Utilisation médicale des rayonnements ionisants PDF

Utilisation médicale des rayonnements ionisants Objectifs : connaitre les principales utilisations médicales (diagnostiques et thérapeutiques) des RI. - Lutte contre une sur utilisation des RI et radiophobie - Connaitre les principaux risques et contre-indications Plan : 1. Utilisation en Imagerie 2...

Utilisation médicale des rayonnements ionisants Objectifs : connaitre les principales utilisations médicales (diagnostiques et thérapeutiques) des RI. - Lutte contre une sur utilisation des RI et radiophobie - Connaitre les principaux risques et contre-indications Plan : 1. Utilisation en Imagerie 2. Utilisation en thérapie 3. Utilisation en recherche UTILISATION EN IMAGERIE a. Généralités sur l’imagerie b. Les explorations par rayons X (radiographie et tomodensitométrie X) c. Les explorations par isotopes (médecine nucléaire) d. Les explorations hybrides QUESTIONNAIRE D’AUTO-ÉVALUATION CORRECTION : Question 1 : BD En radiologie l’imagerie planaire est peu irradiante, simple d’utilisation et facile d’accès en clinique cependant, elle a pour un inconvénient le manque de sensibilité causée par la superposition des organes. Question 2 : ACD L’imagerie en coupe est une coupe qui permet d’identifier sur 360° les organes d’un patient. Elle est utilisée en tomodensitormétrie à Rayon X (scanner) , en tomographie d’émission de Positons (TEP) et en Tomoscintigraphie. Question 3 : A L’atténuation en TDM est exprimée en unités Hounsfield SUV : tepscan pour mesurer l’intensité de fixation SUVr : fixation d’un organe p/r à un autre en TEP Question 4: ABCD Concernant les unités Hounsfield (UH) Eau = 0 UH env. Air = -1000 UH env. Graisse = -80 à -120 UH env. Os = plusieurs centaines d’UH Les UH permettent d’identifier la nature d’un tissu ou d’une image p/r au Rayonnements qui l’ont traversé Question 5 : AB La radiographie pulmonaire est une imagerie anatomique (=morphologique) La TDM-X est une imagerie Anatomique La scintigraphie est une imagerie fonctionnelle Question 6 : AB La scintigraphie osseuse est une imagerie fonctionnelle. Elle étudie la capacité du squelette osseux à se reconstruire. Elle consiste à injecter des biphosphonates marqués au TC99m (Tecnitium = traceur radioactif détecté par l’appareil de scintigraphie). Pour être injecter, le TC doit être associé à une molécule qui cible le métabolisme osseux Elle est peut être utilisé en cancérologie, en rhumatologie ou en traumatologie. Question 7 : ABCD L’imagerie hybride est l’association d’une imagerie anatomique et d’une imagerie fonctionnelle. L’imagerie hybride peut associer TEP et TDM dans une seule machine = TEP-Scan Elle peut associer TEP et IRM dans une seule machine = TEP-IRM Elle peut associer scintigraphie et TDM dans une seule machine = Scinti-Scanner Cela permet d’associer l’information anatomique d’un organe et l’étude de son fonctionnement. 1 sur 5 Question 8 : AC Le 18F-FDG est le plus utilisé et peut être transporté en avion. Il n’est pas contre-indiqué en cas de terrain allergique contrairement à certains produits de contraste utilisé en radiologie anatomique. Sa demi-vie est d’env. 2h. C’est ce qui lui permet d’être transporté sur de moyens parcours Question 9 : A Le 18 F-FDG est un glucose marqué chimiquement au fluor 18 (produit du cyclotron). Ce n’est pas le traceur idéal pour explorer le cancer de la prostate car il ne consomme pas bcp de glucose pour progresser. Il n’est pas contre-indiquer en cas d’insuffisance rénale et ne peut-ê détecté par une gamma caméra mais par un TEP-Scan Question 10 : AD L’image ci contre est un TEP- Scan (ou TEP-TDM). On note la présence d’une opacité parenchymateuse pulmonaire hypermétabolique. Elle se situe a/n du Lobe Supérieur Gauche et non LSD Pour la lecture d’imagerie en coupe, il y a une inversion de la D et de la G ( bref comme en Anat quoi ) L’anomalie est quantifiable, SUV max = 10 C’est probablement un cancer pulmonaire à gauche 2 sur 5  L’imagerie médicale L’imagerie médicale est un outil à la disposition du médecin pour aider à faire un diagnostique grâce à une image. Il existe plusieurs techniques : - avec des rayons (radiologie : radiographie/ scanner ; médecine nucléaire : scintigraphie / TEP...) - Sans rayons (échographie, IRM) L’imagerie médicale peut ê classifiée selon le type d’imagerie. L’imagerie morphologie (anatomique) vise à étudier l’aspect extérieur d’un organe (description, mesure... ) tandis que l’imagerie fonctionnelle (métabolique) permet d’étudier comment fonctionne l’organe L’imagerie médicale est une représentation du corps humain sous forme de points. Chaque point présente des propriétés physiques différentes et est définie par des coordonnées X Y Z. C’est un moyen de mesurer un signal, un nombre caractérisant une mesure physique au niveau d’un point du corps humain. Cela équivaut à représenter les propriétés physiques de chaque point, de définir les répartitions spatiales et dire si la représentation et la répartition sont normal ou non. La mesure physique que l’on obtient soit par un appareil (scanner, scintigraphie ou radiologie) nous donne une information technique chiffrée. - La densité des tissus responsable de l’atténuation des rayons X (radiographie et tomodensitométrie X) - La concentration de radioactivité détectée dans un organe ( la médecine nucléaire) De nos jours, l’imagerie médicale est plutôt digitale (numérique) contrairement à avant, elle était analogique Numérique signifie codé de façon binaire, en 0 ou 1 Pixel : unité élémentaire de l’image (picture cell) (picture x element) Voxel : volume élémentaire d’une image 3D (volume x élément) Une matrice :nombre de pixels dans le champs de vue. ex: une matrice de 10 cm : 10x10 = 100 petits carrés de 1cm On retrouve les notions énoncées ci-dessus pour l’imagerie planaire, l’imagerie en coupe (tomographie), l’imagerie 3D/4D (cinétique) L’image planaire Ici on voit une radiographie des poumons. C’est un examen peu irradiant et simple à obtenir. Il n’est pas cher (bon marché). Il est peu sensible cad que sa capacité à détecter des lésions est faible. Cependant (inconvénients) , la partie blanche du milieu représentent plusieurs organes superposés ( coeur, vsx, trachée). Le caractère planaire ne permet pas de les identifier clairement. L’image 2D/3D À l’inverse de l’img planaire, l’image tomographique est une coupe sur 360° ( équivaut à faire 360 img planaires autour du patient). Elle permet d’identifier plus facilement les structures superposées sur l’img planaire. Scanner thoracique du même patient précédent. Ce mode d’acquisition en scanner délivre plus de rayonnements au patient car on réalise plusieurs images autour de lui. C’est plus couteux, mais apporte plus d’informations donc cette technique est plus sensible que l’img planaire. 3 sur 5 De façon générale en imagerie on peut caractériser une image par plusieurs paramètres : - l’intensité du signal - Les contraste - Le bruit - La résolution Le signal est un nombre caractérisant la mesure physique, c’est l’intensité du pixel. À chaque valeur on donne une correspondance en niveau de gris ou une échelle de couleur. Ici le noir : 256 ; blanc-gris : 0. De la même façon sur l’échelle de couleur on a une correspondance entre une valeur et la couleur représentée. Scanner cérébrale en échelle de gris TEP cérébral en échelle de couleurs On utilise différentes échelles car l’oeil humain est capable de différencier environ 200/250 niveaux de gris on l’utilise pour une représentation grossière de la structure. Tandis qu’il peut différencier 2 millions de couleurs, on l’utilise pour plus de précision. On choisit l’échelle en fonction de l’examen. Le contraste est une propriété intrinsèque d’une image qui quantifie la différence de luminosité entre les partie claires et sombres d’une image Mauvais contraste: image claire sur fond clair ; bon contraste : img foncée sur fond claire Avec un bon contraste, on identifie mieux la structure Le bruit est toujours présent dans l’image. C’est le système aléatoire que le système recueille de l’environnement tout en essayant d’acquérir l’image de l’objet. L’image finale est l’addition de l’objet au bruit. On doit alors avoir un bon rapport signal/ bruit qui est important pour la qualité de l’image. Plus on augmente la capacité de détection d’un objet de mesure, plus on récupère de la précision de l’objet initial. Mais en augmentant cette capacité initiale, on augmente l’entrée du bruit qui va dégrader l’image finale. 4 sur 5 La résolution spatiale est une mesure de la finesse des détails d’une image pour une dimension donnée. C’est un nombre de pixel par unité de longueur et indique la capacité à voir les détails de l’objet. Plus l’appareil à une bonne résolution, mieux on pourra distinguer des structures de petites tailles rapprochées. Tous les systèmes d’imageries dégradent la réalité. Le résultat est tjrs un peu déformé p/r à l’organe initiale. Le défi est que la déformation soit la plus faible possible afin d’établir un diagnostique plus précis. Cela ouvre une voie importante pour la recherche industrielle et technologique. Beaucoup d’ingénieurs et de chercheurs travaillent de façon importante sur la qualité de nos machines. Il y a quelques années, chaque industriel qui produisait sa machine de détection possédait son language informatique. Ex : Un patient qui passe un scanner sur une machine X ne pouvait pas être lu sur un ordi adapté à la machine Y. => compliqué pour le transfert d’image, la demande d’avis, la ré-interprétation d’image, ou la relecture d’un centre à un autre. Les industriels se sont alors réunis afin de déterminer un format unique international d’échange et d’archivages d’images médicales. Il est actuellement utilisé et existe depuis 1985. C’est le «Digital Image Communication in medicine » = DICOM IMAGERIE ANATOMIQUE Elle est indispensable et fournit de nombreuses informations. - la région explorée est elle indispensable ? - Existe-il une structure anomale ? - Quelles sont ses dimensions ? - Où se trouve-elle exactement ? - Prend-elle la place d’une autre structure ? - Est-elle de forme régulière ou irrégulière ? - Est-elle homogène ou hétérogène ? Avec Rayonnement : radiographie, tomodensitométrie Sans rayonnement : échographie, IRM Les explorations par rayons X (radiographie, tomodensitométrie X) Les rayons X sont des ondes électromagnétiques produites par décélération d’éléctrons. A l’intérieur des machines, il y a un élément qui permet la production de rayon X, il est appelé tube à rayons X. Ce tube permet de produire des électrons par un filament conducteur chauffé. Il permet l’attraction des électrons vers une cible métallique portée à une très forte tension positive (anode) p/r au filament (cathode) Une décélération brutale des électrons arrivés sur l’anode va permettre la libération d’énergie cinétique qui va se transformer en chaleur ++ et peu de rayons X. Les rayons X permettent d’organiser l’imagerie mais la chaleur produite est un obstacle. C’est pour cela qu’ l’intérieur de ces machines, il y a une machinerie spécialisée pour la réduction de chaleur. 5 sur 5  Utilisation en imagerie partie 1.b NB: rayons X= rX Tubes à rayons X Sur ce schéma on a le principe du tube à rayons X avec les éléctrons incidents qui vont rencontrer un nuage éléctronique (négatif). Ces éléctrons incidents vont être déviés et ralenti permettant le dégagement des rX et de chaleur. 1 Ces tubes à rayons X ne sont pas très grands (à peine plus qu'un stylo), assez onéreux et sont présents dans les appareils de radiographie standards et les scanners à rX. Les explorations par rayons X 2 Pour obtenir l'image, l'appareil va emettre des rayons X grâce à son tube à rayons X. Ces rayons X vont rencontrer un objet (soit le patient). Et derrière la patient il y a un détecteur qui va permettre de détecter le rayonnement transmis après avoir traversé le corps du patient, pour former une image (exemple: la radiographie pulmonaire en bas à gauche). Le tube à rayons X va donc émettre des rayons qui vont rencontrer différentes structures qui composent le corps du patient. Ces rayonnements vont plus ou moins traverser ces structures en fonction de leur densité, de leur capacité à arrêter ou laisser passer les rX, pour atteindre le détecteur de l'autre côté du patient. Le patient va en fait attenuer (ou non) les rX transmis. Le détecteur mesure en quelques sortes l'attenuation des rX par le patient. Plus la structure est dense, plus elle bloquera/attenuera les rX. ET INVERSEMENT. Cette attenuation va être représentée pixel par pixel avec un chiffre qui correspond et indique le degré d'attenuation du rayonnement. Ce chiffre va être relié à une echelle de gris, qui va au final composer l'image. La formation de l'image est donc basée sur une différence de passage des rX au niveau du patient. 3 Plus le rayonnement est fort, plus on a de chances d'en récupérer au détecteur. Ce qui se traduit par une capacité d'adaptation: pour obtenir une bonne radiographie d'un patient corpulent, il faudra l'action plus de rX que pour un patient plus maigre (et donc de moindre épaisseur). Si on envoie la même quantité de rX et donc la même énergie sur un patient corpulent et sur un patient maigre, la qualité de l'image du patient maigre sera supérieure à l'image du patient corpulent. Plus la structure est épaisse, plus il faut d'énergie et donc de rayons plus importants. Evidemment, les densités diffèrent en fonction de la structure: le parenchyme pulmonaire arrête très faiblement les rayons, contrairement aux os; ce qui donnera des images différentes dues aux diférentes atténuations des structures. L'attenuation est une valeure numérique. 4 Image planaire, et image en coupe Image planaire Ici une radiographie pulmonaire. On voit donc plusieurs structures à différentes densités. Les poumons sont représentés en noir sur l'echelle de gris, ce qui signifie qu'ils n'ont pas arrêté les rX. En blanc, le gril costal (côtes et clavicule), qui a une densité radiologiue élevée soit une forte attenuation des rayonnements: il est donc représenté dans la couleur opposée à celle du parenchyme pulmonaire. Au milieu, on a une structure blanche qui a également atténué les rX émis par le tube à rX. Dans cette structure médiane plusieurs organes sont superposés: le coeur, des vaisseaux, des ganglions...c'est le médiastin. 5 => C'est un des inconvénients de l'image planaire: la superposition des organes alignés. C'est donc intéressant de multiplier les incidences: avoir une incidence de profil, de face, ou oblique éventuellement; ou encore réaliser plusieurs images planaires sur 360 degrés (=mode tomographique, plus sensible pour détecter et différencier les objets alignés). Il est important de différencier ces 2 modes d'acquisitions d'images que sont le mode planaire et le mode tomographique. Le mode tomographique (image en coupe) 6 Il permet une image en coupe et une meilleure détection des structures qui auraient pu être superposées dans le mode planaire. Le tube à rX est mobile, le schéma illustre le fonctionnement du scanner. Le détecteur mesure l'incidence de rX et enregistre des chiffres (différence de densité), qui vont être recueillis dans une matrice qui représente les différents pixels. Ils seront ensuite traités par des ordinateurs très puissant pour créer l'image (cf le scanner thoracique, ou pulmonaire du patient, à gauche) 7 "Fun" facts (importants quand même hein) Les Beatles...mais keske ??? :/ En fait, les Beatles ont participé au financement de la recherche pour la production du premier scanner à usage médical. C'est donc grâce à leurs subvensions que le premier scanner s'est développé ! C'est Mr HOUNSFIELD qui a obtenu le prix nobel en 1979 grâce à son travail sur la réalisation du premier scanner. En haut à gauche on voit une représentation d'un scanner 8 cérébral. Avant: 1 coupe en 10 minutes... Maintenant: 320 coupes en moins d'une seconde. Cadeau by me: en théorie, un scanner actuel est donc plus de 192 000 fois plus rapides que le tout premier! Coefficient d'attenuation Le scanner à rX permet, comme on l'a dit, de mesurer un coefficient d'attenuation. Ce coefficient diffèrent en fonction des tissus et permet de caractériser un tissu. Ces chiffres sont importants à connaître, bien considérer le signe (+ ou -) !!! L'eau n'est jamais pure dans le corps du patient donc en pratique on est plutôt sur une valeur de coefficient entre 0 et 10-15. La graisse atténue très peu les rX (-80 à 120), mais plus que l'air (-1000). Attenuation des rX plus importante chez l'os ! Les Unités Hounsfield (UH) 9 A gauche on a le scanner cérébral, à droite la matrice avec les différenets unités Hounsfield que ce scanner représente. Chaque chiffre est relié à une image de couleur qui donne ensuite l'image du scanner. Le scanner à rX n'est qu'une mesure du coefficient d'attenuation des UH pixel par pixel, que l'on traite ensuite avec de puissants ordinateurs. Ici, 3 image de scanner cérébral. Sur les images: A gauche: une densité normale. 10  Au milieu: en noir une faible densité (hypodensité)*. Les rayons X sont moins stoppés. A droite: en blanc une forte densité (hyperdensité)*. Les rayons X sont plus stoppés. *Ces 2 mots constituent la terminologie correcte à utliliser. On désigne aussi l'hyperdensité par "l'opacité". Le crâne (os) possède donc une hyperdensité ou opacité: il arrête les rayons X. Attention, ne pas mélanger droite et gauche !!! Toujours, le lecteur regarde le patient par le haut: la gauche du patient est à la droite du lecteur, et la droite du patient est à la gauche du lecteur. C'est ce qu'on appelle la convention radiologique. Elle doit être appliquée sur toutes les imageries en coupe. Elle est très importante pour décrire une image et comprendre les descriptions d'un compte-rendu radiologique. -Concernant l'image du milieu: l'hypodensité de droite correspond à une sequelle d'AVC, soit une obstruction d'une artère par un cailleau, entraînant une nécrose du tissu cérébral non approvisionné en sang. Cette nécrose s'est transformé en une zone liquidienne, ce qui explique l'hypodensité. -Concernant l'image de droite, on observe une hyperdensité également à droite: c'est un saignement. Il s'agit d'une hémmoragie cérébrale droite récente. Elle semble faire dévier la ligne médiale du cerveau vers la gauche car l'hématome repousse les structures. Un saignement récent contient des gluboles rouges avec le fer qui est présent au niveau du saignement. Ce dernier a une densité élevée et arrête donc les rX, d'où la couleur blanche. Fenêtrage On va pouvoir varier l'echelle de densité avec un fenêtrage. On peut avoir une echelle très grande, par exemple entre -1000 et 1000 UH. A contrario on peut se concentrer sur une partie de l'echelle et l'agrandir, dans le but de mieux définir les structures. 11 Ci-dessous, au lieu d'utiliser une echelle de -1000 à 1000, on va choisir une echelle beaucoup plus restreinte: entre 35 et 40 UH (fenêtrage en violet). Tout ce qui est au dessus de ces UH va paraître très hyperdense (on ne pourra pas faire la différence entre les unités allant au delà de l'echelle). Inversement, au dessous de l'echelle toutes les structures se mélangent et sont hypodenses. Ainsi, on différencie mieux les structures à/n de l'echelle choisie. 12 A/n de cette même echelle, le schéma ci-dessous nous montre que ce qui est autour du 39-40 va apparaître hyperdense, et ce qui est autour du 35-36 va apparaître hypodense. Tout est question de relativité: les structures à 39-40 sont plus denses que les 35-36. Restreindre la fenêtre de mesure, c'est donc se focaliser sur un plus petit intervalle de mesure pour la rendre plus précise sur un intervalle de UH particulier. Ci-dessous, on a le même scanner thoracique mais avec des fenêtres différentes: à gauche, des densités basses pour indentifier le parenchyme pulmonaire (hypodense). Les structures avec des densités plus élevées ne sont pas identifiables (os, vaisseaux, parties molles). A l'inverse, l'image de droite s'intéresse à de structures de densité plus élevées. Les densités basses ne sont pas analysables. Le parenchyme apparaît sous forme de structure noire et on ne peut pas voir ce qui s'y passe. On peut cependant différencier les structures hyperdenses de façon plus aisée: parties molles, os, et vaisseaux sont identifiables. 13 Donc, les fenêtres ci dessous sont respectivement dites "médiastinales" et "parenchymateuse". Prenons l'exemple des 2 fenêtres ci dessous: Celle de gauche est inadaptée à l'exploration osseuse car elle est parenchymateuse (centrée sur des basses densités). L'adaptation se fait donc par ordinateur avec des fenêtres au préalable identifiées pour faciliter le travail du radiologue. Une fenêtre adaptée permet la meilleure exploration des structures choisies (ici les os). On se concentre sur les structures qui nous intéresse: on ne peut pas étudier les autres. 14 NB: le patient n'a pas subi 2 radios. C'est la même image, simplement traitée par ordinateur pour permettre l'exploration de structures de différentes densités. Le contraste Le contraste est important dans l'image pour augmenter les performances diagnostique. Ces produits iodés ont une densité élevée, et donc une forte atttenuation des rX augmentant ainsi le contraste. Attention: vérifier les antécedents du patient, étudier la fonction rénale du patient avec une prise de sang (car c'est le rein élimine les produits iodés) Ici, à gauche de cette diapo: un scanner thoracique en fenêtre médiastinale sans injection de traceur iodé. 15 A droite: même scanner, mais avec injection de produit médiastinal. Les ventricules cardiaques et l'aorte sont nettement réhaussés après injection de produit de contraste: la lumière est remplie de ce produit, qui modifie la densité et la qualité de l'image, qui augmente la performance de l'acquisition, pour ainsi différencier les structures en fonction de leur comportement face au contraste. Contre-indications Les examens radiologiques sont très intéressants et apportent à la médecine. Cependant, il y a des contre-indications qu'il faut respecter. Par ailleurs, il faut peser le pour et le contre et étudier le bénéfice-risque de l'irradiation qui va être délivrée au patient. 16 La grossesse et les allergies sont des contre-indications relatives. Grossesse: l'examen, qui irradie la femme enceinte et son foetus, peut tout de même être réalisé si le pronostic vital de la patiente est engagé et si il est absolument nécéssaire. Dans le cas contraire, on préfère réaliser l'examen après l'accouchement. Allergie: la contre-indication dépend du degré de manifestation de l'allergie. Voici les différents types d'imagerie. Good luck partners