Stratégies d’optimisation des protocoles en scanographie pédiatrique

For the last 10-years, computed tomography (CT) procedures and their increased use have been a major source for concern in the scientific community. This concern has been the starting point for several studies aiming to optimize the dose while maintaining a diagnostic image quality. In addition, it is important to pay special attention to dose levels for children (age range considered to be from a newborn baby to a 16-y-old patient). Indeed, children are more sensitive to ionizing radiations, and they have a longer life expectancy.An approach to remedy this issue is to optimize the CT procedure by reducing the dose related to a diagnostic image. Optimizing the CT protocols is a very difficult process due to the complexity of the acquisition parameters, starting with the individual patient characteristics, taking into account the available CT device and the required diagnostic image quality. It is practically not feasible to test all of the combinations from the CT protocols in order to obtain a good diagnostic image and an optimal dose value.This PhD project is contributing to the advancement of knowledge by: - Developing a new approach that can minimize the number of testing CT scans examinations while developing a predictive mathematical model allowing radiologists to prospectively anticipate how changes in protocols will affect the image quality and the delivered dose for four models of CT scan (General Electric Discovery 750HD, Toshiba Aquilion One, Siemens Somatom Definition AS and Phillips Brilliance 64). - Setting-up a Generic Optimized Protocol (based on the size of the phantom CATPAHN 600) for four models of CT scan. - Developing a methodology to adapt the GOP to five sizes of pediatric patient using Size Specific Dose Estimate calculation (SSDE). - Evaluating subjective and objective image quality between size-based optimised CT protocol and age-based CT protocols. - Developing a CT protocol optimization tool and a tutorial helping the radiologists in the process of optimization.Depuis le début des années soixante-dix, le nombre de scanners par hôpitaux n’a fait qu’augmenter et leur utilisation est de plus en plus fréquente. Même si cette technique permet de donner des informations cliniques précieuses, elle a un revers qui est l’exposition du patient à des rayonnements ionisants. La sensibilité des enfants aux rayonnements est plus grande que celle des adultes, les enfants ont une espérance de vie importante et ont donc plus de risques de développer des cancers dans le futur. Il y a donc nécessité de tenter de réduire la dose au patient.La qualité de l’image qui dépend de la dose de ces rayonnements a toujours été privilégiée et a conduit à une dose délivrée au patient insuffisamment maitrisée. Les radiologues ont donc essayé de diminuer la dose absorbée tout en gardant une qualité diagnostique d’image acceptable mais ces modifications se font souvent de manière empirique et donnent des résultats aléatoires.Cette thèse vise donc à développer des stratégies d’optimisation sur les protocoles cliniques en utilisant des méthodes de simulation et de modélisation permettant de comprendre l’influence des paramètres des protocoles sur les indicateurs de qualité d’image et sur la dose délivrée au patient. La finalité de ce travail est de pouvoir proposer des solutions pour optimiser la pratique. Ce travail se divise en quatre parties :La première partie porte sur la modélisation de l’influence des paramètres des protocoles scanographiques sur deux indicateurs de qualité d’image (le bruit et le rapport contraste à bruit) et un indicateur de dose (Indice de Dose en Scanographie Volumique ou IDSV) en utilisant la méthodologie des plans d’expériences. L’ensemble des expériences ont été effectuées sur un fantôme de mesure de qualité d’image de type CATPHAN 600. Cette méthode a ensuite été appliquée à quatre modèles de scanners (General Electric, Siemens, Toshiba et Phillips).La seconde partie traite du développement d’un Protocole Générique Optimisé (PGO) pour la région de l’abdomen. A partir des modèles développés dans la première partie, nous avons pu recalculer les paramètres du protocole « Abdomen » permettant d’obtenir le meilleur compromis entre la qualité d’image et la dose délivrée la plus basse possible. Cependant, ce protocole ne prend pas en compte les données morphologiques des patients (taille, diamètre effectif). Un PGO a donc été développé pour chaque constructeur pour pouvoir être ensuite adapté en fonction de la morphologie des patients pédiatriques.A partir des données des modèles développés, du PGO et des travaux réalisés par le groupe 204 de l’Association Américaine de Physiciens Médicaux (AAPM) sur le développement d’un estimateur de dose morphologique ou Size Specific Dose Estimate (SSDE), un PGO recalculé pour cinq morphologies de patients pédiatriques et pour quatre modèles de scanners a été réalisé. Ces protocoles optimisés en fonction de la morphologie du patient ont ensuite été comparés avec des protocoles de routine clinique lors d’une évaluation subjective de la qualité d’image pour chaque morphologie étudiée.Enfin l’ensemble des résultats ont permis le développement d’un outil d’aide à l’optimisation permettant à l’utilisateur de générer un protocole optimisé en fonction du modèle de scanner, de la morphologie du patient, du niveau de bruit et du niveau de contraste à bruit souhaité