TDM helicoïdale matricielle de l'abdomen : adaptation des paramètres à la morphologie des patients pour une irradiation minimale

S Chouzet (1), P Gayard (2), JL Procaccini (3), L Boyer (2), JF Viallet (2), V Corre (3)
(1) Centre République - Clermont Ferrand, (2) CHU- Clermont Ferrand, (3) GEMS - Buc
Juillet 2001

On assiste actuellement à une forte réflexion par rapport à la dosimétrie.
La dernière directive 97/43 Euratom relative " à la protection sanitaire des personnes contre les dangers des rayonnements ionisants lors d'exposition à des fins médicales " impose la justification des actes et l'optimisation des expositions. Une telle réflexion a été engagée lors de l'installation en Juin 1999 à l'Hôtel Dieu de Clermont-Ferrand du premier scanner matriciel .
Nous avons ainsi mis en place une étude visant à optimiser les paramètres d 'acquisitions d'examens TDM abdominauxafin de diminuer l'irradiation du patient en fonction de sa morphologie tout en conservant une qualité image satisfaisante.
Cette étude s'inscrit dans un contexte technologique : celui de l'installation de deux (LSA) au CHRU de Clermont Ferrand . Le LSA a été le premier Scanner Matriciel installé en France. Alors que les premières publications reprochaient à cette génération de scanners des irradiations importantes, l'idée de l'Equipe médicale du CHU - HOTEL DIEU de Clermont Ferrand a été d'optimiser la dose délivrée au patient, ceci s'intégrant également dans le projet de la Loi Euratom.

possédait outils et moyens adaptés, grâce à la méthodologie rigoureuse de . Ce travail allait nécessiter un investissement bilatéral entre et l'Equipe médicale, investissement humain et financier, sans lequel rien n'aurait été possible.

La méthodologie Six Sigma, DMAIC (Define, Measure, Analyse, Improve, Control) intègre des outils statistiques puissants. C'est un procédé rigoureux d'amélioration de processus, orienté vers les patients, les utilisateurs et les médecins. Ce procédé permet de Définir le problème dans un premier temps, ainsi que les objectifs à atteindre. Dans un second temps, il permet la Mesure (Comment quantifier le problème, quelle mesure peut-on associer au phénomène ?), puis l'Analyse dans un troisième temps (Quels sont les facteurs influençant le défaut ?). Ensuite, des Améliorations (Improve) peuvent être mises en oeuvre (Quelles solutions pouvons-nous apporter ?) et enfin il Contrôle la validité des résultats (Comment assurer la pérennité des solutions ?).

Le recueil des données a été effectué par 487 mesures prospectives recueillies chez 334 patients devant bénéficier d'un scanner abdominal ou abdomino-pelvien.

1 - Tout d'abord : Quel est le problème ? Quels objectifs nous fixons-nous d'atteindre ?

L'irradiation des patients n'étant pas optimisée, l'idée de base était de limiter la dose délivrée au patient, en fonction de sa morphologie, tout en conservant une qualité d'image suffisante au diagnostic.

La réussite du projet a reposé sur le travail à temps plein de Virginie Corre, ingénieur biomédical, qui a coordonné pendant 5 mois, le travail de l'Equipe radiologique médicale et paramédicale de l'Hôtel-Dieu du CHU avec l'Equipe GE associant Spécialistes CT et Equipe SIX SIGMA

2- Comment quantifier le problème ? Quelle mesure peut-on associer au phénomène ?

Puisqu'il fallait adapter les paramètres d'acquisition à la morphologie des patients pour une irradiation minimale, il convenait d'intégrer la morphologie et l'irradiation dans la mesure. Cette mesure intégrait la morphologie du patient par rapport à la dose émise, le paramètre Y traduisant le rapport du diamètre abdominal sur le CTDIw, valeur dose fournie par le scanner (mesurée sur fantôme, en fonction des protocoles d'acquisition).

Y étant considéré comme le défaut, c'était le paramètre à améliorer. Une fois définie, son évaluation était alors faite en aveugle par plusieurs radiologues sur plusieurs clichés. Ainsi, était fixée une spécification limite basse - LSL - pour ce ratio Y. La meilleure valeur retenue était 2. Si LSL était supérieur à 2, la dose était faible et la qualité de l'image suffisante. Si LSL était inférieur à 2, la dose était trop forte par rapport à une bonne qualité d'image. Selon ces critères, il apparaissait que 72% des patients recevaient des doses non optimisées (LSL<2> Cette première analyse a partir de différents outils statistiques, présents dans le logiciel Minitab, tels que ANOVA avait donc permis de constater la valeur inadaptée du rapport: Diamètre abdominal des patients/CTDIw.

3 - Quels sont les facteurs déclenchant le défaut ?

Y étant influencé par plusieurs paramètres, il fallait les adapter pour optimiser la dose, tout en gardant une qualité d'image suffisante au diagnostic.
" Il a été choisi de garder l'épaisseur de la coupe et la vitesse de rotation constantes.
" Par contre, pas de l'hélice (pitch), vitesse de la table, kV, mA et Z Axis Tracking, collimateur de réduction de dose, ont été choisies comme variables susceptibles d'être modifiées.

Restez à quantifier l'importance de ces paramètres :
· L'utilisation du collimateur, permettait de se rapprocher de la valeur basse de 2. Son utilisation a permis une réduction de dose évaluée à 44,75%.
· L'élargissement du pas de l'hélice (HS= pitch équivalent de 6) était comparé à un pas étroit (HQ= pitch équivalent de 3). A épaisseur de coupe nominale égale, le mode HS assure ainsi une valeur proche de 2, alors que le mode HQ donne un résultat trop inférieur. La contribution de ce paramètre est évaluée à 44,28% .
· Dans cette étude, ni le pas de l'hélice, ni la vitesse de la table n'ont eu un impact significatif sur la qualité d'image nécessaire au diagnostic après étude comparative de plusieurs examens. Les radiologues ont donc décidé de travailler avec un pas large d'hélice (HS) et une vitesse élevée quand cela était possible.
· Quant à la morphologie du patient, il apparaissait que les patients minces et moyens avait un rapport très inférieur à 2. Il convenait donc d'adapter la dose à cette morphologie.
· En ce qui concerne l'influence des kV et des mA, pour définir de nouveaux process, 168 mesures sur fantôme corps (32cm- PMMA: Polyméthyl métacrylate) ont été relevées.
Sur les mesures de standard déviation (intégrant le niveau de bruit de l'image) et CTDIw, les résultats montrait que pour travailler à qualité d'image identique, il fallait seulement 200 mA pour 140kV mais 300 mA pour 120kV.

L'augmentation des Kilo voltages pouvait laisser présager une perte en contraste. Une série de mesures de détectabilité à faible contraste sur fantôme Assurance Qualité a été réalisée ne montrant pas de différence significative. Il apparaissait donc préférable de travailler à 140 kV en diminuant les milliampères en conséquence.

4-Quelles solutions pouvons nous apporter ?

En fonction de ces résultats, un nouveau protocole a été établi associant vitesse de table élevée avec le mode HS et 140 kV.
Ce nouveau protocole a été mis en place après une modification supplémentaire. En effet, la mesure du diamètre abdominal n'est pas toujours facile à réaliser. On a donc préféré considérer l'épaisseur du patient, aisément obtenue à partir du topogramme numérisé. Afin de prouver que la corrélation était bonne, on a définit un paramètre Y', rapport de l'épaisseur sur le CTDIw.

En analysant la qualité image, la limite nécessaire à l'évaluation du défaut, par le logiciel d'analyse statistique " minitab ", a été modifiée : elle passe de 2 à 1,72.

Ainsi l'optimisation des paramètres à la morphologie du patient a permis de réduire les doses, tout en conservant une qualité d'image suffisante pour le diagnostic.

5-Comment assurer la pérennité des solutions ?

Sur le protocole initial, le taux de défaut était évalué à 72,5%. Le nouveau protocole a permis un taux de défaut final de 10,28%. Ce taux de défaut - dose non optimisée- a donc été divisé par 7 avec le nouveau protocole.
Le niveau de qualité de l'image restait à vérifier pour savoir si il restait suffisant au diagnostic. Une évaluation, en double aveugle, par trois radiologues fut réalisée avec 138 comparaisons en aveugle de la qualité image. Les critères analysés étaient :
a. Aspect du parenchyme hépatique
b. Rehaussement des structures vasculaires
c. Qualité globale de l'examen statistique tel que ANOVA

Statistiquement, le Chi-Square test mettait en évidence une P-Values>0,05 (méthode statistique ANOVA), et donc pas de différence significative avant et après la mise en place du nouveau protocole.

Gain en dose de 50%
Patient de la catégorie 1: Diamètre < 25 cm
140 Kv - 0.8 s - 130 mA

Gain en dose de 40%
Patient de la catégorie 2: 25 cm< Diamètre < 30 cm
140 Kv - 0.8 s - 180 mA

Gain en dose de 26%
Patient de la catégorie 3: 30 cm < Diamètre < 35 cm
140 Kv - 0.8 s - 200 mA

En terme de gain de dose, selon le protocole initial, les trois différentes catégories de patients ont reçu une irradiation comprise entre 10 et 40 milligray, alors qu'avec le protocole final, celle-ci a été évaluée entre 10 et 20.

La réduction du niveau de dose en fonction des catégories est de 53,48% chez les minces, de 39,51% chez les moyens et de 21,28% chez les patients forts.


Ainsi, une importante diminution de l'irradiation (50% pour les patients les plus minces) peut être obtenue en adaptant pitch, kV et mAs à la morphologie des patients, sans altérer la qualité diagnostique pour des explorations abdominales ou abdomino-pelviennes globales.

Six Sigma apparaît comme une démarche rigoureuse dans l'amélioration du processus,
elle assure une validation scientifique statistique, fiable, claire et recevable des résultats.
Néanmoins, il faut bien prendre conscience de l'importance de la collaboration et de la nécessité d'investissements réciproques pour une telle évaluation entre un constructeur comme et l'Equipe médicale.


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CHRU de Clermont Ferrand