Applications potentielles du scanner avec acquisition en énergie spectrale (bi-énergie) pour l exploration de l appareil urinaire

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1 Applications potentielles du scanner avec acquisition en énergie spectrale (bi-énergie) pour l exploration de l appareil urinaire J. CHARTON, E-M. KIEFFER, S. REBIH, G. BAZILLE, H. LANG, C. ROY Service de Radiologie B NHC, STRASBOURG JFR 2011

2 Introduction à la bi énergie Connaître la manière dont un élément se comporte à différents niveaux d énergie permet d apporter des informations supplémentaires par rapport à une acquisition mono énergie classique.

3 Principes généraux L interaction des photons X avec la matière repose essentiellement sur l effet Compton et l effet photoélectrique. La dépendance énergétique de l effet photoélectrique constitue la base fondamentale de la bi-énergie. Effet Compton Effet photoélectrique

4 Principes généraux L examen scanographique est basé sur la mesure du coefficient d atténuation linéaire de chaque structure pour un kilovoltage (kv) donné. Cette mesure d atténuation est exprimée en Unités Hounsfield (UH). Une valeur donnée en UH d un pixel dépend à la fois de la masse atomique et de la densité du matériel examiné.

5 Principes généraux Le coefficient d atténuation d un élément dépend donc de sa masse atomique. Il est élevé pour l Iode ( 53 I), le Calcium ( 20 Ca) et le Gadolinium ( 64 Ga). Il est faible pour l Hydrogène ( 1 H), le Carbone ( 6 C), l Azote ( 7 N) et l Oxygène ( 8 O). Ces derniers constituent les composants principaux des tissus mous.

6 Principes généraux A 80 kv le coefficient d atténuation des éléments «lourds» est élevé; les images apparaissent très contrastées. A 140 kv les coefficients d atténuation des éléments «lourds» et des éléments constituant les tissus mous se rejoignent; les images apparaissent moins contrastées.

7 Cette «teneur» en Iode est très bien explorée dans les acquisition à 80 kv, cependant ces dernières présentent une sensibilité élevée au bruit.

8 Les images acquises à 140 kv sont moins bruitées mais présentent une résolution en contraste inférieure.

9 Principes généraux en bi-énergie 2 éléments différents comme le Calcium et l Iode peuvent avoir une densité UH voisine pour un kv donné. En utilisant 2 spectres d énergies différentes (ex. 80 et 140 kv) les profils d atténuation seront différents en fonction du matériel examiné.

10 L intérêt d une acquisition en double énergie est donc de pouvoir plus aisément distinguer 2 éléments différents qui auraient des densités similaires en acquisition classique (mono-énergie).

11 Les deux éléments de bases de la bi énergie Acquisition en double énergie par émission ou analyse de deux valeurs distinctes de kv. Analyse en imagerie spectrale : Les reconstructions sont basées sur le coefficient d atténuation propre à chaque molécule (Iode, Calcium, Eau)

12 Acquisition en double énergie Technique ancienne datant de la fin des années 70 Premier scanner double énergie mis sur le marché en 2006 Utilisée en routine clinique depuis seulement quelques années Logiciels désormais dédiés L acquisition en double énergie augmente la dose d irradiation par spirale mais permet de limiter le nombre de spirales. Application possible de logiciels de réduction de dose dans cette technique

13 Comment obtenir une imagerie en double énergie : 3 méthodes Emission par deux tubes distincts de 2 faisceaux d énergie différentes : Dual source Emission par un seul tube d un faisceau alternant deux niveaux d énergie : Single source Emission par un seul tube d un faisceau polychromatique. Analyse du signal par deux couches de détecteurs traitant chacune un niveau d énergie : Detector selection

14 Qui fait quoi? Dual source: Siemens Single source : GEMS, Toshiba Detector selection : Philips (prototype)

15 On obtient donc, quelque soit la méthode employée, 2 images superposables à 2 tensions différentes en une seule acquisition. A partir de ces images natives il est donc possible de reconstruire des images virtuelles correspondant à une tension donnée du tube X.

16 Exemple d un calcul urinaire Image native à 66 kv, calcul du pyelon gauche Image «pondérée» Acide urique; le calcul apparaît dense L acquisition en bi-énergie permet d affirmer la nature du calcul (ici Acide urique) Image «pondérée» Calcium; le calcul disparaît

17 L acquisition en bi énergie permet, à partir d une image monochromatique injectée, de soustraire une image non contrastée virtuelle. Il est ainsi possible de limiter le nombre de spirales.

18 On obtient ainsi à partir d une acquisition en bi-énergie : Des images non contrastées virtuelles (virtual noncontrast images). Des images «pondérées» Iode, Eau ou Calcium. Des images monochromatiques combinant les deux kv.

19 Applications en pathologie urinaire Réduction possible de la quantité d iode injecté par amélioration de la résolution en contraste à basse tension. Application IR modérée Exploration des masses rénales par mesure de leur «teneur» en Iode et analyse de l architecture interne. Mesure de la quantité d eau dans le parenchyme rénal. Identification et classification des calculs urinaires par analyse de leur densité calcique

20 Applications en pathologie urinaire Détection des tumeurs urothéliales Détection d une lésion au sein d un hématome. Caractérisation des petits kystes denses Limitation des artéfacts métalliques (PTH) pour l exploration des lésions pelviennes par système MARS (GEMS) Caractérisation des incidentalomes surrénaliens; en cours d évaluation

21 Cas cliniques Illustrations La bi énergie en pratique quotidienne

22 Mme Pax ; Découverte d une lésion du pôle inférieur du rein gauche Image coronale monochromatique 70 kv Reconstruction MIP Sans injection 140 kv Image monochromatique 70 kv Image «pondérée» Iode

23 Mme Pax (2); analyse de la lésion en imagerie spectrale Analyse spectrale Image Iode Sans injection Histogramme Iode

24 Mme Pax ; Conclusion Lésion tissulaire du pôle inférieur du rein gauche Rehaussement intense de la lésion, dès le temps artériel, sur les images «pondérées» Iode Adénocarcinome à cellules claires

25 Mme Gok ; bilan de lithiase urinaire Sans injection Avec injection temps excréteur Calcul calcique caliciel inférieur du rein droit Image Iode Image Calcium Image Iode

26 Mr Dzo ; Hématome spontané du rein droit Monochromatique 75keV Acquisition injectée en bi énergie DLP 343 mgy.cm Acquisition «mono énergie» classique DLP 192 mgy.cm Image Iode Image Eau ( image virtuelle non contrastée) Sans injection 120kV

27 Mr Dzo (2); Images axiales monochromatiques à différents kilovoltages 40 kv 50 kv 75 kv 110 kv

28 Mr Dzo (3); Images coronales Image monochromatique, 49 kv Image «pondérée» Iode Sans injection, 120 kv Image «pondérée» Eau

29 Mr DZO (4); suite Monochromatique 40keV Monochromatique 50keV Monochromatique 75keV Profil spectral

30 Mr DZO (5); Quantification Eau/Iode Eau: 1035 mg/cm3 Iode : 29x10 2 ug/cm3

31 Mr Dzo (6); Conclusion Hématome spontané péri rénal droit Pas de saignement actif : Absence de rehaussement sur les images «pondérées» Iode Absence de lésion sous jacente Majoration de la DLP par spirale en bi-énergie par rapport à une acquisition classique mais apport d informations supplémentaires

32 Mr Mal ; Bilan d hématurie macroscopique Echographie endo rectale Images 120 kv, temps tardif Image 120 kv, temps portal

33 Mr Mal (2); Analyse en bi-énergie Image monochromatique 42 kv Image coronale «pondérée» Iode

34 Mr Mal ; Conclusion Lésion polypoïde de la paroi postéro-latérale droite de la vessie visualisée en échographie et sur les coupes TDM au temps tardif. Prise de contraste de cette lésion sur les images «pondérées» Iode excluant le caillotage intra vésical simple. Aspect TDM compatible avec une tumeur urothéliale du bas appareil urinaire.

35 Mme Fal ; Bilan de kyste atypique découvert à l échographie 45 kv 70 kv Images monochromatiques Images «pondérées» Iode Images «pondérées» Eau ( images virtuelles non contrastées)

36 Mme Fal (2); Conclusion Lésion kystique purement liquidienne Absence complète de rehaussement sur les images «pondérées» Iode Réduction de la dose de produit de contraste injecté: 50 cc à 270mg/ml

37 Mr Cor ; contrôle post opératoire après néphrectomie gauche Monochromatique 75keV Monochromatique 47keV Image «pondérée» Iode

38 Mr Cor (2); contrôle post opératoire après néphrectomie gauche Temps tardif, aspect des voies excrétrices

39 Mr Cor (3); Conclusion Aspect TDM sans anomalie compte tenu de l intervention récente. Réduction de plus de 60% de la quantité d Iode injecté : 50cc à 270mg/l soit 13,5g d Iode (contre 100 cc à 350mg/l soit 35g d Iode pour un protocole uroscanner classique)

40 Mme Cal ; Bilan de colique néphrétique Image monochromatique, 70 kv Image monochromatique, 70 kv Image «pondérée» Acide urique Image «pondérée»calcium

41 Mme Cal (2); Conclusion Calcul urétéral de composition mixte visible sur les images «pondérées» Calcium et «pondérées» Acide urique

42 Mme Inf ; Bilan d un sepsis à point de départ urinaire Image monochromatique 75kV Image monochromatique 40 kv Image «pondéré» Iode Image «pondérée» Eau

43 Mme Inf ; Conclusion Pyélite emphysémateuse hémorragique bilatérale Aspect spontanément hyperdense des pyelons sur les images «pondérées» Eau (images non contrastées virtuelles) Absence de rehaussement intra pyelique sur les images «pondérées» Iode Réduction importante de la quantité d Iode injecté chez cette patiente en insuffisance rénale aiguë

44 Mme Her ; Hématome péri PTH Images sans injection mono énergie 120 kv Images bi-énergie «MARS» 70 kv

45 Mme Her (2); Conclusion Réduction des artéfacts métalliques (système GE MARS) Meilleure visualisation des lésions pelviennes Mais majoration de l irradiation par spirale

46 Mlle Zic ; Bilan d une lésion du sinus rénal gauche Image monochromatique 50kV Image «pondérée» Iode Image «pondérée» Eau Image sans injection mono énergie 120 kv

47 Mlle Zic ; Conclusion Lésion tumorale du sinus du rein gauche Prise de contraste sur les images «pondérées» Iode Tumeur sarcomateuse du sinus rénal

48 Pathologie tumorale Contraste Vascularisation interne Artère et veine en une acquisition Monochromatique 50keV EOA cellules claires

49 Limitation du développement du scanner double énergie Problèmes technologiques liés aux constructeurs : logiciels de traitement à améliorer réduction de la dose (déjà proposée) recherche d éléments de caractérisation tissulaire validation des résultats Augmentation du nombre d images par patient (problème d archivage à long terme) Majoration du temps d interprétation Formation des radiologues Investissement financier

50 CONCLUSION Ce qui semble acquis Réduction de la quantité d iode injecté Caractérisation d une lésion hémorragique Une seule acquisition (image injectée et non injectée)

51 Applications potentielles du scanner avec acquisition en énergie spectrale (bi-énergie) pour l exploration de l appareil urinaire QCM

52 QCM 1 Principes : Quelles sont les deux propositions exactes? La bi-énergie est une technique ancienne mais longtemps demeurée inexploitée car elle nécessite un équipement technologique sophistiqué. L effet Compton prédomine sur les acquisitions réalisées à basse tension. Une acquisition en bi-énergie nécessite deux tubes à rayons X. La plupart des constructeurs s orientent désormais vers la bi-énergie. Le coefficient d atténuation du Gadolinium est faible à basse tension.

53 QCM 1 Principes : Quelles sont les deux propositions exactes? La bi-énergie est une technique ancienne mais longtemps demeurée inexploitée car elle nécessite un équipement technologique sophistiqué. L effet Compton prédomine sur les acquisitions réalisées à basse tension. Une acquisition en bi-énergie nécessite deux tubes à rayons X. La plupart des constructeurs s orientent désormais vers la bi-énergie. Le coefficient d atténuation du Gadolinium est faible à basse tension.

54 QCM 2 Technique; quelles sont les 3 propositions exactes? Quelle que soit la pathologie explorée une acquisition sans injection à 120 kv est indispensable. L acquisition en bi-énergie permet de diminuer le volume de contraste injecté. La bi-énergie majore l irradiation du patient/spirale. La «pondération» Iode des images permet d «effacer» les lésions spontanément hyperdenses. Les images monochromatiques ne peuvent être reconstruites qu entre 70 et 90 kv.

55 QCM 2 Technique; quelles sont les 3 propositions exactes? Quelle que soit la pathologie explorée une acquisition sans injection à 120 kv est indispensable. L acquisition en bi-énergie permet de diminuer le volume de contraste injecté. La bi-énergie majore l irradiation du patient/spirale. La «pondération» Iode des images permet d «effacer» les lésions spontanément hyperdenses. Les images monochromatiques ne peuvent être reconstruites qu entre 70 et 90 kv.

56 QCM3 Applications; Quelles sont les propositions exactes? Seuls les calculs de densité calcique peuvent être visualisés en imagerie spectrale. On ne peut s affranchir du temps artériel pour étudier une lésion tissulaire rénale. Seules les lésions urothéliales du bas appareil peuvent être étudiées en bi-énergie La bi-énergie permet entre autre, de réaliser des examens contrastés chez le patient en insuffisance rénale modérée. Une lésion hémorragique apparaît spontanément hyperdense sur les images «pondérées» Eau.

57 QCM3 Applications; Quelles sont les propositions exactes? Seuls les calculs de densité calcique peuvent être visualisés en imagerie spectrale. On ne peut s affranchir du temps artériel pour étudier une lésion tissulaire rénale. Seules les lésions urothéliales du bas appareil peuvent être étudiées en bi-énergie La bi-énergie permet entre autre, de réaliser des examens contrastés chez le patient en insuffisance rénale modérée. Une lésion hémorragique apparaît spontanément hyperdense sur les images «pondérées» Eau.