qualité de l’image et une étude de la qualité mais qui n’existe pas

actuellement : il faut surtout noter une discordance avec les chiffres donnés par

Mannudeep dans son étude (3). C’est le facteur essentiel de réduction de la

dose accessible en pratique. retour

Variation de l’indice de bruit

région anatomique thorax seul thorax-foie abdo sup abdopelvis thorax-abdo-pelvisNombre d'examens 68 135 75 178 46indice de bruit utilisé

FIXE 3 2 8 510.72 33 3 212.45 3 7 113.65 217.4 219.3 1 61 15 41 3220.72 1 21.45 29 63 52 112 823.14 2 1 227.5 1 4 2 335.56 1

Si l’indice 21,45 est le plus utilisé (53% des cas) puis l’indice 19,3 (30%), il n’y a pas de logique interne au service pour expliquer la dispersion avec l’utilisation d’un autre indice dans 20% des cas

retour

Valeurs du CTDI et du PDL

Le CDTIw donnant la dose par coupe est peu variable selon la région mais présente de grandes variations selon les sujets .

Le PDL est le reflet du nombre de coupes et donc de la longueur de l’hélice réalisée fonction de la région anatomique étudiée

région anatomique thorax seul thorax-foie abdo sup abdopelvis thorax-abdo-pelvisNombre d'examens 68 135 75 178 46

nombre de coupes 386 619 363 665 948limites (230 à 653) (83 à 863) ( 50 à 733) ( 169 à 927) (628 à 1426)

CDTI 14.84 15 13.8 14.2 13.3 limites (6.5 à 24.6) (4.84 à 21.1) (4 à 26.21) ( 4 à 27.8) (5.14à 17.76)

PDL 384 490 343 616 785limites (251 à 641) (52 à 911) (97 à 1641) (97 à 1641) (214 à 12.18)

L’analyse des CDTI classement des ctdi en fonction de la

morphologie

0

5

10

15

20

25

30th

orax

thor

ax f

oie

abdo

abdo

pelv

tap

thor

ax

thor

ax f

oie

abdo

abdo

pelv

tap

thor

ax

thor

ax f

oie

abdo

abdo

pelv

tap

ctdi

max

min

moyenne

<-- maigre --> <----- normal ------> <--- obèse ---->

Cette présentation graphique montre une augmentation de la dose par coupe en fonction de la morphologie mais avec une importante divergence des valeurs retour

Appréciation de la dose efficace

Les valeurs tant en ce qui concerne le CDTIw que le PDS, restent bien en dessous des Niveaux de référence (NDR) mais la dose efficace croit avec l’étendue de l’hélice et donc de sa durée

region et sexe nb ex durée longueur mAs max CDTIw PDL Dose eff NDR CDTI NDR PDLen s en cm en mAs en mGy en mGy*c mSv en mGy en mGy,cm

pour mémoire thorax femme 29 6,7 22 236 15,75 373 6,9 20 500(coef conc 0.020)thorax homme 39 7,1 27,5 223 14,2 396 6,6 20 500(coef conc 0.017)thorax foie fem 45 8,6 34 201 11,75 452 9 20 500+650(coef conc 0.020) thorax foie hom 90 9,4 37,6 200 12,3 509 8,7 20 500+650(coef conc 0.017)abdo femme 33 5,8 21,4 229 12,6 287 4,4 25 650(coef conc 0.015) abdo homme 44 6,2 22,5 232 14,7 384 5,4 25 650(coef conc 0.015) abdopelv fem 84 10,4 39 227 13,5 577 8,9 25 650+450(coef conc 0.015)abdopelv hom 94 10,7 40,4 225 14,8 657 10,5 25 650+450(coef conc 0.015)tap femme 18 12,6 54,6 207 12 703 11,7 25 500+1100(coef conc 0.017) tap homme 28 14,4 59,3 212 14 839 14 25 500+1100(coef conc 0.017)

retour

Variation du PDL en fonction du

nombre d’hélices

cas particulier: examen à 140kvRachis Lombaire 17

PDL moyenne 2333minimum 1695

maximum 3420

Importance de la dose exprimée en PDL en fonction du nombre d'hélicesexamens autres que les 17 rachis lombaires

Nombre d'hélices 1 2 3 4 5nombre d'examens 265 78 31 32 2

PDL moyenne 661 1117 1571 1700 2144minimum 150 370 582 752 1939

maximum 3264 2043 4867 2750 2350

Les examens comprenant des hélices multiples sont essentiellement des abdomens (foie ou rein) , répétés sans puis avec injection,au temps artériel et veineux et balayage abdomino-pelvien tardif

Augmentation du PDL en fonction

du nombre d’hélices par région Valeurs de la PDL exprimant la dose en fonction du nombre d'hélicesNombre d'hélices 1 2 3 4

THORAX 58 1 0 0PDL moyenne 385 780

minimum 251maximum 641

THORAX FOIE 64 46 4 4PDL moyenne 476 1022 1534 1314

minimum 150 370 1350 1007maximum 681 1893 1743 1800

ABDO 2 5 18 2PDL moyenne 746 1058 1304 1762

minimum 540 690 582 752maximum 953 1312 1972 2750

ABDO PELV 38 13 7 2PDL moyenne 686 1019 1622 2236

minimum 350 390 1161 2223maximum 1228 1461 2060 2250

TAP 38 2 1PDL moyenne 686 1297 4867

minimum 350 1150maximum 1228 1445

retour

Adaptation de la techniqueEn pratique , dans notre expérience sur 600 examens : seuls 37 examens ( soit 6 % ) ont bénéficié d’une modification des constantes

6 diminutions de 120 à 80 kV car poids était inférieur à 50kg

18 diminutions de 120 à 100kV : poids entre 50 à 75 kg

13 augmentations de 120 à 140kV : poids allant de 78 à 132kg

37 examens osseux ont été réalisés de principe à 140kV

Donc 83 % des examens ont été réalisés à 120KV mais un certain nombre aurait pu être fait à 80kV

Compte tenu des 11,5% de « maigres » et surtout des 20% « d’obèses » marqués (imc> 30 ),il serait logique d’observer beaucoup plus d’examens avec un ajustement des kV en moins ou en plus.

Adaptation de la technique

La moitié des examens peut en théorie bénéficier d’un ajustement des constantes (kV) et l’autre moitié de la régulation des mAs, dont l'efficience vient compléter le gain obtenu par l’ajustement des kV

Répartition des patients

maigres12%

normaux50%

surpoids18%

obèses18%

gd obèses2%

diminution des Kv possible et régulation des mAs

Augmentatioin des constantes à 140kv souvent nécessaire

Augmentation des Kv nécessaire à 140kv

Intérêt de la régulation automatique des

mAs en fonction de l'indice de bruit

retour

EXEMPLE PRATIQUE: intérêt

d’abaisser les KV

• Femme 77 ans : Bilan d ’un cancer de l’utérus

• 44 kg et 1,60 m masse corporelle:17 kg/m²

tension(Kv) charge(mAs) index cdti pdl economiede base 120 330 19.3 10.97 395regulation mAs 100 330 19.3 7.76 282 28%regulation mAs 80 330 19.3 4.26 154 61%

EXEMPLE PRATIQUE: intérêt

de modifier l’indice de bruit

• Femme 81 ans : suspicion d’embolie

pulmonaire 56 kg et 1, 62 m•

tension(Kv) charge(mAs) index cdti pdl economiede base 120 375 FIXE 17.66 401regulation mAs 120 350 10.72 16.48 361 10,00%regulation mAs 120 350 21.45 9.41 213 40%

EXEMPLE PRATIQUE

• Femme de 59 ans :traitée pour LMNH

• 47 kg et 1,55 m examen thorax-abdo-pelvis

tension(Kv) charge(mAs) index cdti pdl économievaleurs de base 120 400 fixe 16,15 1002regulation mAs 120 330 19.3 11.68 725 27%ajustement Kv 100 400 fixe 972 603 39%regulation mAs 100 330 19.3 7.85 487 51%ajust et regulation 80 330 19.3 4.24 266 73%

EXEMPLE PRATIQUE

• Homme de 32 ans : suspicion d’embolie

pulmonaire 62 kg et 1, 78 m examen Thorax

tension(Kv) charge(mAs) index cdti pdl économievaleurs de base 120 350 fixe 16.48 597regulation mAs 120 350 10.72 16.17 546 8,50%regulation mAs 120 350 21.45 7.14 250 58%ajustement Kv 100 350 fixe 9.93 3356 43%ajust et regul 100 350 21.45 6.47 217 63%

EXEMPLE PRATIQUE: inefficacité de la régulation dans certains cas

• Homme de 58 ans : bilan tabagisme

• 72 kg et 1, 60 m examen thorax seultension(Kv) charge(mAs) index cdti pdl économie

valeurs de base 120 305 fixe 14.36 421regulation mAs 120 300 21.45 14.13 414 2%

En fait, il aurait fallu fixer des mAs faibles (50mAs) pour

réaliser cet examen en technique dite de dépistage, compte

tenu de la morphologie normale du sujet, qui présente un

indice de masse corporelle à 28 kg/m² avec une qualité, qui

reste satisfaisante dans ce contexte particulier du dépistage.

Limites de l’étude • Le manque d’homogénéité constaté dans les pratiques : en

particulier sur le choix de l’indice de bruit ( variant de 10.7 à35.5 sans logique bien définie sauf la pré-programmation) est àla fois un résultat de l’audit et une entrave à l’analyse de l’efficacité de la régulation automatique des mAs.

• L’absence de recueil systématique des données hors régulation des mAs (avec des mAs fixes) ,en permet pas de bien apprécier l’efficacité de la régulation automatique.

• L’absence de correction systématique des kV en fonction du poids ou de l’indice de masse corporelle avant d’appliquer la régulation des mAs, augmente artificiellement l’effet de la régulation des mAs.

• Surtout la limitation du recueil des données correspondant à un seul opérateur mais,qui est probablement représentatif et un facteur de biais possible .

Recommandations proposées

• Homogénéisation de la technique (et en particulier le choix de l’indice de bruit et le réglage des kV)

• Le contrôle de l’étendue des hélices en hauteur.

• La justification dans le CR des hélices multiples • Intérêt d’un passage sans injection (calcifications)

• Intérêt de la dynamique de la prise de contraste

• Intérêt de l’étude tardive (sécrétion)

• Intérêt des acquisitions positionnelles (expiration ouprocubitus)

• L’adaptation en fonction du poids:Kv /mA max

• Utilisation des programmes« low dose »:dépistage

CONCLUSION

Le réglage de paramètres ne doit pas se contenter de la position, de l’étendue de l’hélice, du FOV, et de l’épaisseur des coupes et du pitch, mais porter surtout sur l’ajustement des constantes en fonction de la morphologie. Le mécanisme de régulation de la dose repose avant tout sur la régulation des mAs selon l’axe Z en fonction d’une qualité souhaitée exprimée par l’indice de bruit, d’où une valeur de mAs effective, variable tout le long de l’acquisition , mais aussi une régulation des Kv nécessaire à l’obtention d’une image informative en fonction du poids du patient ; Le relevé de ces données est nécessaire pour apprécier la qualité des pratiques du service rendu.

CONCLUSION 2

Utilisation des possibilités techniques du scanner GE lightspeed 16 barettes :la régulation automatique avec ajustement des mAs permet une réduction des doses d’autant plus marquée que le sujet est de faible poids , puis l’abaissement des Kv pour les sujets de très faible poids permet d’accentuer cette économie de dose effective

BIBLIOGRAPHIE

• CT dose reduction and dose management tools :overview of available options .C Mc Cullough,MR Bruessewiz,J M Koffer.Radiographics, education exhibit.2006,26,503-512

• Individually adaptated examination protocols for reduction of radiationexposure for 16 MDCT chest examinations . M Das,AH Mahnken,GMuhlenbruch,A Stargardt,C Weiss, D Alexender Sennst, ThomasG Flohr, R WGunther, J E Wilderger. AJR 2005,184,1437-1443.

• Chest CT performed with Z axis madulation : scanning protocol and radiation dose.MK Kalra,S Rizzo,MM Maher,E F Halpern, T L Toth,J O Shepard,S LAquino. Radiology 2005,237:303-308.

• Use of an automatic exposure controle mechanism for dose optimisation inmultidetector row ct examinations : clinical evaluation . T H Mulkens,PBellinck,M Baeyaert,D Ghysen, X van Dijck, Elvier Mussens,C venstermans, J L Termote. Radiology. 2005,237,213-223

• Radioprotection en milieu médical.YS Cordoliani,H Foehrenbach,Masson2005