L atout dosimétrique de la scanographie volumique dentaire à faisceau conique

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IMAGERIE :L’atout Dosimétrique de la scanographievolumique dentaire à faisceau conique

Alain Noel, Centre Alexis VautrinCRAN UMR 7039 Nancy Université – CNRS

Avenue de Bourgogne, 54500 Vandoeuvre-les-Nancy

Résumé

« L’utilisation de la scanographie volumique dentaire

à faisceau conique permet de réduire la dose délivrée

au Patient ». C’est cette affirmation souvent pronon-

cée que nous avons voulu, dans ce travail, confronter

aux résultats de nos mesures. Les doses délivrées en

scanographie volumique dentaire à faisceau conique

(CBCT) ont été mesurées pour 2 systèmes (Accuitomo

3D de Morita et Kodak 9500 Cone Beam 3D System)

afin de confirmer la réduction de dose attendue par

rapport à l’utilisation des scanners volumiques multi-

coupes (MSCT). Les doses délivrées pour les différents

protocoles cliniques ont été mesurées à l’aide de dosi-

mètres thermoluminescents (DTL) positionnés dans

une section « mandibulaire » de la tête d’un fantôme

anthropomorphique. Les doses mesurées sont nette-

ment plus faibles pour le scanner dentaire que pour le

scanner hélicoïdal dans un rapport 2 à 10 suivant les

protocoles d’examen.

INTRODUCTION

Il y a 2 façons de parler de dose pour les procédures radio-

logiques.

La première consiste à exprimer l’énergie absorbée par unité

de masse du milieu irradié. C’est cette énergie absorbée qui

engendre des modifications physico-chimique du milieu irra-

dié pouvant entrainer des dommages biologiques suscep-

tibles de causer des dommages tissulaires pour le patient.

Cette dose physique s’exprime en Gy (1 gray = 1 joule/kilo-

gramme de milieu) ou en mGy pour la radiologie. Peu

d’études ont rapporté les doses typiques habituelles en sca-

nographie volumique dentaire.

La seconde façon est de calculer la dose efficace résultant de

la mise en œuvre d’une procédure utilisant les rayonnements

ionisants. Cette grandeur est proportionnelle à la dose absor-

bée pondérée par un coefficient tenant compte de la nocivité

du rayonnement et par un facteur proportionnel à la radio-

sensibilité des tissus et organes irradiés. La dose efficace

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met d’évaluer le risque radio-induit potentiel résultant de la

procédure. Pour bien montrer que l’on se trouve dans l’éva-

luation du risque, elle s’exprime en mSv lorsque la dose est

en mGy. Plusieurs études [1-6] se sont intéressées aux doses

efficaces résultant des examens réalisés en scanographie

volumique dentaire.

Dans ce travail, nous avons limité notre étude à la mesure de

la dose absorbée pour les différents protocoles disponibles

sur 2 scanographes volumiques dentaires Accuitomo 3D de

Morita et Kodak 9500 Cone Beam 3D System et pour les

conditions cliniques habituelles. Afin de pouvoir comparer

les doses délivrées par la scanographie volumique dentaire

à faisceau conique (CBCT) aux doses délivrées par les scan-

ners hélicoïdaux multi-coupes (MSCT) nous avons calculé, à

partir de nos mesures, l’Index de Dose Scanographique

Volumique (IDSV) habituellement utilisé pour caractériser l’ir-

radiation du patient en scanographie [7]. L’IDSV représente

la dose moyenne délivrée dans le volume exploré. Avec le

Produit Dose-Longueur (PDL en mGy.cm) qui permet de faire

une évaluation du risque, l’IDSV est une des grandeurs à

déterminer dans le cadre du contrôle de qualité des installa-

tions et une des informations dosimétriques à fournir dans

les comptes rendus d’actes utilisant les rayonnements ioni-

sants [8].

Dans un contexte où les doses délivrées au patient en scano-

graphie sont jugées souvent trop élevées du fait du non res-

pect des recommandations de la Société Française de

Radiologie (SFR) [9] nos résultats constituent une première

approche pouvant conduire à la détermination de Niveaux

de Référence Diagnostiques (NRD) [10] pour la scanogra-

phie volumique dentaire. Ce concept a été introduit pour

renforcer le principe d’optimisation [7, 11-13] comme

l’exige la réglementation dans le domaine des expositions

aux rayonnements ionisants à des fins médicales.

TOMOGRAPHIE VOLUMIQUE À FAISCEAUCONIQUE

Depuis l’introduction du scanner au milieu des années 1970,

nous avons assisté à une évolution spectaculaire des perfor-

mances au cours des 10 dernières années. La dernière évo-

lution en date a été l’introduction de nouveaux appareils uti-

lisant des détecteurs matriciels de grandes dimensions

permettant l’exploration de tout un volume au cours d’une

seule rotation. L’utilisation d’un faisceau d’ouverture conique

présentant une double divergence, non-négligeable aussi

bien dans le plan transverse que dans la direction longitudi-

nale, a été rendue possible grâce à l’augmentation des puis-

sances de calcul disponibles sur les nouvelles stations de cal-

cul et surtout grâce au développement de nouveaux

algorithmes de reconstruction permettant de prendre en

compte cette conicité.

Cette technologie a connu un développement important dans

le domaine dentaire puisqu’il existe aujourd’hui, sur le mar-

ché, une offre fournie pour des scanners volumiques à fais-

ceau conique (CBCT). Les raisons d’un tel engouement sont

multiples :

• Volume d’acquisition : les scanners volumiques dentaires

permettent d’adapter le volume d’acquisition ce qui permet

d’obtenir une résolution spatiale variable. En effet, la taille

des voxels diminue proportionnellement avec le volume

exploré permettant d’obtenir des résolutions de 0,3 mm à

0,1 mm voire légèrement inférieure.

• Résolution spatiale isotropique. Ces scanners (CBCT)

permettent d’obtenir des voxels cubiques contrairement, aux

scanners volumiques à acquisition hélicoïdale multicoupes

(MSCT) qui présentent une moins bonne résolution (0,5 à

0,6 mm) en longitudinal suivant l’axe z par rapport à la

résolution dans le plan transverse (environ 0,3 mm).

• Des doses d’irradiation moindre : en l’absence de scan-

ner dentaire dédié, l’anatomie maxilo-mandibulaire est

explorée à partir des scanners volumiques à acquisition héli-

coïdale équipés d’un logiciel spécifique type « Dentascan ».

Les doses délivrées sont relativement importantes aussi le

gain attendu de l’utilisation d’un appareil dédié est une

réduction non-négligeable des doses délivrées.

MATÉRIEL ET MÉTHODES

Pour les scanners volumiques dentaires à faisceau conique,

Accuitomo 3D de Morita et Kodak 9500 Cone Beam 3D

System, nous avons mesuré la dose pour les protocoles cli-

niques habituellement utilisés avec les paramètres techniques

présentés dans le tableau I pour le scanner Accuitomo 3D

(mode haute résolution) et incluant la réalisation des 2 cli-

chés de centrage (« Scout View ») et dans le tableau II pour

le scanner Kodak 9500.

(...)32N°49 - mars 11LLSS

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La dosimétrie a été réalisée en utilisant une partie (sections 1

à 9 d’épaisseur unitaire 25 mm) correspondant à la tête

d’un fantôme anthropomorphique d’un adulte mâle composé

des structures osseuses et de matériaux plastiques équivalent

tissu (Radiation ANalog DOsimetry [RANDO] ; Nuclear

Associates, Hicksville, NY) (Photo 1).

Nous avons mesuré la dose délivrée à l’aide de dosimètres

thermoluminescents (DTL) de fluorure de lithium (LiF TLD 700

de Harshaw) sous forme de dosimètres solides de dimen-

sions 3,2 x 3,2 x 0,9 mm3. Pour chaque protocole, 5 dosi-

mètres DTL ont été positionnés dans la section 7 du fantôme

(Photo 2). Afin de pouvoir comparer les mesures à celles

habituellement disponibles pour les scanners volumiques

multi-barrettes, nous nous sommes placés dans des condi-

tions de détermination de l’Indice de Dose Scanographique

Volumique, IDSV [7] en positionnant un dosimètre au centre

de la section et 4 dosimètres, à environ 1 cm sous la surface,

en postérieur, latéral gauche, antérieur et latéral droit.

(...)33N°49 - mars 11LLSS

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Tableau I : Paramètres techniques utilisés pour les différents protocoles cliniques, en mode haute résolution, disponibles sur le scanner volumique

dentaire à faisceau conique (CBCT), Accuitomo 3D de Morita .

Tableau II : Paramètres techniques utilisés pour les différents protocoles cliniques

disponibles sur le scanner volumique dentaire à faisceau conique (CBCT), Kodak

9500 CB-3D System .

Photo 1 : Sections 1 à 9 du fantôme RANDO positionné sur le scanner

volumique dentaire à faisceau conique.

Pour le scanner Accuitomo, nous avons complété la dosimé-

trie en disposant des dosimètres à la surface du fantôme

pour déterminer la dose en des points particuliers :

• Commissure gauche de la lèvre pour le protocole

« Mandibule partielle centrée »

• Région sub-mandibulaire droite pour le protocole

« mandibule centrée »

• Parotide droite pour le protocole « massif facial

complet »

• Oreille droite, cristallin droit et cristallin gauche pour

l’examen de l’oreille droite

De même, pour le scanner Kodak 9500, nous avons com-

plété la dosimétrie en mesurant la dose en des points parti-

culiers :

• Parotide gauche, cristallins droit et gauche pour le

champ d’acquisition 20 x 18 à 90 kV

• Commissures droite et gauche de la lèvre pour le champ

d’acquisition 15 x 9 à 90 kV

Les dosimètres ont été étalonnés dans un faisceau de cobalt

(60-Co) de référence et nous avons utilisé un coefficient F de

1,20 pour tenir compte de l’hypersensibilité de la réponse

du fluorure de lithium aux basses énergies du faisceau RX

du scanner (environ 60 keV) par rapport à la haute énergie

du cobalt (1,25 MeV)

F = (Dose cobalt pour la réponse L/Dose RX pour la même

réponse L) = 1,20

RÉSULTATS

Les résultats obtenus sont présentés dans les tableaux III et

IV respectivement pour le scanner Accuitomo 3D et pour le

scanner Kodak 9500

(...)34N°49 - mars 11LLSS

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Photo 2 : Vue de dessus de la section 7 « Mandibule » du fantôme

RANDO permettant de visualiser le positionnement des dosimètres thermo-

luminescents (DTL) utilisés pour mesurer la dose.

Tableau III : Valeurs des doses mesurées pour les différents protocoles du scanner

Accuitomo 3D, en mode haute résolution, aux 5 positions choisies à l’intérieur

de la section 7 du fantôme Rando et en des points particuliers.

Tableau IV : Valeurs des doses mesurées pour les différents protocoles du scan-

ner Kodak 9500 aux 5 positions choisies à l’intérieur de la section 7 du fantôme

Rando et en des points particuliers.

DISCUSSION

Pour le scanner Accuitomo 3D, la dose délivrée étant stricte-

ment proportionnelle à la charge (mAs), il est possible de

calculer la dose délivrée, à partir des mesures réalisées

pour le mode « haute résolution » avec 185 mAs, pour le

mode « faible dose » nécessitant 52,5 mAs et le mode

« standard » utilisant 105 mAs (Tableau V). Il est aussi pos-

sible d’estimer la dose délivrée par les clichés de centrage

utilisant chacun 4 mAs mais avec 80 kV ce qui représente

environ 75% de la dose à 90 kV.

Contrairement aux valeurs affichées au pupitre qui montrent

une augmentation de la dose de 17,2 mGy à 18,6 mGy

lorsque l’on passe du protocole « Mandibule centrée » avec

un champ de vue de 14 x 10 au protocole « Massif facial

complet » avec un champ de vue de 17 x 12, nous avons

mesuré une diminution de la dose de 16,1 mGy à 12,6

mGy. En se reportant au manuel d’utilisation, nous consta-

tons que le mode 17 x 12 est obtenu en rapprochant le

détecteur de l’axe de rotation, de 302 mm à 204 mm pour

une distance conservée de 540 mm entre la source RX et

l’axe de rotation (Photo 3). A partir de ces données tech-

niques il est possible de calculer la diminution du rapport

d’agrandissement géométrique qui passe de 1,56 à 1,38.

Dans ces conditions, nous devons nous attendre à une dimi-

nution de la dose délivrée proportionnellement au rapport

des agrandissements élevé au carré (1,38/1,56)2 puisque

la dose varie comme l’inverse carré des distances soit 0,78.

L’accord est excellent et correspond bien au rapport des

doses mesurées diminuant de 16,1 mGy à 12,6 mGy soit

un rapport identique de 0,78 entre ces mesures.

A partir des résultats obtenus et présentés dans les tableaux

III, IV et V, il est possible de calculer les indices de dose sca-

nographique volumique normalisés (nIDSV en mGy/mAs)

pour la valeur commune de la haute tension des 2 systèmes

de 90 kV. Cette indice qui représente la dose moyenne déli-

vrée dans le volume couvert par l’exploration permet de

comparer les débits utilisés pour les 2 scanners étudiés .

Comparaison des IDSV normalisés (nIDSV en mGy/mAs) à

90 kV pour les CBCT Accuitomo 3D de Morita et Kodak

9500 CB-3D System :

• ACCUITOMO 3D :

- Champ de vue 17 x 12 : nIDSV = 0,068 mGy/mAs @

90 kV

- Champ de vue 14 x 10 : nIDSV = 0,087 mGy/mAs @

90 kV

• KODAK 9500

- Champ de vue 20 x 18 : nIDSV = 0,042 mGy/mAs @

90 kV

- Champ de vue 15 x 9 : nIDSV = 0,040 mGy/mAs @

90 kV

Le CBCT Kodak 9500 délivre une dose 1,5 fois moindre que

l’Accuitomo 3D pour le grand champ d’acquisition et 2 fois

moindre pour le petit champ d’acquisition. Il faudrait, à

partir de ces résultats, compléter l’étude en estimant la qua-

lité des images produites afin de juger si la qualité des

images est similaire en terme de résolution spatiale (tailles

de pixels différentes entre les 2 systèmes), de détectabilité à

bas contraste, … ?

Ces valeurs de dose mesurées peuvent être comparées à la

dose délivrée lorsqu’un scanner hélicoïdal avec un logiciel

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Tableau V : Estimation des doses délivrées (mGy) et du Produit Dose Longueur

(mGy.cm) pour les différents modes cliniques disponibles sur le scanner

Accuitomo 3D de Morita.

Photo 3 : Extrait de la documentation du scanner dentaire Accuitomo de

Morita permettant de visualiser le rapprochement du détecteur de l’axe de

rotation entre les champs de vue 14 x 10 et 17 x 12

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ede reconstruction dentaire (« Dentascan ») est utilisé. Nous

avons relevé des valeurs typiques de 40 mGy pour l’indice

de dose scanographique volumique (IDSV) et de 430

mGy.cm pour le produit dose longueur (PDL) sur un scanner

Aquilion 64 de Toshiba utilisé dans le service de radiologie

Guilloz (Pr A. Blum) au CHU de Nancy.

Nous constatons que le scanner volumique dentaire à fais-

ceau conique Accuitomo 3D de Morita délivre, pour le

mode « haute résolution » des doses 3 à 4 fois inférieures

aux doses habituellement délivrées quand l’examen est réa-

lisé sur un scanner hélicoïdal. Ces résultats sont tout à fait

conforme à la littérature [2-4, 12] avec des écarts sur la

dose efficace rapportés beaucoup plus important. Si la qua-

lité diagnostique de l’image est suffisante, l’utilisation du

mode « standard » permet d’obtenir une réduction de la

dose délivrée d’un facteur 2 supplémentaire.

D’autre part pour le scanner volumique dentaire à faisceau

conique, Kodak 9500, nous montrons que les doses déli-

vrées sont presque 10 fois inférieures aux doses habituelle-

ment délivrées quand l’examen est réalisé sur un scanner

hélicoïdal.

CONCLUSION

En plein débat sur les doses délivrées par la scanographie,

souvent jugées excessives, l’arrivée sur le marché des scan-

ners volumiques dentaire à faisceau conique (CBCT) doit

retenir toute notre attention. Nous avons mesuré les doses

délivrées pour les différents protocoles cliniques disponibles

sur le scanner Accuitomo 3D de Morita et le scanner Kodak

9500 CB 3D et constaté que celles-ci sont, pour le mode

« haute résolution » le plus irradiant, 3 à 4 fois moins irra-

diant que les scanners volumiques multi-coupes (MSCT)

habituellement utilisés pour le scanner Accuitomo et presque

10 fois moindre pour le mode standard disponible sur le

scanner Accuitomo et pour le scanner Kodak 9500.

L’utilisation du mode « standard » pour le scanner

Accuitomo 3D permet d’obtenir un gain de dose supplé-

mentaire d’un facteur 2.

De plus, l’acquisition volumique à partir d’un scanner den-

taire dédié présente un certain nombre d’avantages comme

la résolution isotropique avec des dimensions de voxels infé-

rieures (jusqu’à 0,2 mm de côté) à celles du scanner hélicoï-

dal et la possibilité de limiter le champ de vue à la région

explorée ce qui contribue à limiter l’irradiation du patient

donc à améliorer la radioprotection de celui-ci.

Finalement, ces mesures de dose devraient être complétées

par une évaluation de la qualité des images produites par

les systèmes étudiés pour préciser si les différences de dose

constatées ont un retentissement sur la qualité d’image.

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