Réduction des doses de rayons X à travers l'exposition d'adaptation dans l'imagerie radioscopique

Cette expérience montre comment utiliser le système de radiographie numérique à faisceau balayant pour réduire la dose en adaptant localement l'exposition à l'opacité de l'objet, plutôt que d'exposer uniformément comme cela se fait conventionnellement. La première étape consiste à acquérir une image de référence lors d'un premier passage et à définir les paramètres du système d'algorithme d'exposition adaptative. L'ordinateur génère ensuite une nouvelle carte de balayage nécessitant une dose réduite, qui est chargée dans le système, permettant ainsi d'acquérir une image égalisée.

Les mesures du produit dose-surface montrent que l'exposition adaptative permet une réduction de dose de l'ordre de 30 %. Nous développons un système d'imagerie appelé système de radiographie numérique à faisceau balayant ou SPDX, qui permet la fluoroscopie radiographique à géométrie inversée. La principale différence entre un système d'imagerie conventionnel et un système à géométrie inversée réside dans le fait que nous n'utilisons pas un tube radiographique à foyer unique projetant sur un détecteur à grand champ de vision. Notre source de rayons X comprend des milliers de foyers, chacun associé à un petit détecteur à comptage de photons, afin d'acquérir une image individuelle par image.

Nous acquérons des milliers d'images détecteur, chaque image détecteur ne visualisant qu'une petite partie de l'objet inversé. L'imagerie par géométrie entraîne une réduction significative de la diffusion dans les images. Cela nous permet d'acquérir ces images à une dose beaucoup plus faible.

Cela est particulièrement avantageux pour les patients de grande taille, car la diffusion augmente avec la taille du patient. Chez les patients pédiatriques, les économies de dose dues à la réduction de la diffusion sont beaucoup plus faibles. Toutefois, la géométrie inverse permet la mise en œuvre de stratégies d'économie de dose qui bénéficient également aux patients pédiatriques.

La géométrie inverse permet une technique que nous appelons exposition adaptative. Lors de l'acquisition de milliers d'images détecteur, nous pouvons adapter l'exposition en temps réel, en fonction de la densité de la région exposée, afin de réduire l'exposition dans les zones radiotransparentes et de maintenir l'exposition dans certaines zones plus opaques. Ainsi, nous pouvons obtenir une qualité d'image uniforme sur l'ensemble de l'image et réduire la dose dans les zones qui seraient surexposées dans les systèmes conventionnels.

Pour surveiller la dose de rayonnement, un débitmètre de produit dose-surface est placé devant le collimateur. Le patient ou le fantôme est généralement positionné relativement près du collimateur, le centre du volume d'imagerie se trouvant à environ 40 centimètres du collimateur. Ensuite, le mode de fonctionnement du système est sélectionné.

Les paramètres typiques sont un champ de vision de sept pouces et une fréquence d'images de 15 images par seconde. La tension de crête de la source de rayons X est réglée à 80 kilovolts de crête et la puissance de la source à 17 kilowatts. Ensuite, allumez le système SBDX et démarrez l'acquisition d'images.

Pendant l'acquisition d'images, un faisceau d'électrons est balayé séquentiellement sur chaque position de point focal selon un mode raster. À chaque position de point focal, le faisceau d'électrons frappe la cible de transmission et génère des rayons X. Les photons X résultants traversent un collimateur focalisant et atteignent le détecteur.

Ainsi, seule une petite partie du volume d'imagerie est projetée. Pendant l'illumination, le détecteur acquiert une image détecteur, qui est directement stockée dans la mémoire du système. Pour chaque point focal, une illumination d'une durée allant jusqu'à huit microsecondes est souhaitée.

Toutefois, en raison des limitations thermiques de la cible, l'exposition continue maximale est d'une microseconde, et l'acquisition est divisée en huit incréments d'une microseconde chacun. Au total, sur une durée d'environ 60 millisecondes, plus de 40 000 images détecteur sont enregistrées à la fin de l'acquisition d'images.

Veillez à enregistrer la mesure sur le débitmètre de produit dose-surface. Le SBDX est par conception un système de tomosynthèse, car l'objet est illuminé sous différents angles à partir de chaque point focal de la source ; ainsi, tout plan situé dans le volume d'imagerie entre le collimateur et le détecteur peut être reconstruit. Commencez par régler l'imagerie.

Paramètres de construction. Sélectionnez le nombre de plans à reconstruire et leur emplacement. Ensuite, exécutez l'algorithme de reconstruction d'image.

L'algorithme traite chaque image du détecteur en commençant par ajuster l'échelle de l'image du détecteur pour le plan de reconstruction correspondant, puis en déplaçant l'image selon la position du foyer avant de l'ajouter à la reconstruction. Ensuite, un filtrage post-traitement élimine le motif créé par l'opération de décalage et d'addition. Généralement, 32 plans espacés de 0,5 millimètre sont reconstruits dans une pile d'images reconstruites.

Les structures entrent et sortent du champ selon leur distance par rapport au détecteur. L'algorithme de sélection de plan choisit les structures qui sont au point dans chaque plan, et à partir de ces informations, une image composite peut être formée, ne montrant que les structures et le focus. Cette image 2D est équivalente aux images obtenues sur un système conventionnel.

Cependant, l'algorithme de sélection de plan a déterminé pour chaque structure sa position par rapport à un collimateur. Cela nous permet de le visualiser sous forme d'animation 3D, de charger les images enregistrées dans le simulateur d'exposition adaptative et d'exécuter l'algorithme pour chaque foyer. Le nombre de photons dans l'image est déterminé.

Les images sont ensuite accumulées jusqu'à ce que le nombre cible de photons soit atteint, ou que les huit rééchantillonnages soient ajoutés. Le résultat du simulateur d'exposition adaptative est une carte de rééchantillonnage indiquant combien de fois chaque position du point focal est illuminée. Cette carte est fusionnée avec le fichier de mode de fonctionnement utilisé pour piloter le système SBDX.

Après avoir chargé le fichier de mode de fonctionnement mis à jour dans le système SBDX, les images prises auparavant ne seront désormais acquises que lorsque le faisceau de rayons X sera activé ou désactivé aux positions du foyer selon la carte de réanalyse, réduisant ainsi le nombre total d'illuminations. Exécutez l'algorithme de reconstruction d'image sur les nouvelles données afin de reconstruire l'image égalisée. Là encore, veillez à enregistrer la mesure de produit dose-surface à l'aide du dosimètre de produit dose-surface, qui a montré une réduction de dose de 30 % dans l'image égalisée utilisant le masque de réanalyse. Les résultats préliminaires ont montré que la qualité d'image est équivalente et que l'image égalisée présente un aspect visuel plus attrayant que l'image non égalisée.

Nous explorons l'exposition adaptative comme une technique permettant de réduire la dose dans les procédures fluoroscopiques. Les résultats initiaux montrent qu'une réduction de dose d'au moins 30 % est réalisable à qualité d'image équivalente. Nous sommes en train de mettre en œuvre l'exposition adaptative comme fonctionnalité en temps réel.

Pendant l'acquisition des images, notre algorithme effectuera automatiquement le seuillage. Par conséquent, bon nombre des étapes présentées ici seront invisibles pour l'utilisateur. Nos résultats actuels sont encourageants et nous sommes impatients d'étudier davantage notre technique.

En particulier, nous devrons démontrer dans des essais cliniques que la valeur diagnostique de nos images est équivalente ou supérieure à celle des images conventionnelles.