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Qualité d’image des radiodiagnostics réalisés par rayonnements X | radioprotection du patient

Le 18 septembre 2018

industrie Normes Radioprotection médicale Radioprotection vétérinaire Technologies

Qualité des images obtenues
par émissions de rayonnements X
radioprotection du patient

Déjà 40 années de technologies pour améliorer la qualité d’image et le niveau de dose des radiodiagnostics réalisés par émissions de rayonnements X

En 40 ans, les moyens technologiques visant à doper ou améliorer la qualité des images produites par émissions de rayonnements X ont considérablement évolué, et s’inscrivent depuis qu’ils existent dans une démarche pour l’appréciation des effets rendus et donnés aux images en gardant plus ou moins un « oeil ouvert » sur le rapport relatif à la dose délivrée.

Si vous lisez cette article, vous savez certainement déjà que la « radioprotection » vise aussi réduire ou empêcher tout effet nocif induit par des rayonnements ionisants sur les personnes aux moyens de postures, de comportements, de surveillance, de protocoles qui améliorent les actions de prévention pour la surveillance des expositions répétées sur tout organisme vivant.

Rayonnements X et radioprotection des opérateurs, du patient, du public. Une « équation indivisible » à 4 variables

Les rayonnements X sont depuis longtemps employés en imagerie industrielle pour diagnostiquer des anomalies et en imagerie médicale pour sauver des vies ( ou des altérations faites à notre organisme ). Leur dangerosité, vis-à-vis d’expositions répétées pour le public comme pour le travailleur est connue. C’est pourquoi le risque d’exposition(s) doit être contenu et optimisé sans cesse au regard du « bénéfice médical » qu’il apporte.

« Le médecin prescripteur de l’acte doit s’assurer de l’avantage médical direct et qu’aucune autre technique d’efficacité comparable comportant de moindres risques ou dépourvue d’un tel risque n’est disponible […] et ce pour que le bénéfice pour le patient reste supérieur au risque d’exposition aux rayonnements X.»
réf. Décret n°2003-270 | Article R. 43-51

Nul n’ignore aujourd’hui que les spécialistes tels que les chirurgiens, neurochirurgiens, cardiologues, urologues, rhumatologues, orthopédistes, médecins vétérinaires, dentistes utilisent les rayonnements X pour guider leurs gestes opératoires.

Pour autant chez l’enfant, et pour ne prendre que cet exemple, l’optimisation est d’autant plus justifiée que la radiosensibilité des organes est supérieure à celle d’un adulte. Son « espérance » statistique théorique au regard de son âge et du « risque d’expositions répétées aux rayonnements ionisants » permet d’entrevoir des dommages cellulaires collatéraux radio-induits, plus élevés.

Quelles dispositions sont prises par les établissements médicaux pour « améliorer la qualité des images, au profit de la dose » ?

Même encore de nos jours certains équipements de radiodiagnostics de dernière génération mettent en avant des qualités d’images irréprochables, voir même surprenantes, quelques fois au « mépris de la dose affectée au patient ».

Forcé de constater que plus on augmente la dose (comprenez la « puissance d’émissions des photons X »), plus belles seront les images !

Un risque d’exposition contenu si il est « ponctuel », mais pas « anodin » s’il le patient est susceptible de multiplier les examens de radiodiagnostics.

Comment s’assurer de la juste dose pour une image de qualité pour le patient ?

Cette notion de bénéfice-risque pour le patient peut bien souvent sembler flou et complexe au regard de diverses notions qui échappent au principal intéressé :

la compréhension de la dose qui lui est affecté au cours de l’examen radiologique,
la pertinence du réglage de l’équipement de radiodiagnostics par l’opérateur médical en charge du radiodiagnostics à réaliser (bassin, crâne, épaule, thorax, etc. ),
la technologie des capteurs plans qui assure l’acquisition d’image par rayonnements X,
l’amoindrissement de la qualité des images numériques produites par rayons X ou pluie de photons X (technologie « RainFlow ») induit par le vieillissement, la dégradation lente et inéluctable des semi-conducteurs (technologie IGBT, MOSFET, CMOS ) qui peuvent induire avec le temps des altérations de la netteté et de la lisibilité de l’image.

Ces questions font naître peu à peu un intérêt central portant sur la surveillance de la qualité des radiodiagnostics pour le patient et des soins médicaux qui y sont liés. En 2018, dans un contexte ou la qualité des soins médicaux présente un enjeux central l’ansm décide de démocratiser les contrôles périodiques de qualité d’images.

Le « contrôle technique en radioprotection » peut aussi intégrer la vérification des critères de qualité d’image au regard de la dose

Impulsé par le conseil de l’union européenne, l’ASN en concertation avec les services du ministère de la Santé et les professionnels de santé, De nouvelles actions visent à renforcer la justification et l’optimisation de l’exposition aux rayonnements x à des fins médicales, et réduire ainsi les doses de rayonnements ionisants délivrées aux patients.

Le contrôle technique en radioprotection annuel couplé au contrôle qualité des images et des doses affectées au patient est à ce jour indispensable pour au bon déroulement des radiodiagnostics médicaux.

Évolution technologique des équipements de radiodiagnostics. Quelles influence pour la « netteté des images »?

Qualité de l’image produite par émissions de « rayonnements X »

L’industrie médicale est en perpétuelle évolution pour permettre des diagnostics médicaux toujours plus précis avec comme vision l’amélioration de la qualité des images par rayonnements X et une exploration plus poussée de l’anatomie via des technologies sans cesse renouvelées.

De 1980 à 1990

Cette époque signe l’avancée significative des générateurs à rayonnements X qui dissipent un faisceau plus homogène par l’émission d’une pluie de photons X ( technologie » RainFlow « ) , c’est l’apparition des générateurs à haute fréquence dont l’un des principaux avantages sera la réduction de l’encombrement des technologies embarquées et la réalisation d’équipement de radiodiagnostics plus compact.

La réduction de la taille des transformateurs à haute tension et des composants secondaire, tels que les cartes à induction et les condensateurs des circuits analogique fonctionnant par résonance constitueront un défit majeur, relevé haut la main .

En effet, en augmentant la fréquence pour un nombre équivalent de spires, on obtient une tension par enroulement plus élevée. les industriel ont ainsi pu diminuer significativement la masse du matériau magnétique.

De plus l’apparition de matériaux magnétiques plus efficaces, tel que le spires en nano-cristallin ont permis aux nouveaux transformateurs de contribuer à l’augmentation des performances et à la diminution de leur encombrement.

à ce jour

« Orientation et modulation électrostatique » du faisceau d’électrons des tubes radiagènes de nouvelles générations

Les « nouvelles générations d’équipement de radiodiagnostics » tel que les scanners produisent des images en coupes par rayons X qui ont désormais une fonction supplémentaire complexe permettant de contrôler la dimension du faisceau de rayonnements X qui se dissipe par l’émission d’une pluie de photons X ( technologie » RainFlow « ).

Le couple générateur-tube à rayons X fonctionne désormais de la manière suivante :

« Le générateur fournit de part et d’autre de la cathode du tube des tensions variables vers des électrodes électrostatiques dotée d’un pouvoir magnétique qui impose par polarisation du faisceau d’électrons permettent de bombarder l’anode du tube radiagène, selon des critères de modulation de tension appliquée permettant de définir une taille, une position et un alignement faisceau ou flux de photons X dirigés sur par exemple un patient.»

Cette technique permet ainsi un déplacement angulaire et dimensionnel du faisceau de rayonnements X qui se dissipe par l’émission d’une pluie de photons X.

Technologie d’acquisition d’image « RainFlow » par émissions d’une pluie de photons X à double énergie.

La technique d’acquisition d’énergie par double couche ou par double énergie en tomographie permet de séparer des éléments qui ont des densités tomographiques ou biologiques similaires, mais avec des propriétés d’atténuation et d’absorption différentes permettant de distinguer précisément à l’image une différence de contraste entre des éléments tel que l’iode et le calcium.

Cette technique permet d’améliorer la qualité des images monochromatiques avec l’élimination de tendance utilisée jusqu’en 2015 qui consister à durcir le faisceau de rayons X.

Elle permet aussi de qualifier la densité des matériaux en plus de la composition de ces derniers. Pour cela, deux poses d’énergies différentes sont alternées : l’une à basse énergie par exemple 85 kVp et l’autre à haute énergie par exemple 135 kVp.

La génération actuelle utilisant la technologie « UltraFast kV » permet de distinguer les éléments au sein des organes qui ont des mouvements rapides tels que le cœur.

La constante demande de compacité du système qui accompagne le besoin d’intégrer de nouvelles fonctionnalités au sein d’un générateur à rayons X induit une multitude de changements dans le choix des composants avec une réduction des plages de reports des composants CMS et des marges de sécurité.

Les « semi-conducteurs » surchauffent-t-ils ?

Certaines études démontrent qu’il réside inévitablement des problèmes liés à la température des composants. Des problèmes thermiques qui ont une influence en matière fiabilité des composants embarqués dans les équipements de radiodiagnostics de dernière génération, altérant leur durée de vie et essentiellement la qualité des images .

Les « causes d’altération de la qualité d’image » sur les équipements de radiodiagnostics numérique de dernière génération

Une des principales défaillances des modules semi-conducteur (IGBT, IGBTS, MOSFET) est associée à la fatigue par délamination (décollement thermomécanique) de la connectique réalisées par brasures et liées à la semelle du semi-conducteur.

Technologie MOSFET (Métal Oxide Semiconducteur Field Effect Transistor & CoolMOS (CMOS)

Un condensateur plan qui compte deux armatures, l’une est une grille constituée d’un matériau à forte conductivité en poly-silicium, et l’autre, une armature de type semi-conducteur dopé alternativement par des ions Positif « P » ou Négatif « N » qui seront déterminant pour définir l’analyse du signal et le rendu d’image.

Cette couche d’isolant SiO2 est déposée par oxydation à la surface du semi-conducteur.

Selon le type d’examen médical, il peut exister plusieurs types d’acquisition d’image avec la technologie « RainFlow » qui consistent à l’émission d’une pluie de photons X sur une zone à radiodiagnostiquer pour une durée qui peut varier de quelques millisecondes à une minute.

Par exemple la durée d’un examen médical au bloc opératoire par radiodiagnostics peut atteindre dans certains cas jusqu’à 5 minutes.

Du fait, les composants électroniques de puissance et les semi-conducteurs sont utilisés de manière très intermittente avec conséquemment un stress représentatif entraînant des phénomènes d’usure prématuré altérant la qualité des images et la durée de vie des équipements de radiodiagnostics.

Des risques de « micro-fissures » des semelles en poly-silicium?

Certaines études démontrent qu’au cours du temps, les « technologies semi-conducteur » peuvent présenter des signes d’affaiblissement, principalement au niveau de leur semelle. Avec principalement des risques des micro-fissures de la semelle en poly-silicium, altération thermomécanique des connectiques composant et des des défauts de polarisation.

Renforcer la justification et l’optimisation des doses de rayonnements ionisants délivrées aux patients

En 2018, les autorités compétentes réaffirment l’enjeux fort de mieux respecter la dose délivrée aux patients, en particulier lors des procédures de radiologie interventionnelle.

La transposition de la directive Euratom du 5 décembre 2013 fixant les normes de base en radioprotection devrait permettre d’accélérer la modernisation des équipements de radiodiagnostics.

La directive Euratom du 5 décembre 2013 rappelle l’importance de maîtriser les doses délivrées aux patients bénéficiant d’examens d’imagerie médicale, pour ce faire, 3 actions deviennent prioritaires :

Promouvoir le bon usage des examens d’imagerie médicale
Déployer la formation continue des professionnels réalisant les actes d’imagerie à la radioprotection des patients et du personnel
Impliquer les acteurs de la radioprotection médicale pour optimiser les doses délivrées aux patients.

L’avis n° 2018-AV-0311 de l’ASN du 24 juillet 2018 souligne l’importance de plusieurs actions nouvelles, notamment :

Favoriser et faciliter les échanges de données d’imagerie entre professionnels de soins pour permettre un meilleur suivi des doses délivrées aux patients
S’assurer que les équipements émetteurs de rayonnements ionisants soient effectivement dotés d’un dispositif opérationnel d’estimation de la dose délivrée aux patients.

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