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Doses d’exposition des examens radiologiques thoraciques
Revue des Maladies Respiratoires (2010) 27, 644—650
FICHES TECHNIQUES EN IMAGERIE THORACIQUE Coordonnée par G. Ferreti
Doses d’exposition des examens radiologiques thoraciques Radiation doses of radiological examinations of the thorax G. Ferretti a,∗,b, A. Jankowski a,b a
Pôle d’imagerie, université J.-Fourier, clinique universitaire de radiologie et imagerie médicale, CHU de Grenoble, BP 217, 38043 Grenoble cedex 09, France b Inserm U 823, institut A.-Bonniot, La Tronche, France Rec ¸u le 1er octobre 2009 ; accepté le 1er mars 2010
MOTS CLÉS Scanner ; Radiographie ; Irradiation des populations ; Réduction du dose
KEYWORDS Computed tomography; Radiography; Patient exposure; Dosimetry; Dose reduction
∗
Résumé L’imagerie thoracique a pris une place majeure dans l’arsenal des techniques diagnostiques non invasives à disposition du spécialiste du thorax. Les techniques utilisant des rayonnements ionisants sont les plus utilisés (radiographie, scanner, médecine nucléaire). Les indications des examens d’imagerie se multiplient alors que la facilité de réalisation des examens n’a jamais été aussi grande. L’irradiation médicale des patients est donc en augmentation. Le but de cette fiche est de donner des notions simples concernant l’irradiation distribuée par les examens de radiologie, de rappeler les risques inhérents à l’irradiation et de préciser les moyens de réduire l’irradiation des populations. © 2010 SPLF. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
Summary Thoracic imaging plays a major role in the non-invasive approach to the diagnosis and management of thoracic disease. Techniques that use ionizing radiation (radiography, computed tomography, nuclear medicine) are the most useful approaches for imaging the thorax. Both the availability and the clinical indications of these imaging procedures are growing rapidly, which means that the radiation dose that patients may receive is increasing. The goal of this paper is to review briefly the factors that determine the radiation dose, to highlight the risks associated with radiation exposure, and to describe the techniques that can be used to reduce the radiation dose that patients with respiratory disease are exposed to. © 2010 SPLF. Published by Elsevier Masson SAS. All rights reserved.
Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (G. Ferretti).
0761-8425/$ — see front matter © 2010 SPLF. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.rmr.2010.03.024
Doses d’exposition des examens radiologiques thoraciques L’imagerie thoracique offre une vision anatomique du thorax et a pris une place majeure dans l’arsenal des techniques diagnostiques non invasives à disposition du spécialiste du thorax. Pour des raisons physiques, la place des techniques non irradiantes (échographie, IRM) est restreinte en imagerie thoracique, laissant une place prépondérante à la radiographie, au scanner et à la médecine nucléaire. Si la radiographie thoracique reste l’examen d’imagerie le plus pratiqué dans notre pays, la TDM introduite à la fin des années 1970 a connu un développement majeur au niveau du thorax. Les développements techniques successifs ont progressivement permis de remplacer ou de réduire les indications de certains examens plus irradiants ou plus invasifs : tomographie, bronchographie, angiographie pulmonaire, cavographie, scintigraphie de ventilation-perfusion, thoracotomie exploratrice, biopsie pulmonaire chirurgicale. Ces évolutions se sont accompagnées d’une réduction drastique de la durée de l’acquisition d’un examen, passant de 45 minutes à quelques secondes, qui associée à la diffusion des machines, a contribué à l’augmentation de l’offre tout en rendant cette technique accessible aux patients les plus fragiles et les plus jeunes. L’amélioration parallèle de la pertinence des explorations ainsi que l’application fréquente du principe de précaution a conduit à augmenter massivement le nombre de scanners pratiqués. Cette explosion des indications a cependant un prix : l’irradiation accrue de la population. Les polémiques à ce sujet ne manquent pas [1]. N’oublions pas, cependant, que la grande majorité de la population ne rec ¸oit aucune irradiation d’origine médicale, et qu’un petit nombre (souvent âgé de plus de 60 ans) rec ¸oit une dose importante, le plus souvent en rapport avec des maladies chroniques, en particulier des cancers et des maladies cardiovasculaires [1]. Ainsi l’irradiation médicale est devenue la première cause d’irradiation de la population, et elle s’accroît rapidement [2]. Quatre millions d’américains (2 % de la population) rec ¸oivent chaque année plus de 50 millisivert (mSv), soit la dose maximale autorisée pour les personnels des centrales nucléaires [3]. Le but de cette fiche est de donner des notions simples concernant l’irradiation distribuée par les examens de radiologie, de rappeler les risques inhérents à l’irradiation, de préciser les moyens de réduire l’irradiation des populations. • En l’imagerie thoracique, l’indication des examens invasifs a considérablement diminué. • L’amélioration technique et de la pertinence des explorations a notablement augmenté le nombre d’examens radiologiques effectués (scanner notamment), avec comme corollaire l’augmentation de l’irradiation des populations.
645 à RX et noyau atomique), mais dont l’énergie est suffisante pour produire des ionisations au sein des tissus. La dose absorbée par les tissus est exprimée en Gray (Gy), 1 Gy correspondant à un joule par kilogramme de matière. L’élément le plus marquant au sein des tissus biologiques est l’ionisation des molécules d’eau conduisant à la formation de radicaux libres OH− très réactifs avec leur environnement et en particulier avec l’ADN [4]. Deux effets délétères majeurs de l’irradiation sont décrits : • les effets déterministes n’apparaissent que pour une certaine dose d’irradiation (effet seuil) (dose supérieure à 2000 mGy) et résultent de la mort cellulaire. Ils sont localisés à la région irradiée, sous la forme d’érythème cutané, d’épilation ou de nécrose cutanée. En pratique diagnostique (TDM), ces effets ne sont pas décrits, compte tenu des faibles doses distribuées (dose cutanée de 20 à 40 mGy). Ils sont en revanche rarement observables en radiologie interventionnelle thérapeutique (embolisation, pose de stent, désobstruction vasculaire) ; • les effets stochastiques ou aléatoires résultent d’altérations de l’ADN chromosomique compatibles avec la survie des cellules. Les effets de ces altérations chromosomiques sont différents en fonction du type de cellules intéressées : cancérogenèse pour les cellules somatiques ou altérations génétiques transmissibles pour les cellules germinales. Les effets aléatoires sont indépendants de la dose d’irradiation et peuvent s’observer pour de faibles doses comme celles délivrées en imagerie diagnostique et en particulier en TDM. Ces effets dépendent du tissu irradié, de l’âge du sujet, de l’accumulation de dose dans la vie. Le risque des patients est relié à la dose efficace rec ¸ue par le patient, exprimée en Sievert.
• Au sein des tissus biologiques, les radiations provoquent l’ionisation des molécules d’eau, conduisant à la formation de radicaux libres OH− très réactifs, en particulier avec l’ADN. • À fortes doses (dose supérieure à 2000 mGy), les radiations ont des effets déterministes sur les tissus qui résultent de la mort cellulaire. • À faibles doses, on note des effets stochastiques ou aléatoires dus à des altérations de l’ADN chromosomique compatible avec la survie des cellules, ces altérations ayant des effets différents selon les cellules intéressées. • Ces effets stochastiques peuvent apparaître en imagerie diagnostique et en particulier en TDM.
Rappels sur les effets biologiques de radiations ionisantes
Irradiation de la population non soumise aux irradiations médicales
Les rayons X (RX) et les rayons gamma sont des rayonnements électromagnétiques de même nature, mais qui diffèrent par leur mode de production (respectivement tube
L’irradiation de la population générale n’est pas nulle, en raison de la combinaison d’irradiation de différentes origines :
646 • terrestre à partir de la désintégration naturelle d’atomes (U235, U238, P40) ; • cosmique ; • interne endogène ou exogène (radon inhalé, radioactivité des aliments ingérés). L’exposition naturelle moyenne des franc ¸ais est de l’ordre de 2,4 mSv par an, mais peut varier en fonction de la nature du sol (3,5 mSv en Bretagne, sol granitique), de l’altitude (3 mSv à 1500 m, 4 mSv à 3500 m), voire atteindre des chiffres plus élevés de 10 à 100 mSv dans certaines régions d’Inde ou d’Iran. La dose moyenne rec ¸ue par an (2,4 mSv) représente une unité de valeur pour évaluer simplement un niveau de dose en radiodiagnostic. Ainsi, un scanner dont la dose efficace est de 4,8 mSv correspond à deux années équivalent irradiation naturelle, une dose efficace de 0,6 mSv correspondant à quatre mois équivalent irradiation naturelle. • L’irradiation de la population générale n’est pas nulle, avec une exposition naturelle moyenne de l’ordre de 2,4 mSv par an en France, cette valeur pouvant varier en fonction de la nature du sol (3,5 mSv en Bretagne, sol granitique), de l’altitude (3 mSv à 1500 m, 4 mSv à 3500 m), etc. • La dose moyenne rec ¸ue par an (2,4 mSv) représente une unité de valeur pour évaluer simplement un niveau de dose en radiodiagnostic (équivalent irradiation naturelle).
Effets aléatoires des rayons X Les connaissances concernant les faibles doses proviennent essentiellement du suivi des personnes irradiées au Japon lors des deux explosions atomiques de 1945. Une proportion importante de la population a rec ¸u moins de 50 mSv, soit un niveau d’irradiation comparable à l’irradiation distribuée par la pratique de plusieurs scanners. Malgré les limites de ces études de cohorte (estimation incertaine de la dose initiale, irradiation unique, qualité des rayonnements distribués par une explosion atomique différente de celle des RX médicaux, risque spontané de cancer différent de la population japonaise), il a été montré un excès de cancer dans la population irradiée par rapport à la population témoin. Le risque lié à la pratique d’un seul scanner thoracique est extrapolé de ces chiffres, avec toutes les incertitudes liées l’extrapolation pour des doses dix à 20 fois inférieures. La controverse reste vive entre différentes études. Ainsi, l’ICPR estime que 50 cancers mortels sont induits par millions d’habitants exposés à 1 mSv d’irradiation médicale, en utilisant une relation linéaire sans seuil [1]. L’Académie de médecine estime que le risque de cancer n’est pas augmenté pour des irradiations inférieures à 200 mSv, niveau inférieur à l’irradiation délivrée par un scanner thoracique 1—10 mSv [1]. D’autres auteurs ont montré une réduction de la mortalité par cancer chez les personnes exposées à de faibles doses [1].
G. Ferretti, A. Jankowski • Après les explosions nucléaires d’Hiroshima et de Nagasaki au Japon, on a constaté un excès de cancer dans la population irradiée par rapport à la population témoin. • L’ICPR estime que 50 cancers mortels sont induits par millions d’habitants exposés à 1 mSv d’irradiation médicale. • L’Académie de médecine estime que le risque de cancer n’est pas augmenté pour des irradiations inférieures à 200 mSv et d’autres auteurs ont montré une réduction de la mortalité par cancer chez les personnes exposées à de faibles doses.
Quelles sont les obligations légales ? La transposition en droit franc ¸ais de la directive européenne Euratom 97/43 porte principalement sur les deux points suivants : • optimiser la réalisation des examens irradiants, en vertu du principe as low as reasonable achievable (Alara), ce qui revient à utiliser le moins possible de RX pour un examen de qualité diagnostique. La conséquence directe est le développement de référentiels de dose pour chaque procédure tel celui produit par la Société franc ¸aise de radiologie [5] ; • justifier des examens radiologiques, ce qui revient à supprimer les examens radiologiques non indiqués ou substituables par d’autres techniques non irradiantes d’apport diagnostic équivalent (échographie, IRM), mais également de réaliser ces examens irradiant en fonction de référentiels de bonne pratique [5]. Le demandeur et le réalisateur de l’examen sont co-responsables ; le réalisateur est en droit de refuser un examen irradiant qu’il estime inapproprié. L’arrêté du 22 septembre 2006 précise que les relevés dosimétriques doivent figurer sur les comptes rendus des radiographies et des scanners. Cette obligation légale va permettre de vérifier la qualité des protocoles d’examens, de montrer la cohérence des pratiques de chacun avec les niveaux de référence diagnostiques (NRD) et doit permettre de communiquer avec nos correspondants et les patients [6]. Le NRD pour une population de patients de corpulence moyenne en TDM thoracique est de 500 mGy cm et le computed tomographic dose index (CTDI) de 20 mGy. La valeur du NRD n’est pas fixée définitivement et devrait dans les années à venir être réduite en fonction de l’amélioration des pratiques.
• En France, il est légalement obligatoire d’optimiser la réalisation des examens irradiants et de justifier des examens radiologiques. • Les relevés dosimétriques doivent figurer sur les comptes rendus des radiographies et des scanners.
Doses d’exposition des examens radiologiques thoraciques
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Quelles sont les personnes à haut risque ? Les enfants, adultes jeunes et les femmes sont plus à risque de développer des effets stochastiques que les hommes, ce qui a été montré dans les cohortes japonaises. Le risque est plus élevé chez les femmes en raison de la radiosensibilité de la glande mammaire, tissu inclus dans le champ d’exposition de la radiographie et du scanner thoracique. Des mesures particulières doivent être appliquées à ces populations [1]. En pratique pneumologique, les populations les plus à risque sont les patients atteints de mucoviscidose, les sujets porteurs d’une sarcoïdose. • Les enfants, les adultes jeunes et les femmes sont plus à risque de développer des effets stochastiques que les hommes.
Quelles sont les doses distribuées en radiodiagnostic ? Radiographie La grandeur utilisée est constituée du produit de la dose délivrée (en Gy) par la surface irradiée (cm2 ), soit le produit dose surface (PDS) en Gy cm2 . La dose efficace peut être estimée avec une bonne approximation en multipliant le PDS par un coefficient de conversion (EPDS ) qui est fonction de la région explorée et de la tension appliquée au tube à RX. Ainsi, l’EPDS du thorax de face à 130 kV est de 0,33 et l’EPDS du thorax de profil est de 0,15. La connaissance du PDS (chiffre fourni pour chaque radiographie) permet d’évaluer la dose efficace délivrée. Celle-ci correspond environ à trois jours équivalents d’irradiation naturelle (0,02 mSv).
Scanner L’irradiation délivrée par un scanner est différente de celle délivrée par une radiographie : elle est plus importante, délivrée de manière circonférentielle, focalisée. Deux grandeurs sont utilisées pour la caractériser (Fig. 1) : le CTDI et le produit dose longueur (PDL). Le CTDI (exprimé en mGy) représente la dose intégrale rec ¸ue pour une seule coupe de scanner. Le PDL (mGy cm) permet de tenir compte de l’irradiation rec ¸ue pour une coupe (CTDI) multipliée par la longueur explorée. Cette grandeur permet de calculer l’ordre de grandeur de la dose efficace rec ¸ue par le patient en multipliant le PDL par un coefficient EPDL qui tient compte des tissus exposés dans le volume exposé. Ainsi le EPDL pour un scanner thoracique chez un homme adulte est de 0,017 et de 0,020 pour une femme adulte. Le PDL est une mention légale devant figurer pour chaque examen. Dans l’exemple de la Fig. 1, concernant un examen du thorax conduit en coupes de 3 mm chez un patient de 56 ans pesant 85 kg pour 175 cm, le CTDI est de 8 mGy et le PDL de 311,46 mGy cm. On peut calculer l’ordre de grandeur de la dose efficace : 311,46 × 0,017 = 5,3 mSv soit environ 2,2 années équivalent irradiation naturelle. Un scanner tho-
Figure 1. Information de dose figurant sur la console du scanner (Brillance 64, Philips) pour une acquisition haute résolution volumique basse dose d’irradiation à la recherche de dilatations des bronches chez une femme mince (168 cm, 56 kg). Après le mode radiographique, une série de coupe unique a été acquise. La dose produit longueur est de 113 mGy cm alors que le CTDI est de 2,7 mGy. La dose efficace estimée est de l’ordre de 113 × 0,02 soit 2,3 mSv (équivalent à une année d’irradiation naturelle).
racique réalisé en mode low dose optimise la dose distribuée au prix d’une image plus bruitée, satisfaisante pour rechercher des nodules ou des lésions emphysémateuses. Les paramètres pour une personne de corpulence moyenne sont de 120 kV et 40—80 mAs soit une CTDI variant de 3,21 à 6,24 mGy et une PDL théorique pour une acquisition de 25 cm de hauteur de 80 à 160 mGy cm, soit une dose efficace approximative pour un homme de 1,36 à 2,72 mSv. Ces paramètres sont adaptés en fonction de l’indication : faible dose pour l’étude du parenchyme pulmonaire bénéficiant d’un excellent contraste naturel ; dose plus importante pour explorer une tumeur, une masse médiastinale ou rechercher une embolie pulmonaire en raison d’un contraste naturel moins favorable. Ainsi, un scanner thoracique pour une personne de corpulence moyenne délivre une exposition 70 à 250 fois supérieure à une radiographie thoracique [7]. • Le PDS (chiffre fourni pour chaque radiographie) permet d’évaluer la dose efficace délivrée. • La dose administrée est plus élevée au cours des scanners que des radiographies. • Le PDL (mGy cm) permet d’évaluer l’irradiation rec ¸ue pour une coupe (CTDI) multipliée par la longueur explorée, ce qui permet de calculer l’ordre de grandeur de la dose efficace rec ¸ue par le patient en multipliant le PDL par un coefficient EPDL qui tient compte des tissus exposés. • Un scanner thoracique pour une personne de corpulence moyenne délivre une exposition 70 à 250 fois supérieure à une radiographie thoracique.
Le scanner multibarrette irradie-t-il plus que le scanner monobarrette ? Sur le plan technique, l’efficience dosimétrique d’un scanner multibarrette est supérieure à celle d’un scanner
648 monobarrette, en raison de la réduction de la pénombre. À constantes égales, l’irradiation est équivalente. La facilité et la rapidité avec laquelle les séries de scanners peuvent être enchaînées pour le même patient est le réel risque dosimétrique du scanner multibarrette, que le radiologue doit maîtriser en suivant les recommandations de sa société savante. L’autre risque dosimétrique est la pratique répétée et à un âge de plus en plus précoce du scanner thoracique dans une population de malade chronique comme les patients atteints de mucoviscidose [8].
Quelle est l’irradiation délivrée par un TEP-scanner ? La dose effective pour des TEP-TDM 18 F-FDG corps entier de haute qualité a été calculée à environ 25 mSv [9]. La dose imputable au TEP était d’environ 7 mSv alors que la dose imputable au scanner était de 18 mSv, soulignant la nécessité d’optimiser les acquisitions scanners en utilisant des
G. Ferretti, A. Jankowski basses doses. La répétition des TDM + TEP-TDM pour la même pathologie conduit donc à une irradiation très importante nécessitant de futures optimisations. • La dose effective pour des TEP-TDM 18 F-FDG corps entier de haute qualité a été calculée à environ 25 mSv, dont 7 mSv reviennent au TEP et 18 mSv au scanner.
Comment réduire l’irradiation des patients ? La mesure la plus efficace est de ne pas réaliser d’examen irradiant. Cela repose sur les principes de justification et de substitution, dont la responsabilité est copartagée. Une fois que l’indication est justifiée, le principe d’optimisation
Figure 2. Scanner haute résolution volumique (1 mm) chez une patiente de 56 ans atteinte de dermatomyosite. Paramètres d’acquisition 120 kV et 45 mA ; dose produit longueur 115 mG cm. a : coupe en fenêtre parenchymateuse (1 mm) montrant un niveau de bruit acceptable ; b : coupe en fenêtre médiastinale (1 mm) montrant un fort niveau de bruit au niveau du médiastin (aspect granité de l’image) ; c : coupe en fenêtre médiastinale (3 mm) par fusion de trois coupes de 1 mm montrant l’abaissement du niveau de bruit au niveau du médiastin sans augmentation significative du volume partiel.
Doses d’exposition des examens radiologiques thoraciques Tableau 1
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Doses optimisées pour des TDM volumiques du thorax par série (d’après Tack, [9]). TDM standard
TDM low dose
Morphotype Computed tomographic dose index vol (mGy)
Dose produit longueur/série (mGy cm)
Computed tomographic dose index vol (mGy)
Dose produit longueur/série (mGy cm)
Mince Normal Obèse
135 ± 20 % 210 ± 20 % 330 ± 20 %
2 3 5
40—70 70—120 140—180
Tableau 2
4,5 7 11
Paramètres principaux influenc ¸ant la dose efficace délivrée en TDM.
Tension (kV) Charge (mA) Charge (mA) Longueur d’exposition Répétition des acquisitions
Variation possibles
Variation de la dose
80—100—120—140 Linéaire 20—600 Activer logiciels limitation dose Limiter la longueur Limiter les acquisitions
Selon la puissance 2,5 Relation proportionnelle Réduction de 20 à 40 % Relation linéaire
doit être appliqué par l’équipe radiologique (Tableau 1). L’examen répond alors au principe Alara, dont nous ne développerons pas tous les détails [10]. Les facteurs pouvant être modifiés incluent le choix du mode (volumique, incrémentiel), la tension appliqué au tube à RX (80 à 140 kV), l’intensité du courant (20—600 mA), l’épaisseur de coupe, le pas de l’hélice, différents logiciels de modulation de dose, la longueur d’acquisition, le nombre d’acquisition (Tableau 2). La protocolisation de l’examen en fonction des recommandations de la Société franc ¸aise de radiologie permet d’adapter ces paramètres à chaque patient en fonction de l’indication et du morphotype [5]. Des protocoles particuliers adaptés aux enfants doivent être créés. Une des résultantes principales de l’application de ce principe est l’augmentation du bruit de l’image, à laquelle le pneumologue doit s’habituer. Ce bruit est important sur les coupes fines et en fenêtre médiastinale (< 1 mm) (Fig. 2), mais peut être réduit par épaississement des coupes ou utilisation du mode MIP. • Pour diminuer l’irradiation on peut jouer sur les facteurs suivants : choix du mode (volumique, incrémentiel), tension appliqué au tube à RX, intensité du courant, épaisseur de coupe, pas de l’hélice, emploi de différents logiciels de modulation de dose, longueur d’acquisition, nombre d’acquisition. • On adapte ces paramètres à chaque patient en fonction de l’indication et du morphotype.
Conclusion L’exposition radiologique diagnostique aux rayons X doit être prise en compte lors de l’indication et de la réalisation des
examens. En temps que dispensers of this known carcinogen [11], les radiologues se sont appropriés cet effet potentiellement délétère de leur spécialité, aidés par la législation et le travail important de leur société savante au travers de guides de prescription et de réalisation des examens [3]. L’information des prescripteurs d’examens est une autre étape importante, renforcée par la coresponsabilité de la justification des examens. POINTS ESSENTIELS • l’imagerie thoracique est une technique diagnostique non invasive majeure dans l’étude du thorax, les techniques non irradiantes ayant une place moindre ; • il faut dans tous les cas tenir compte de l’irradiation qui n’est pas négligeable ; • le scanner et plus encore le TEP-scanner délivrent une irradiation supérieure à la radiographie.
Conflit d’intérêt Les auteurs n’ont pas transmis de conflit d’intérêt.
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MOTS CLÉS Scanner ; Radiographie ; Irradiation des populations ; Réduction du dose
KEYWORDS Computed tomography; Radiography; Patient exposure; Dosimetry; Dose reduction
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Résumé L’imagerie thoracique a pris une place majeure dans l’arsenal des techniques diagnostiques non invasives à disposition du spécialiste du thorax. Les techniques utilisant des rayonnements ionisants sont les plus utilisés (radiographie, scanner, médecine nucléaire). Les indications des examens d’imagerie se multiplient alors que la facilité de réalisation des examens n’a jamais été aussi grande. L’irradiation médicale des patients est donc en augmentation. Le but de cette fiche est de donner des notions simples concernant l’irradiation distribuée par les examens de radiologie, de rappeler les risques inhérents à l’irradiation et de préciser les moyens de réduire l’irradiation des populations. © 2010 SPLF. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
Summary Thoracic imaging plays a major role in the non-invasive approach to the diagnosis and management of thoracic disease. Techniques that use ionizing radiation (radiography, computed tomography, nuclear medicine) are the most useful approaches for imaging the thorax. Both the availability and the clinical indications of these imaging procedures are growing rapidly, which means that the radiation dose that patients may receive is increasing. The goal of this paper is to review briefly the factors that determine the radiation dose, to highlight the risks associated with radiation exposure, and to describe the techniques that can be used to reduce the radiation dose that patients with respiratory disease are exposed to. © 2010 SPLF. Published by Elsevier Masson SAS. All rights reserved.
Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (G. Ferretti).
0761-8425/$ — see front matter © 2010 SPLF. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.rmr.2010.03.024
Doses d’exposition des examens radiologiques thoraciques L’imagerie thoracique offre une vision anatomique du thorax et a pris une place majeure dans l’arsenal des techniques diagnostiques non invasives à disposition du spécialiste du thorax. Pour des raisons physiques, la place des techniques non irradiantes (échographie, IRM) est restreinte en imagerie thoracique, laissant une place prépondérante à la radiographie, au scanner et à la médecine nucléaire. Si la radiographie thoracique reste l’examen d’imagerie le plus pratiqué dans notre pays, la TDM introduite à la fin des années 1970 a connu un développement majeur au niveau du thorax. Les développements techniques successifs ont progressivement permis de remplacer ou de réduire les indications de certains examens plus irradiants ou plus invasifs : tomographie, bronchographie, angiographie pulmonaire, cavographie, scintigraphie de ventilation-perfusion, thoracotomie exploratrice, biopsie pulmonaire chirurgicale. Ces évolutions se sont accompagnées d’une réduction drastique de la durée de l’acquisition d’un examen, passant de 45 minutes à quelques secondes, qui associée à la diffusion des machines, a contribué à l’augmentation de l’offre tout en rendant cette technique accessible aux patients les plus fragiles et les plus jeunes. L’amélioration parallèle de la pertinence des explorations ainsi que l’application fréquente du principe de précaution a conduit à augmenter massivement le nombre de scanners pratiqués. Cette explosion des indications a cependant un prix : l’irradiation accrue de la population. Les polémiques à ce sujet ne manquent pas [1]. N’oublions pas, cependant, que la grande majorité de la population ne rec ¸oit aucune irradiation d’origine médicale, et qu’un petit nombre (souvent âgé de plus de 60 ans) rec ¸oit une dose importante, le plus souvent en rapport avec des maladies chroniques, en particulier des cancers et des maladies cardiovasculaires [1]. Ainsi l’irradiation médicale est devenue la première cause d’irradiation de la population, et elle s’accroît rapidement [2]. Quatre millions d’américains (2 % de la population) rec ¸oivent chaque année plus de 50 millisivert (mSv), soit la dose maximale autorisée pour les personnels des centrales nucléaires [3]. Le but de cette fiche est de donner des notions simples concernant l’irradiation distribuée par les examens de radiologie, de rappeler les risques inhérents à l’irradiation, de préciser les moyens de réduire l’irradiation des populations. • En l’imagerie thoracique, l’indication des examens invasifs a considérablement diminué. • L’amélioration technique et de la pertinence des explorations a notablement augmenté le nombre d’examens radiologiques effectués (scanner notamment), avec comme corollaire l’augmentation de l’irradiation des populations.
645 à RX et noyau atomique), mais dont l’énergie est suffisante pour produire des ionisations au sein des tissus. La dose absorbée par les tissus est exprimée en Gray (Gy), 1 Gy correspondant à un joule par kilogramme de matière. L’élément le plus marquant au sein des tissus biologiques est l’ionisation des molécules d’eau conduisant à la formation de radicaux libres OH− très réactifs avec leur environnement et en particulier avec l’ADN [4]. Deux effets délétères majeurs de l’irradiation sont décrits : • les effets déterministes n’apparaissent que pour une certaine dose d’irradiation (effet seuil) (dose supérieure à 2000 mGy) et résultent de la mort cellulaire. Ils sont localisés à la région irradiée, sous la forme d’érythème cutané, d’épilation ou de nécrose cutanée. En pratique diagnostique (TDM), ces effets ne sont pas décrits, compte tenu des faibles doses distribuées (dose cutanée de 20 à 40 mGy). Ils sont en revanche rarement observables en radiologie interventionnelle thérapeutique (embolisation, pose de stent, désobstruction vasculaire) ; • les effets stochastiques ou aléatoires résultent d’altérations de l’ADN chromosomique compatibles avec la survie des cellules. Les effets de ces altérations chromosomiques sont différents en fonction du type de cellules intéressées : cancérogenèse pour les cellules somatiques ou altérations génétiques transmissibles pour les cellules germinales. Les effets aléatoires sont indépendants de la dose d’irradiation et peuvent s’observer pour de faibles doses comme celles délivrées en imagerie diagnostique et en particulier en TDM. Ces effets dépendent du tissu irradié, de l’âge du sujet, de l’accumulation de dose dans la vie. Le risque des patients est relié à la dose efficace rec ¸ue par le patient, exprimée en Sievert.
• Au sein des tissus biologiques, les radiations provoquent l’ionisation des molécules d’eau, conduisant à la formation de radicaux libres OH− très réactifs, en particulier avec l’ADN. • À fortes doses (dose supérieure à 2000 mGy), les radiations ont des effets déterministes sur les tissus qui résultent de la mort cellulaire. • À faibles doses, on note des effets stochastiques ou aléatoires dus à des altérations de l’ADN chromosomique compatible avec la survie des cellules, ces altérations ayant des effets différents selon les cellules intéressées. • Ces effets stochastiques peuvent apparaître en imagerie diagnostique et en particulier en TDM.
Rappels sur les effets biologiques de radiations ionisantes
Irradiation de la population non soumise aux irradiations médicales
Les rayons X (RX) et les rayons gamma sont des rayonnements électromagnétiques de même nature, mais qui diffèrent par leur mode de production (respectivement tube
L’irradiation de la population générale n’est pas nulle, en raison de la combinaison d’irradiation de différentes origines :
646 • terrestre à partir de la désintégration naturelle d’atomes (U235, U238, P40) ; • cosmique ; • interne endogène ou exogène (radon inhalé, radioactivité des aliments ingérés). L’exposition naturelle moyenne des franc ¸ais est de l’ordre de 2,4 mSv par an, mais peut varier en fonction de la nature du sol (3,5 mSv en Bretagne, sol granitique), de l’altitude (3 mSv à 1500 m, 4 mSv à 3500 m), voire atteindre des chiffres plus élevés de 10 à 100 mSv dans certaines régions d’Inde ou d’Iran. La dose moyenne rec ¸ue par an (2,4 mSv) représente une unité de valeur pour évaluer simplement un niveau de dose en radiodiagnostic. Ainsi, un scanner dont la dose efficace est de 4,8 mSv correspond à deux années équivalent irradiation naturelle, une dose efficace de 0,6 mSv correspondant à quatre mois équivalent irradiation naturelle. • L’irradiation de la population générale n’est pas nulle, avec une exposition naturelle moyenne de l’ordre de 2,4 mSv par an en France, cette valeur pouvant varier en fonction de la nature du sol (3,5 mSv en Bretagne, sol granitique), de l’altitude (3 mSv à 1500 m, 4 mSv à 3500 m), etc. • La dose moyenne rec ¸ue par an (2,4 mSv) représente une unité de valeur pour évaluer simplement un niveau de dose en radiodiagnostic (équivalent irradiation naturelle).
Effets aléatoires des rayons X Les connaissances concernant les faibles doses proviennent essentiellement du suivi des personnes irradiées au Japon lors des deux explosions atomiques de 1945. Une proportion importante de la population a rec ¸u moins de 50 mSv, soit un niveau d’irradiation comparable à l’irradiation distribuée par la pratique de plusieurs scanners. Malgré les limites de ces études de cohorte (estimation incertaine de la dose initiale, irradiation unique, qualité des rayonnements distribués par une explosion atomique différente de celle des RX médicaux, risque spontané de cancer différent de la population japonaise), il a été montré un excès de cancer dans la population irradiée par rapport à la population témoin. Le risque lié à la pratique d’un seul scanner thoracique est extrapolé de ces chiffres, avec toutes les incertitudes liées l’extrapolation pour des doses dix à 20 fois inférieures. La controverse reste vive entre différentes études. Ainsi, l’ICPR estime que 50 cancers mortels sont induits par millions d’habitants exposés à 1 mSv d’irradiation médicale, en utilisant une relation linéaire sans seuil [1]. L’Académie de médecine estime que le risque de cancer n’est pas augmenté pour des irradiations inférieures à 200 mSv, niveau inférieur à l’irradiation délivrée par un scanner thoracique 1—10 mSv [1]. D’autres auteurs ont montré une réduction de la mortalité par cancer chez les personnes exposées à de faibles doses [1].
G. Ferretti, A. Jankowski • Après les explosions nucléaires d’Hiroshima et de Nagasaki au Japon, on a constaté un excès de cancer dans la population irradiée par rapport à la population témoin. • L’ICPR estime que 50 cancers mortels sont induits par millions d’habitants exposés à 1 mSv d’irradiation médicale. • L’Académie de médecine estime que le risque de cancer n’est pas augmenté pour des irradiations inférieures à 200 mSv et d’autres auteurs ont montré une réduction de la mortalité par cancer chez les personnes exposées à de faibles doses.
Quelles sont les obligations légales ? La transposition en droit franc ¸ais de la directive européenne Euratom 97/43 porte principalement sur les deux points suivants : • optimiser la réalisation des examens irradiants, en vertu du principe as low as reasonable achievable (Alara), ce qui revient à utiliser le moins possible de RX pour un examen de qualité diagnostique. La conséquence directe est le développement de référentiels de dose pour chaque procédure tel celui produit par la Société franc ¸aise de radiologie [5] ; • justifier des examens radiologiques, ce qui revient à supprimer les examens radiologiques non indiqués ou substituables par d’autres techniques non irradiantes d’apport diagnostic équivalent (échographie, IRM), mais également de réaliser ces examens irradiant en fonction de référentiels de bonne pratique [5]. Le demandeur et le réalisateur de l’examen sont co-responsables ; le réalisateur est en droit de refuser un examen irradiant qu’il estime inapproprié. L’arrêté du 22 septembre 2006 précise que les relevés dosimétriques doivent figurer sur les comptes rendus des radiographies et des scanners. Cette obligation légale va permettre de vérifier la qualité des protocoles d’examens, de montrer la cohérence des pratiques de chacun avec les niveaux de référence diagnostiques (NRD) et doit permettre de communiquer avec nos correspondants et les patients [6]. Le NRD pour une population de patients de corpulence moyenne en TDM thoracique est de 500 mGy cm et le computed tomographic dose index (CTDI) de 20 mGy. La valeur du NRD n’est pas fixée définitivement et devrait dans les années à venir être réduite en fonction de l’amélioration des pratiques.
• En France, il est légalement obligatoire d’optimiser la réalisation des examens irradiants et de justifier des examens radiologiques. • Les relevés dosimétriques doivent figurer sur les comptes rendus des radiographies et des scanners.
Doses d’exposition des examens radiologiques thoraciques
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Quelles sont les personnes à haut risque ? Les enfants, adultes jeunes et les femmes sont plus à risque de développer des effets stochastiques que les hommes, ce qui a été montré dans les cohortes japonaises. Le risque est plus élevé chez les femmes en raison de la radiosensibilité de la glande mammaire, tissu inclus dans le champ d’exposition de la radiographie et du scanner thoracique. Des mesures particulières doivent être appliquées à ces populations [1]. En pratique pneumologique, les populations les plus à risque sont les patients atteints de mucoviscidose, les sujets porteurs d’une sarcoïdose. • Les enfants, les adultes jeunes et les femmes sont plus à risque de développer des effets stochastiques que les hommes.
Quelles sont les doses distribuées en radiodiagnostic ? Radiographie La grandeur utilisée est constituée du produit de la dose délivrée (en Gy) par la surface irradiée (cm2 ), soit le produit dose surface (PDS) en Gy cm2 . La dose efficace peut être estimée avec une bonne approximation en multipliant le PDS par un coefficient de conversion (EPDS ) qui est fonction de la région explorée et de la tension appliquée au tube à RX. Ainsi, l’EPDS du thorax de face à 130 kV est de 0,33 et l’EPDS du thorax de profil est de 0,15. La connaissance du PDS (chiffre fourni pour chaque radiographie) permet d’évaluer la dose efficace délivrée. Celle-ci correspond environ à trois jours équivalents d’irradiation naturelle (0,02 mSv).
Scanner L’irradiation délivrée par un scanner est différente de celle délivrée par une radiographie : elle est plus importante, délivrée de manière circonférentielle, focalisée. Deux grandeurs sont utilisées pour la caractériser (Fig. 1) : le CTDI et le produit dose longueur (PDL). Le CTDI (exprimé en mGy) représente la dose intégrale rec ¸ue pour une seule coupe de scanner. Le PDL (mGy cm) permet de tenir compte de l’irradiation rec ¸ue pour une coupe (CTDI) multipliée par la longueur explorée. Cette grandeur permet de calculer l’ordre de grandeur de la dose efficace rec ¸ue par le patient en multipliant le PDL par un coefficient EPDL qui tient compte des tissus exposés dans le volume exposé. Ainsi le EPDL pour un scanner thoracique chez un homme adulte est de 0,017 et de 0,020 pour une femme adulte. Le PDL est une mention légale devant figurer pour chaque examen. Dans l’exemple de la Fig. 1, concernant un examen du thorax conduit en coupes de 3 mm chez un patient de 56 ans pesant 85 kg pour 175 cm, le CTDI est de 8 mGy et le PDL de 311,46 mGy cm. On peut calculer l’ordre de grandeur de la dose efficace : 311,46 × 0,017 = 5,3 mSv soit environ 2,2 années équivalent irradiation naturelle. Un scanner tho-
Figure 1. Information de dose figurant sur la console du scanner (Brillance 64, Philips) pour une acquisition haute résolution volumique basse dose d’irradiation à la recherche de dilatations des bronches chez une femme mince (168 cm, 56 kg). Après le mode radiographique, une série de coupe unique a été acquise. La dose produit longueur est de 113 mGy cm alors que le CTDI est de 2,7 mGy. La dose efficace estimée est de l’ordre de 113 × 0,02 soit 2,3 mSv (équivalent à une année d’irradiation naturelle).
racique réalisé en mode low dose optimise la dose distribuée au prix d’une image plus bruitée, satisfaisante pour rechercher des nodules ou des lésions emphysémateuses. Les paramètres pour une personne de corpulence moyenne sont de 120 kV et 40—80 mAs soit une CTDI variant de 3,21 à 6,24 mGy et une PDL théorique pour une acquisition de 25 cm de hauteur de 80 à 160 mGy cm, soit une dose efficace approximative pour un homme de 1,36 à 2,72 mSv. Ces paramètres sont adaptés en fonction de l’indication : faible dose pour l’étude du parenchyme pulmonaire bénéficiant d’un excellent contraste naturel ; dose plus importante pour explorer une tumeur, une masse médiastinale ou rechercher une embolie pulmonaire en raison d’un contraste naturel moins favorable. Ainsi, un scanner thoracique pour une personne de corpulence moyenne délivre une exposition 70 à 250 fois supérieure à une radiographie thoracique [7]. • Le PDS (chiffre fourni pour chaque radiographie) permet d’évaluer la dose efficace délivrée. • La dose administrée est plus élevée au cours des scanners que des radiographies. • Le PDL (mGy cm) permet d’évaluer l’irradiation rec ¸ue pour une coupe (CTDI) multipliée par la longueur explorée, ce qui permet de calculer l’ordre de grandeur de la dose efficace rec ¸ue par le patient en multipliant le PDL par un coefficient EPDL qui tient compte des tissus exposés. • Un scanner thoracique pour une personne de corpulence moyenne délivre une exposition 70 à 250 fois supérieure à une radiographie thoracique.
Le scanner multibarrette irradie-t-il plus que le scanner monobarrette ? Sur le plan technique, l’efficience dosimétrique d’un scanner multibarrette est supérieure à celle d’un scanner
648 monobarrette, en raison de la réduction de la pénombre. À constantes égales, l’irradiation est équivalente. La facilité et la rapidité avec laquelle les séries de scanners peuvent être enchaînées pour le même patient est le réel risque dosimétrique du scanner multibarrette, que le radiologue doit maîtriser en suivant les recommandations de sa société savante. L’autre risque dosimétrique est la pratique répétée et à un âge de plus en plus précoce du scanner thoracique dans une population de malade chronique comme les patients atteints de mucoviscidose [8].
Quelle est l’irradiation délivrée par un TEP-scanner ? La dose effective pour des TEP-TDM 18 F-FDG corps entier de haute qualité a été calculée à environ 25 mSv [9]. La dose imputable au TEP était d’environ 7 mSv alors que la dose imputable au scanner était de 18 mSv, soulignant la nécessité d’optimiser les acquisitions scanners en utilisant des
G. Ferretti, A. Jankowski basses doses. La répétition des TDM + TEP-TDM pour la même pathologie conduit donc à une irradiation très importante nécessitant de futures optimisations. • La dose effective pour des TEP-TDM 18 F-FDG corps entier de haute qualité a été calculée à environ 25 mSv, dont 7 mSv reviennent au TEP et 18 mSv au scanner.
Comment réduire l’irradiation des patients ? La mesure la plus efficace est de ne pas réaliser d’examen irradiant. Cela repose sur les principes de justification et de substitution, dont la responsabilité est copartagée. Une fois que l’indication est justifiée, le principe d’optimisation
Figure 2. Scanner haute résolution volumique (1 mm) chez une patiente de 56 ans atteinte de dermatomyosite. Paramètres d’acquisition 120 kV et 45 mA ; dose produit longueur 115 mG cm. a : coupe en fenêtre parenchymateuse (1 mm) montrant un niveau de bruit acceptable ; b : coupe en fenêtre médiastinale (1 mm) montrant un fort niveau de bruit au niveau du médiastin (aspect granité de l’image) ; c : coupe en fenêtre médiastinale (3 mm) par fusion de trois coupes de 1 mm montrant l’abaissement du niveau de bruit au niveau du médiastin sans augmentation significative du volume partiel.
Doses d’exposition des examens radiologiques thoraciques Tableau 1
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Doses optimisées pour des TDM volumiques du thorax par série (d’après Tack, [9]). TDM standard
TDM low dose
Morphotype Computed tomographic dose index vol (mGy)
Dose produit longueur/série (mGy cm)
Computed tomographic dose index vol (mGy)
Dose produit longueur/série (mGy cm)
Mince Normal Obèse
135 ± 20 % 210 ± 20 % 330 ± 20 %
2 3 5
40—70 70—120 140—180
Tableau 2
4,5 7 11
Paramètres principaux influenc ¸ant la dose efficace délivrée en TDM.
Tension (kV) Charge (mA) Charge (mA) Longueur d’exposition Répétition des acquisitions
Variation possibles
Variation de la dose
80—100—120—140 Linéaire 20—600 Activer logiciels limitation dose Limiter la longueur Limiter les acquisitions
Selon la puissance 2,5 Relation proportionnelle Réduction de 20 à 40 % Relation linéaire
doit être appliqué par l’équipe radiologique (Tableau 1). L’examen répond alors au principe Alara, dont nous ne développerons pas tous les détails [10]. Les facteurs pouvant être modifiés incluent le choix du mode (volumique, incrémentiel), la tension appliqué au tube à RX (80 à 140 kV), l’intensité du courant (20—600 mA), l’épaisseur de coupe, le pas de l’hélice, différents logiciels de modulation de dose, la longueur d’acquisition, le nombre d’acquisition (Tableau 2). La protocolisation de l’examen en fonction des recommandations de la Société franc ¸aise de radiologie permet d’adapter ces paramètres à chaque patient en fonction de l’indication et du morphotype [5]. Des protocoles particuliers adaptés aux enfants doivent être créés. Une des résultantes principales de l’application de ce principe est l’augmentation du bruit de l’image, à laquelle le pneumologue doit s’habituer. Ce bruit est important sur les coupes fines et en fenêtre médiastinale (< 1 mm) (Fig. 2), mais peut être réduit par épaississement des coupes ou utilisation du mode MIP. • Pour diminuer l’irradiation on peut jouer sur les facteurs suivants : choix du mode (volumique, incrémentiel), tension appliqué au tube à RX, intensité du courant, épaisseur de coupe, pas de l’hélice, emploi de différents logiciels de modulation de dose, longueur d’acquisition, nombre d’acquisition. • On adapte ces paramètres à chaque patient en fonction de l’indication et du morphotype.
Conclusion L’exposition radiologique diagnostique aux rayons X doit être prise en compte lors de l’indication et de la réalisation des
examens. En temps que dispensers of this known carcinogen [11], les radiologues se sont appropriés cet effet potentiellement délétère de leur spécialité, aidés par la législation et le travail important de leur société savante au travers de guides de prescription et de réalisation des examens [3]. L’information des prescripteurs d’examens est une autre étape importante, renforcée par la coresponsabilité de la justification des examens. POINTS ESSENTIELS • l’imagerie thoracique est une technique diagnostique non invasive majeure dans l’étude du thorax, les techniques non irradiantes ayant une place moindre ; • il faut dans tous les cas tenir compte de l’irradiation qui n’est pas négligeable ; • le scanner et plus encore le TEP-scanner délivrent une irradiation supérieure à la radiographie.
Conflit d’intérêt Les auteurs n’ont pas transmis de conflit d’intérêt.
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