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SCANNER - Les nouveautés scanographiques

Mis à jour le 13/08/2010 par SFR

Alain Blum, Service d'Imagerie Guilloz – CHU Nancy


Remerciements à P. Coudray (Siemens), F. Coutin (Toshiba), F. Lecanu (Philips), M. Mougel (GE)


Le maître mot sur les stands de scanners au RSNA'03 est le « workflow ». En effet, les demandes d'examens augmentent aux USA comme en Europe de façon considérable (de l'ordre de 10% par an) [1]. Comme toujours en médecine, c'est la fonction qui crée le besoin et non l'inverse. L'amélioration quantitative et qualitative du parc de scanners satisfait tous les constructeurs mais elle ne suffit pas à faire face aux besoins médicaux, bien au contraire. La productivité des scanners réduit de façon inquiétante le temps consacré à l'analyse des examens. Le radiologue devient le maillon faible. Mais les constructeurs ont décidé de nous aider : ils vont améliorer notre workflow.

Le scanner cardiaque est le cheval de bataille des constructeurs. Quelques effets d'annonce plus ou moins attendus : plus de canaux de détection, des tubes plus puissants, des logiciels plus performants. Ces grosses cylindrées vont-elles mettre le « coroscanner » à la portée de tous ? Rien n'est moins sur. Pourtant, les cardiologues nous guettent d'un œil gourmand. Ils récupéreront sans effort une technique simple et complètement automatisée si nous ne nous investissons pas.

Le scanner ne peut plus être cette machine superbement isolée du reste du monde. Communication, convergence, intégration sont des thèmes maintes fois abordés lors de ce RSNA 2003. Les nouvelles stations d'interprétation des PACS en sont un des exemples les plus frappants : elles intègrent une console de traitement 3D. La stratégie d'équipement d'un service de radiologie devrait s'en trouver complètement modifiée.

Le but de cet article est de présenter les nouveaux appareils et leurs « périphériques », leurs principales applications étant traitées par ailleurs.




A - LES SCANNERS ET LEURS CONSOLES

Le marché du scanner, orienté vers le haut de gamme, favorise les évolutions technologiques. Il n'est pas étonnant de constater que la quasi-totalité des appareils appartient à la classe III de la classification de la CNAM. Cependant, des différences significatives existent.

I - CANAUX DE DETECTION, TEMPS DE ROTATION ET NOMBRE DES COUPES PAR SECONDE

Le nombre de canaux de détection détermine le nombre de coupes que l'appareil peut effectuer à chaque rotation du statif. Si la qualité d'un examen scanographique dépend de nombreux facteurs techniques, il n'en demeure pas moins que la technologie d'un appareil est indexée sur le nombre de canaux de détection. Celui-ci est donc un bon indice de performance de la machine même si l'amélioration qualitative des explorations ne lui est pas directement proportionnelle. Globalement, le gain qualitatif n'est pas aussi important entre un 16 et un 4 canaux qu'entre ce dernier et un scanner monobarrette. Bien sûr, cette assertion doit être modulée en fonction du domaine d'application. Par ailleurs, l'exploration la plus difficile techniquement reste le scanner cardiaque et coronarien. Dans ce domaine, les scanners 16 canaux sont les plus aboutis même s'ils présentent toujours certaines insuffisances.

Ces considérations ont conduit les constructeurs à réduire leur offre sur les scanners monobarrettes, à introduire des appareils encore plus performants pour améliorer les explorations cardiaques et enfin à proposer des machines de milieu de gamme qui réalisent de façon très satisfaisante l'ensemble des explorations, hormis les examens cardiaques. Dans ce segment du marché, les appareils munis de 4 canaux de détection tendent à disparaître. Ils sont remplacés par des machines dotées de 6, 8 ou 10 canaux de détection.

Parallèlement, les vitesses de rotation des statifs s'accroissent. Un temps de rotation minimal du statif de moins d'une seconde devient la norme pour les appareils d'entrée de gamme. Pour le haut de gamme, le temps de rotation minimal est de 0,37 sec. Les temps de rotation les plus courts sont principalement destinés aux applications cardiaques mais ils améliorent également la couverture du patient en un laps de temps donné, ce qui se traduit par une augmentation du nombre de coupes réalisées par seconde.

Le nombre de coupes réalisées par seconde (Nc) est égal au nombre de canaux de détection (N) divisé par le temps de rotation du statif (t).

Nc= N/t

Ainsi, un scanner muni de 10 canaux de détection, dont le temps de rotation du statif est de 0,5 sec, effectue 20 coupes par seconde. Un scanner muni de 64 canaux de détection tournant en 0,37 sec, réalise 173 coupes par seconde. Le temps d'acquisition est inversement proportionnel à Nc et on comprend donc bien l'intérêt marketing de ce critère.


Fig.1 : Scanner cardiaque avec un temps d'acquisition de 11 sec. Examen réalisé sur un Brillance CT 40 (Courtoisie de Philips).




On peut, plus ou moins arbitrairement, classer les scanners présentés au RSNA 2003 en trois catégories (tableau I):
1- l'entrée de gamme : scanners mono et bibarrettes avec un temps minimal de rotation du statif de 0,8 sec
2- le milieu de gamme : scanners possédant 4, 6, 8 ou 10 canaux de détection avec un temps de rotation du statif proche de 0,5 sec (0,42 à 0,6 sec)
3- le haut de gamme : scanners possédant au moins 16 canaux de détection et pouvant effectuer une rotation en moins de 0,5 sec.


Société
Scanner
CCM1 (MUC)
CET2 (MUC/min)
Puissance du
générateur (kW)
Nombre de canaux de détection
collimations
Temps de rotation minimal du statif (sec)
Nombre d'images reconstruites par sec
Résolution spatiale3
Classe
GE
Lightspeed 16 Pro
8
1,782
100
16
16x0.625mm, 16x1.25mm
0,4
6
15,4
III
Lightspeed
6,3
1,14
53
16
16x0.625mm, 16x1.25mm
0,5
6
15,4
III
Lightspeed Ultra
6,3
1,14
53
8
2x0.625mm, 8x1.25, 8x2.5mm, 4x5mm
0,5
6
15,4
III
Lightspeed Plus
6,3
1,14
53
4
2x0.6mm, 4x1,25mm, 4x2,5, 4x3,75, 4x5mm
0,5
6
15,4
III
Hispeed QXi
6,3
1,14
42/53
4
2x0.6mm, 4x1,25mm, 4x2,5, 4x3,75, 4x5mm
0,5
6
15,4
II/III
PHILIPS
Brillance CT 40
8
1,608
60
40
40 x 0.625mm, 32 x 1.23, 16 x 2.5mm
0,4 (0,3 à l'étude)
40
24
III
Brillance CT 16 Power
8
1,608
60
16
2x0.6mm, 16x1.5, 16x0.75, 8x3, 4x4.5mm
0,4
40
24
III
Brillance CT 16 Slice
5,2
0,73
60
16
2 x 0.6mm, 16 x 0.75, 16 x 1., 8 x 3, 4 x 4.5mm
0,5 (0,4 en option)
6 (20 en option)
24
III
Brillance CT 10
5,2
0,73
60
10
2 x 0.6mm,10 x 0.75, 10 x 1.5, 8 x 3, 4 x 4.5mm
0,5 (0,4 en option)
6 (20 en option)
24
III
Brillance CT 6
5,2
0,73
48 /60
6
2x0.6mm, 6x0.75, 6x1.5, 6x3mm, 4x4.5, 4x6
0,75 (0,4 en option)
6
24
III
Mx 8000 Dual Exp
5,2
0,73
36/48
2
2x0,5mm, 2x1, 2x2,5, 2x5, 2x8, 2x10mm
0,5
≈ 1
24
II
SIEMENS
Sensation 64
30
5
60
32X2
?
0,37
?
24 ?
III
Sensation 16 Speed 4D
30
5
60
16
2x0.6mm, 16 x 0.75, 16 x 1.5, 2x1, 2x12mm
0,37
10 (5*)
24
III
Sensation 16
5,3
0,73
60
16
2x0.6mm, 16 x 0.75, 16 x 1.5, 2x1, 2x12mm
0,42
10 (5 *)
24
III
Sensation 10
5,3
0,73
60
10
2x0.6mm, 10x0,75, 10x1,5mm
0,42
6 (3*)
24
III
Emotion 6
5
0,81
40/50
6
6x0.5mm, 6x1, 6x2, 6x3, 2x5mm
0,6
6 (3*)
15,6
II/III
Emotion Duo
3,5
0,7
26/40
2
2x1mm, 2x2, 2x3, 2x5, 2x8, 2x10mm
0,8
1
14
II
Emotion
3,5
0,7
26/40
1
1, 2, 3, 5 , 8, 10mm
0,8
1
14
I
TOSHIBA
Aquilion Matrix 64
7,5
1,386
60
64
64x0.5mm, 32x1, 4x0.5/1/2/3/4/5/8mm
0,4
6
18 ?
III
Aquilion Matrix 32
7,5
1,386
60
32
32x0.5mm, 32x1, 4x0.5/1/2/3/4/5/8mm
0,4
6
18 ?
III
Aquilion 16 CFX
7,5
1,386
60
16
16x0.5mm, 16x1, 16x2, 4x0.5/1/2/3/4/5/8mm
0,4
6
18
III
Aquilion 8 FX
7,5
1,386
60
8
8x0.5mm, 8x1, 8x2, 4x0.5/1/2/3/4/5/8mm
0,4
6
18
III
Aquilion Super 4
7,5
1,386
60
4
4x0.5/1/2/3/4/5/8mm
0,4
6
18
III
(1) : CCM : capacité calorifique maximale ; (2) : CET : capacité d'évacuation thermique. (3) : résolution spatiale dans le plan de coupe (en pl/cm) à 2% de la FTM. * : avec correction de l'effet de cône

Tableau I : Scanners présentés au RSNA'03 (données constructeurs)


II - SYSTEME DE DETECTION, EPAISSEUR DE COUPE ET LARGEUR DE DETECTIONS

La configuration des scanners 4 canaux est inchangée(Fig.2): matricielle chez GE (HiSpeed QX/i, LightSpeed QX/i et LightSpeed Plus), hybride chez Toshiba (Aquilion Super 4). Cette technologie est abandonnée chez Siemens et Philips.





Fig 2 : Système de détection des scanners 4 canaux et du LightSpeed Ultra (GE).


Tous les appareils avec 16 canaux de détection sont basés sur une configuration hybride, mi-matricielle mi-asymétrique, avec deux tailles de détecteurs
(Fig.3) : les rangées centrales sont conçues avec des détecteurs de faible largeur, les rangées périphériques avec des détecteurs dont la largeur double. Le nombre de rangées centrales et périphériques et la largeur des détecteurs différencient chaque appareil. Sur les appareils GE (LightSpeed 16 et LightSpeed Pro16), le système de détection comporte 16 rangées centrales de 0,63 mm entourées de chaque côté par 4 rangées de 1,25 mm de large. Sur ceux de Philips (Brillance CT 16 et Brillance CT 16 Power) et Siemens (Sensation 16 et Sensation 16 Speed 4D), 4 rangées périphériques de 1,5 mm d'épaisseur entourent 16 rangées centrales de 0,75 mm de large. Sur les machines Toshiba (Aquilion 16 et Aquilion 16 CFX), 12 rangées périphériques de 1 mm entourent 16 rangées centrales de 0,5 mm. Par conséquent, la largeur globale du système de détection est respectivement de 20, 24 et 32 mm.






Fig. 3 : Systèmes de détection des scanners 16 canaux et des scanners 6 et 10 canaux de Philips, 10 canaux de Siemens et 8 canaux de Toshiba.


Les machines intermédiaires entre les 4 et les 16 canaux sont le plus souvent conçues avec le système de détection des scanners 16 canaux afin de pouvoir évoluer vers ce type d'appareil à un coût « raisonnable ». Ainsi, sur les Brillance CT 6 et 10 (Philips), avec respectivement 6 et 10 canaux de détection, le système de détection est le même que sur le Brillance CT 16. C'est également le cas du Sensation 10 (Siemens) et de l'Aquilion 8 (Toshiba) (Fig. 3).

Deux appareils se distinguent. Le LightSpeed Ultra (GE) correspond à un scanner matriciel avec un système de détection de 20 mm, des détecteurs de 1,25 mm et 8 canaux de détection (Fig.2). L'Emotion 6 (Siemens) possède un système de détection asymétrique avec des détecteurs de largeur croissante vers la périphérie : le centre est composé de 8 rangées de 0.5 mm, entourées de chaque côté par 4 rangées, respectivement de 1, 1, 2 et 3 mm. La largeur globale du système est donc de 18 mm (Fig.4).




Fig. 4 : Système de détection de l'Emotion 6 (Siemens)

Les scanners avec plus de 16 canauxfont leur apparition (Fig.5). Pour Toshiba, il s'agit d'un système matriciel avec 64 rangées de détecteurs de 0,5 mm de large. Disponible au 2ème semestre 2004 avec 32 canaux de détection (Aquilion 32 Matrix), il pourra alors réaliser 32 coupes de 0,5 ou 1 mm par rotation (Fig.6). Commercialisé fin 2004 dans sa version 64 canaux, cet appareil (Aquilion 64 Matrix) effectuera 40 coupes de 0,5 mm par rotation de 0,4 sec. Philips met sur le marché le Brillance CT 40 qui effectue 40 coupes de 0,626 mm, 32 coupes de 1,25 mm ou 16 coupes de 2,5 mm par rotation. Son système de détection, composé de 52 rangées de détecteurs, mesure 40 mm de large. Enfin, Siemens annonce le Sensation 64 qui effectuera 64 coupes par rotation avec 32 canaux de détection et un double échantillonnage en Z. Le but de cette technique est d'améliorer la résolution spatiale en Z sans dégrader le rapport signal sur bruit. La largeur des détecteurs est de 0,6 mm au centre avec une résolution en Z de 0,4 mm.






Fig. 5 :système de détection des scanners avec plus de 16 canaux.










On note donc sur certains appareils, une tendance à l'élargissement du système de détection (Fig. 7). Celle-ci n'est pas suffisante pour explorer toute une région anatomique en une seule rotation mais le volume couvert plus important pourrait renforcer l'intérêt de cette technique dans les études de perfusion.
a

b

Fig.7 : Volumes couverts en une seule rotation sur un Brillance CT 40 (Courtoisie de Philips). (a) : encéphale. (b) : artères rénales.


III - LES ALGORITHMES

Les algorithmes de reconstructions jouent un rôle important sur la qualité de l'image et en particulier sur les artefacts et le niveau de bruit. Au-delà de 4 canaux de détection, l'effet de cône ne peut plus être négligé et les modèles mathématiques de reconstruction sont plus sophistiqués. Leurs résultats sont variables d'un constructeur à l'autre, notamment en ce qui concerne la dépendance au pitch (1505). L'étude de l'ImPACT group montre, par une étude très simple, l'effet de ces algorithmes (1509, disponible sur le site : www.impactscan.org). Dans tous les cas, l'importance des calculs ralentit la reconstruction des coupes mais ce ralentissement n'est pas perceptible si l'informatique est adaptée.

IV - LE TUBE A RAYONS X

Le tube à rayons X est et reste un système à très faible rendement puisque 1% de l'énergie est transformée en photons et le reste en chaleur. L'anode qui emmagasine et évacue cette chaleur représente donc un élément sensible du tube et donc du scanner. Les tubes classiques sont tout a fait suffisants pour les examens habituels mais ils atteignent leurs limites dans les explorations cardiaques qui génèrent une charge thermique élevée. La course à la puissance du tube n'est donc pas terminée et tous les constructeurs proposent des tubes plus performants sur les appareils haut de gamme. Habituellement, la capacité calorifique maximale (CCM) du tube augmente avec le volume de l'anode. Cependant, plus l'anode est volumineuse, plus les contraintes mécaniques liées à la rotation rapide du statif s'accroissent. L'augmentation de la vitesse de rotation du statif impose donc de nouvelles solutions technologiques.

GE propose un nouveau tube à technologie monopolaire avec une capacité calorifique maximale de 8MHUC et une capacité d'évacuation thermique (CET) de 1,782 MUC/min. Il supporte 700 mA pendant 20 sec. Un système de captation des rayonnements parasites réduit l'irradiation du patient. Selon GE, il limite également la dilatation du foyer liée à l'échauffement de l'anode, ce qui améliorerait la résolution spatiale lorsque le tube est très sollicité.

Le tube MegaCool (Toshiba) comporte plusieurs innovations (Fig. 8). Une double queue d'anode améliore sa stabilité et sa dissipation thermique. Un système d'absorption des électrons de recul (PureFocus) réduit les rayons X inutiles et l'irradiation du patient ainsi que la charge thermique du tube d'environ 30%. Sa capacité calorifique maximale est de 7,5 MUC et sa capacité d'évacuation thermique est de 1,4 MUC/min.





Fig. 8 : Schéma du tube MegaCool (Toshiba)



Philips introduit un nouveau tube muni du double foyer dynamique, avec une technologie en palier à métal liquide, de 8 MUC avec une capacité d'évacuation thermique de 1,608 MUC/min.

Le tube Straton développé par Siemens est très compact car sa capacité d'évacuation thermique particulièrement importante (4,7 MUC/min) supprime la nécessité d'une capacité calorifique maximale élevée. Cette dernière est pratiquement nulle mais compte tenu des performances du tube, le constructeur parle d'un « équivalent 30 MUC ». Ces performances sont liées au contact direct de l'anode avec l'huile, ce qui améliore considérablement les échanges calorifiques. Dans la partie sous vide, le faisceau d'électrons est défléchi par un champ électromagnétique comme dans un scanner à faisceau d'électrons (Fig.9). Ce tube améliore indiscutablement les explorations cardiaques car il tolère un courant élevé pendant l'acquisition et son faible volume permet d'augmenter la vitesse de rotation du statif.




Fig. 9 : Schéma du tube Straton (Siemens).



En reprenant la classification précédente, on peut retenir :
1- En entrée de gamme : la CCM du tube est inférieure à 5 MUC et la puissance du générateur est inférieure à 50 kW.
2- En milieu de gamme : la CCM du tube est de l'ordre de 5 MUC et la puissance du générateur varie entre 50 et 60 kW
3- Dans le haut de gamme : la CCM du tube est supérieure à 5 MUC et la puissance du générateur est au moins égale à 60 kW.


V - L'INFORMATIQUE, LA GESTION DES IMAGES ET LA PRODUCTIVITE

Les scanners volumiques multicoupes améliorent la productivité mais rendent le travail des radiologues et des manipulateurs plus éprouvant. Les outils informatiques actuels étaient très attendus mais s'ils réduisent indiscutablement les opérations techniques, ils risquent également de diminuer le temps consacré à l'analyse des examens. Pour faire face à l'augmentation d'activité, la gestion du travail doit être complètement modifiée et les outils d'aide au diagnostic deviennent nécessaires.

Les nouveautés les plus marquantes portent sur les vitesses de transfert des données, les temps de reconstruction des images, la possibilité de traiter les données brutes sur les consoles secondaires, la possibilité de s'affranchir de la reconstruction des coupes axiales pour reconstruire d'emblée les images natives dans le plan d'analyse le plus pertinent et enfin, sur l'amélioration de l'ergonomie, des performances et des fonctionnalités des consoles.

Le temps de reconstruction des images peut représenter la phase la plus longue d'une exploration lorsque celle-ci porte sur le cœur, comporte une étude multiphasique ou concerne un angioscanner. Le nombre d'images reconstruites à chaque seconde est donc bien un facteur essentiel permettant de classer les appareils. Sur les appareils munis de plus de 4 canaux de détection, il faut surtout tenir compte du nombre d'images reconstruites en coupes fines avec les calculs de correction du faisceau conique. Aux alentours de 1 image/sec en entrée de gamme, ce nombre atteint 40 images/sec sur les appareils Brillance CT 16 Power et Brillance CT 40 (Philips).

GE propose la technologie Xtream permettant une véritable utilisation multitâche de la console principale, une reconstruction de 6 images/sec (en tenant compte de la correction de l'effet de cône), les MPR extemporanées et prochainement, la reconstruction simultanée de 3 portions différentes du volume exploré.

Le système WorkStream4D (Siemens) est une évolution majeure du principe de la scanographie : la reconstruction des coupes axiales n'est plus nécessaire car il est possible de choisir d'emblée le plan de reconstruction le plus pertinent. Ce principe réduit considérablement le nombre d'images à reconstruire, à traiter, voire à analyser, ce qui procure un gain de temps significatif.

Parmi les différents outils informatiques, les consoles de traitement jouent un rôle fondamental. Leur performance et leur nombre ne doivent jamais être sacrifiés car elles représentent un élément majeur de la productivité médicale. Leur ergonomie, le temps de transfert des images, leur temps de chargement, la fiabilité des logiciels et l'automatisation des différentes tâches sont des points essentiels pour permettre au radiologue de passer davantage de temps à l'analyse des images qu'à leur production !

Toutes les consoles de traitement proposées par les constructeurs disposent aujourd'hui d'une grande panoplie de logiciels dont les plus spécifiques (extraction vasculaire, coloscopie virtuelle, détection et mesures des nodules pulmonaires, analyse fonctionnelle myocardique, calcium scoring, perfusion tissulaire…) seront traités dans les chapitres correspondants. La Vitrea2, fabriquée par Vital Image et proposée par Toshiba dans sa version 3.4, est une console de traitement très performante, à l'interface très soignée. L'Advantage Windows (GE), maintenant disponible dans sa version 4.2., reste la station de référence. Le logiciel AutoBone fournit des résultats remarquables et reproductibles. La Leonardo (Siemens) comble son retard et sa nouvelle version d'analyse cardiaque (InSpace 4D) paraît bien aboutie. Philips propose une nouvelle station de travail, l'Extended Brillance Workspace tirant avantage des logiciels développés par Philips et par Elscint.

Malgré la migration sur Windows ou Linux, le coût de ces consoles reste élevé et les propositions de constructeurs indépendants tels que Voxar méritent d'être étudiées. Des PC aux rapports performances/prix excellents peuvent ainsi être acquis indépendamment du scanner, en complément des stations de travail des constructeurs habituels.

Enfin, certaines stations de travail disposent d'une autonomie renforcée grâce à leur accès aux données brutes. Deux concepts sont possibles :
- la console secondaire dispose des mêmes possibilités de reconstruction que la station principale avec laquelle elle partage le disque dur (Wizard, Siemens).
- la console secondaire rapatrie automatiquement les nouvelles images qu'elle a commandées à la console principale (fonctionnalité Rapid view Remote Recon sur l'Extended Brillance Workspace, Philips).
Ces fonctionnalités sont très utiles pour les explorations cardiaques et les examens des polytraumatisés. Elles doivent être prises en compte lors de la réflexion sur l'organisation du travail et le choix d'un équipement.


VI - REDUCTION DE LA DOSE DELIVREE AU PATIENT

La réduction de la dose délivrée au patient dépend de la technologie et du comportement des radiologues [1, 2].

1 - Le comportement des radiologues

Les radiologues doivent justifier la réalisation d'un acte irradiant et optimiser la dose délivrée aux patients. L'amélioration de leur comportement est activement soutenue par les constructeurs.

Les notions de « basse dose » et d' « ALARA » (as low as reasonable achievable) sont maintenant bien connues. Cependant, les radiologues doivent affiner leurs protocoles dont la mise au point reste plus ou moins empirique. Le choix des paramètres dépend du contraste propre de la région examinée mais également du morphotype du patient (poids, largeur, index de masse corporelle). Il faut apprendre à utiliser les nouveaux paramètres disponibles. En effet, la notion de « basse dose » conduit à éviter les tensions élevées (140 kV) et à baisser les mA mais en dehors des applications pédiatriques, il est difficile d'utiliser une tension de 80 kV. Sur certains appareils, il devient possible d'utiliser une tension de 100kV au lieu de 120 kV, ce qui améliore le contraste des tissus mous et s'avère mieux adapté au pic d'absorption de l'Iode. Cette approche améliorerait la qualité des explorations vasculaires tout en réduisant l'irradiation (942).

Les constructeurs proposent également des protocoles préprogrammés pédiatriques, pour optimiser la dose en fonction du poids et de la taille du patient. GE a adopté le système de codage coloré de Broselow-Luten (Fig. 10) qui simplifie les procédures et limite les risques d'erreurs [3].



Fig. 10. Système de codage coloré permettant d'adapter les protocoles en fonction du poids et de la taille des enfants (GE).



La visualisation en prospectif sur l'écran de l'opérateur de la dose délivrée au patient (CTDIw ou CTDIvol et PDL) est un rappel à l'ordre utile. Encore faudrait-il harmoniser les techniques de mesure de doses et leur expression…

Des logiciels de simulation de réduction de dose devraient également nous aider à définir la qualité d'image utile et la dose optimale.

Enfin, rappelons que les organes radio-sensibles situés dans le champ d'acquisition peuvent parfois bénéficier de protections externes efficaces ne compromettant pas la qualité diagnostique de l'examen [4].

2 - La technologie et les logiciels

De nombreux facteurs techniques et technologiques déterminent la dose délivrée au patient: la géométrie du scanner, la géométrie du système de détection, le nombre de canaux de détection, l'efficacité du matériau de détection (liée à l'efficacité d'absorption et au rendement de conversion), la filtration physique (Fig. 11), la précision de la collimation primaire, la filtration mathématique…




Fig. 11 : Différents filtres (Toshiba).


L'influence de la technologie sur la dose est difficile à estimer. Les travaux de l'ImPACT Group (180 et 0219PH-e) (disponibles sur leur site www.impactscan.org) montrent qu'une faible variation de dose modifie la détection des lésions mais pour une dose à la peau donnée, la différence entre les scanners 4 et 16 canaux des différentes marques n'est pas significative. Ce point est bien sûr contesté par d'autres études. L'augmentation du nombre de canaux de détection diminue la contribution globale de la zone de pénombre. Tout paramètre étant égal par ailleurs, elle réduit donc discrètement l'irradiation.

Le foyer subit des oscillations lors de la rotation du statif, ce qui augmente la zone de pénombre et donc l'irradiation inutile. L'analyse continue du déplacement du foyer et l'ajustement de la collimation primaire au faisceau de rayons X réduit cette pénombre. Ce système (beam tracking) est aujourd'hui disponible sur tous les appareils.


Un moyen efficace pour réduire l'irradiation est sans conteste la modulation automatique du courant du tube (MACT) mais il est important de noter qu'elle n'affranchit pas l'opérateur d'une réflexion sur le choix des paramètres optimaux (19, 20 et 0224PP-e) [1, 2, 5]. Il existe deux grands types de MACT qui peuvent être combinés sur les appareils les plus récents (tableau II):
- la modulation dans l'axe Z de déplacement de la table basée sur l'étude de l'atténuation sur un topogramme (mode radio) ;
- la modulation angulaire fondée sur l'évaluation du bruit quantique des différentes projections acquises sur 180° de rotation du statif pour adapter le courant sur les 180° suivants. Ainsi, contrairement à la technique précédente, le courant est modifié sur les données mesurées en cours d'acquisition.

L'Auto mA (GE) est un système de modulation en Z. Il s'y associe une modulation en XY basée sur une modélisation des régions examinées. L'opérateur choisit un index de bruit caractérisant la qualité de l'image et le logiciel module le courant du tube pour que toutes les coupes aient globalement le même niveau de bruit. L'élévation de l'index améliore la qualité de l'image mais augmente l'irradiation. Ce système peut être pris en défaut chez les patients très petits, imposant un index plus élevé et un seuil minimal de mA plus important. Il permet une réduction de 32% de l'irradiation dans 87% des cas par rapport à une exploration réalisée à mA constant [2].

Le systeme Real Exposure Control (Real E.C., Toshiba) est également un système de modulation en Z. Il évalue automatiquement les effets du kV, de l'épaisseur de coupe, du pitch et de l'algorithme sur le niveau de bruit. Il sélectionne alors le courant du tube en fonction du niveau de bruit sélectionné parmi 4 possibilités.

L'Automatic Current Setting (ACS, Philips) fait partie de l'option de réduction de dose Dose-Right. Il suggère des mAS à l'opérateur pour obtenir un bruit similaire à un niveau de référence prédéfini sur chaque site. Ce mode indique également de façon prospective le CTDIw sans et avec cette technique.

Le Care Dose (Siemens) est un système de modulation angulaire. L'opérateur choisit des mAs effectifs et l'intensité du courant varie en fonction de l'épaisseur des tissus traversés pour chaque projection. Ainsi, au niveau du massif des épaules, les mAs sont plus élevés dans le sens droite-gauche que dans le sens antéro-postérieur. Ce système génère une réduction de dose variant entre 10 et 60%, en fonction du morphotype du patient et de la région examinée.

La technique Dose-Modulation (DOM, Philips) fait également partie de l'option de réduction de dose Dose-Right. Ce système de modulation angulaire est proche du précédent.


Société
Modulation angulaire
Modulation
dans l'axe Z
Technique combinée
GE Medical System
Auto mA
3D Auto mA
(à l'étude)
Philips Medical System
DOM
ACS
DOM+ACS
Siemens Medical Solutions
Care Dose
Care Dose 4D
Toshiba Medical corporation
Real E.C.
Sure Exposure

Tableau II : Les différents systèmes de modulation automatiques du courant du tube.

Le système CARE Dose-4D (Siemens) combine deux actions (Fig. 12): la première est un ajustement automatique basé sur la taille du patient et l'absorption mesurée sur un seul topogramme ; cette étape détermine le mA maximal de chaque coupe ; la deuxième est un ajustement en temps réel basé sur l'atténuation du faisceau de rayons X en fonction des différentes régions traversées. Le mA peut ainsi varier de 500 mA à 30 mA avec un taux de variation de 300 mA en 100 msec.

Le 3D Auto mA (GE Yokogawa) est un système très proche du précédent générant des réductions de doses pouvant atteindre 60% pour l'abdomen.





Fig. 12 : Principe du Care Dose 4D

L'utilisation de filtres de reconstruction réduisant le bruit des projections, améliore la qualité des coupes dans les régions à forte atténuation (épaule, pelvis, pièces métalliques) avec une très discrète perte en résolution spatiale. La réduction du bruit permet de réduire l'irradiation du patient.


VII - L'INTERVENTIONNEL

Rapide, précis et sûr, le scanner est aujourd'hui la meilleure technique pour la radiologie interventionnelle non vasculaire. Trois solutions techniques sont possibles :
- un écran de rappel en salle d'examen, monté sur un bras articulé
- le fluoroscanner
- le simulateur de trajet

Le simple écran de rappel est le minimum indispensable. Il évite les déplacements de l'opérateur entre la salle d'examen et la salle de commande. Les conditions d'asepsie sont plus facilement respectées.

Le fluoroscanner est maintenant proposé par tous les constructeurs mais Toshiba (CT Fluoro) possède toujours une longueur d'avance. L'opérateur peut déplacer la table d'examen, déclencher les acquisitions et suivre pratiquement en temps réel l'avancée du matériel. La fréquence des images peut atteindre 12/sec en 512x512 sur 3 niveaux de coupes, la coupe centrale étant en fait la sommation de 2 coupes plus fines. Particulièrement adaptée aux ponctions difficiles sur des patients tenant mal l'apnée, cette technique impose certaines précautions pour limiter l'irradiation de l'opérateur. L'usage d'une pince non métallique pour tenir les aiguilles est recommandé. L'émission des rayons X est supprimée lorsque le tube est en vis-à-vis de la main de l'opérateur, que la main de l'opérateur soit au dessus ou sur le côté du patient (Fig. 13). Le fluroscanner peut simplement être utilisé pour réaliser des contrôles successifs après chaque déplacement de l'aiguille. Cette procédure très rapide évite l'irradiation de l'opérateur. L'irradiation du patient est réduite par l'usage d'un faible milli-ampérage et par la rapidité et la précision du geste qui évitent de nombreux contrôles. L'intérêt de cette technique est plus limité lorsque le trajet de biopsie est très incliné dans l'axe Z.




Fig. 13 : Système Care Hand (Siemens) évitant l'irradiation de la main du radiologue.


Les systèmes de simulation du trajet de l'aiguille supposent la réalisation d'une première acquisition dont les données sont utilisées pour simuler le déplacement de l'aiguille sur l'écran de contrôle. Ce principe limite les contrôles réels. Il réduit donc l'irradiation. Pour les structures peu mobiles et d'accès difficile, ces systèmes offrent un gain de temps significatif à condition que le patient ou la région anatomique traitée ne se déplacent pas entre l'acquisition de repérage et la réalisation du geste. Deux appareils sont disponibles :
- Le système PinPoint CT interventional (Philips) comporte une aiguille virtuelle et un laser montés sur un bras articulé fixé au statif. L'aiguille virtuelle est couplée à un ordinateur qui exploite les données d'une première acquisition scanographique. Son déplacement permet de définir la voie d'abord et d'optimiser le trajet de la biopsie dans les 3 plans de l'espace, grâce à la production en temps réel d'images simulant ces plans. Après avoir mesuré la longueur du trajet, la biopsie est effectuée en s'orientant grâce au laser.
- GE adopte un robot commercialisé par ImageGuide dérivé du concept de la chirurgie robotisée guidée par l'imagerie (Image-Guided Robot-Assisted Surgery (IGRS)). Cet appareil fixé sur la table du scanner, comporte un bras articulé tenant une aiguille ou tout autre matériel. Une manette contrôle l'avancement de l'aiguille, une autre sa trajectoire. Le déplacement de l'aiguille est reproduit de façon virtuelle, en temps réel, sur l'écran de contrôle.
Ces appareils, séduisants dans leurs principes mais onéreux et plus ou moins simples à installer, ne semblent pas connaître un grand succès.

B - LES PERIPERIQUES

I - CONSOLES, LOGICIELS ET PACS : sous le signe de la convergence

S'il est plus juste de considérer que le scanner est un périphérique du PACS et non l'inverse, c'est souvent l'achat d'un scanner performant qui induit l'acquisition d'un système d'archivage, d'analyse, voire de distribution des images. En pratique, et les vendeurs de PACS l'ont enfin compris, une console destinée à l'interprétation d'un scanner doit comporter tous les outils nécessaires à l'analyse. Ainsi, le RSNA'03 confirme l'engouement général pour la 3D.

Ne nombreuses sociétés proposent des logiciels et des ordinateurs très performants (le stupéfiant CardioCt de Shina Systems, Viatronix, Voxar…). Les vendeurs de PACS (GE, TeraCon, Vital image, Algotec (racheté par Kodak)…) intègrent des solutions 3D efficaces. Fuji, Agfa et Amicas (racheté par Vital works) font appel à Voxar.

II - L'ERGONOMIE ET L'AMBIANCE
    Compte tenu du temps passé sur console, le radiologue est lui aussi exposé à des désagréments (fatigue visuelle, cervicalgies, syndrome du canal carpien [6]…). L'ergonomie des stations de travail mérite donc plus d'attention. Quelques sociétés proposent des installations au design soigné, où le radiologue est confortablement installé dans un fauteuil ergonomique, devant des écrans orientables (Fig. 14).





    Fig. 14 : bureau ergonomique d'interprétation

    La lecture et l'analyse d'un examen font appel à différentes fonctions : mode ciné dans différents plans, changement d'épaisseur de coupe, de fenêtrage, de représentation des données… Dans ce contexte, la souris est-elle le meilleur outil de pilotage d'une console ? Une étude a été menée sur la qualité et la rapidité d'interprétation d'explorations thoraciques réalisées sur un appareil 16 canaux et relues sur une station de travail Philips munie successivement d'une souris, d'un joystick avec retour de force, d'un trackball, d'un jog-dial et d'un gamepad (Fig. 15). Elle montre que la souris reste la plus performante. Le trackball est le moins efficace et les manettes de jeux doivent gagner en précision (757). L'âge du radiologue n'a pas été précisé…




    Fig. 15 : Analyse sur console avec différents outils de pilotage (757).

    Le stress des patients est également pris en compte. Le stand Philips nous présente l' « Ambient hospital experience » basée sur les principes suivants : contact, confort et personnalisation. Le patient choisit un environnement sonore et visuel apaisant qui le suit depuis son accueil jusqu'à la salle d'examen (Fig. 16). Le contact entre le patient et le soignant est permanent. Loin d'être un gadget, ce concept améliore la perception de l'examen radiologique. D'autres sociétés telle que Tess USA assurent selon le même principe le design des centres d'imagerie.




    Fig. 16 : Ambient Hospital Experience (Philips).
      III - L'INJECTEUR

      Le concept de l'embole pulsée au scanner n'est pas récent puisqu'il a été décrit en 1997 par Hopper [7]. A l'époque, un injecteur monocorps était d'abord rempli de produit de contraste iodé (PCI) puis de sérum physiologique. La tête de l'injecteur étant déclive, le PCI, plus dense, était injecté le premier. La technique de l'embole pulsée réduit la quantité de produit de contraste nécessaire, notamment lors d'explorations thoraciques et cardiaques (76) [8]. Ceci s'explique par un bolus iodé plus compact et totalement exploité. Le gain est d'autant plus important que la quantité de produit de contraste injectée diminue, ce qui est le cas lorsque l'acquisition est rapide.

      Les nouveaux appareils bi-corps sont sensés rendre cette technique facile et rapide. Le marché est porteur et suit l'évolution des ventes de scanner haut de gamme. Medrad commercialise le Stellant D, Mallinckrodt (Liebel-Flarsheim) le CT 9000 dual head, Swiss Medical Care (appartenant au groupe Debiotek) le CT Exprés. D'autres injecteurs sont annoncés.

      Si le gain pour le patient est indéniable (réduction de la néphrotoxicité) et le gain qualitatif visible pour les explorations à haut débit d'injection, il n'est pas certain que ces injecteurs réduisent les coûts globaux. En effet, la diminution des coûts en PCI pourrait être compensée par le prix plus élevé de ces injecteurs et par l'augmentation du nombre de corps de seringue nécessaires. L'injecteur CT Exprés est probablement celui qui génère le plus d'économies car il ne comporte pas de corps de seringue et il est possible de lui brancher n'importe quel flacon de grand volume. Cependant, ce principe est peu adapté au marché français, en raison du principe de l'usage unique.

      C – PERSPECTIVES ET CONCLUSION

      Le scanner est actuellement l'outil diagnostique le plus polyvalent et ses indications augmentent en permanence. On comprend pourquoi les notions de productivité médicale et les conditions de travail ont plus que jamais fait l'objet d'une grande attention au RSNA.

      Quel devenir pour le scanner ? Les capteurs plans ne tiennent pas encore toutes leurs promesses (course No.223, 183-185) et il est possible que deux types de technologie soient proposés. En filiation directe, les scanners disposeront d'un système de détection plus large avec davantage de canaux de détection que les machines actuelles mais leur résolution spatiale et leur résolution en densité seront peu différentes. Les futurs appareils munis de capteurs plans présenteront une meilleure résolution spatiale mais une détection à bas contraste plus médiocre. Ils seront davantage orientés vers les explorations vasculaires en remplacement des appareils d'angio3D.




      Références :

      Les références entre parenthèses correspondent aux abstracts du RSNA'03.

      [1] Frush DP, Applegate K. Computed Tomography and radiation: understanding the issues. J Am Coll Radiol 2004; 1: 113-119

      [2] Kalra MK, Maher MM, Toth TL, Hamberg LM, Blake MA, Shepard JA, Saini S. Strategies for CT Radiation Dose Optimization. Radiology. 2004 Jan 22 [Epub ahead of print]

      [3] Frush DP, Soden B, Frush KS, Lowry C. Improved pediatric multidetector body CT using a size-based color-coded format. AJR. 2002; 178:721-6.

      [4] Hein E, Rogalla P, Klingebiel R, Hamm B. Low-dose CT of the paranasal sinuses with eye lens protection: effect on image quality and radiation dose. Eur Radiol. 2002; 12: 1693-6.

      [5] Tack D, De Maertelaer V, Gevenois PA. Dose reduction in multidetector CT using attenuation-based online tube current modulation. AJR 2003; 181: 331-4.

      [6] Ruess L, O'Connor SC, Cho KH, Hussain FH, Howard WJ 3rd, Slaughter RC, Hedge A. Carpal tunnel syndrome and cubital tunnel syndrome: work-related musculoskeletal disorders in four symptomatic radiologists. AJR 2003; 181: 37-42.

      [7] Hopper KD, Mosher TJ, Kasales CJ, TenHave TR, Tully DA, Weaver JS. Thoracic spiral CT: delivery of contrast material pushed with injectable saline solution in a power injector. Radiology. 1997; 205: 269-71.

      [8] Cademartiri F, Mollet N, Van Der Lugt A, Nieman K, Pattynama PM, De Feyter PJ, Krestin GP. Non-invasive 16-row multislice CT coronary angiography: usefulness of saline chaser. Eur Radiol 2004;14:178-83.