Reconstruction itérative en scanographie : optimisation de la qualité image et de la dose pour une prise en charge personnalisée

par Joël Greffier

Thèse de doctorat en Biostatistique

Sous la direction de Jean-Paul Beregi.

Soutenue le 17-11-2016

à Montpellier , dans le cadre de École Doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015) , en partenariat avec UNICANCER - Institut régional du Cancer [Montpellier] (laboratoire) .

Le président du jury était Paul Landais.

Le jury était composé de Jean-Paul Beregi, Paul Landais, Hubert Ducou Le Pointe, Alain Noël, Yves Barbotteau.

Les rapporteurs étaient Hubert Ducou Le Pointe, Alain Noël.


  • Résumé

    Avec l’augmentation du nombre de scanner et de la dose collective, le risque potentiel d’apparition d’effets stochastiques est accentué. Pour limiter au maximum ce risque, les principes de justification et d’optimisation doivent être appliqués avec rigueur. L’optimisation des pratiques a pour but de délivrer la dose la plus faible possible tout en conservant une qualité diagnostique des images. C’est une tâche complexe qui implique de trouver en permanence un compromis entre la dose délivrée et la qualité image résultante. Pour faciliter cette démarche, des évolutions technologiques ont été développées. Les deux évolutions majeures sont la modulation du courant du tube en fonction de l’atténuation du patient et l’apparition des reconstructions itératives (IR). L’introduction des IR a modifié les habitudes puisqu’elles permettent de conserver des indices de qualité image équivalents en réduisant les doses. Cependant, leurs utilisations s’accompagnent d’une modification de la composition et de la texture de l’image nécessitant d’utiliser des métriques adaptées pour les évaluer. Le but de cette thèse est d’évaluer l’impact d’une utilisation des IR sur la réduction de la dose et sur la qualité des images afin de proposer en routine pour tous les patients, des protocoles avec la dose la plus faible possible et une qualité image adaptée au diagnostic. La première partie de cette thèse est consacrée à une mise au point sur la problématique du compromis dose/qualité image en scanographie. Les métriques de qualité image et les indicateurs dosimétriques à utiliser, ainsi que le principe et l’apport des reconstructions itératives y sont exposés. La deuxième partie est consacrée à la description des trois étapes réalisées dans cette thèse pour atteindre les objectifs. La troisième partie est constituée d’une production scientifique de 7 articles. Le 1er article présente la méthodologie d’optimisation globale permettant la mise en place de protocoles Basses Doses en routine avec utilisation de niveaux modérés des IR. Le 2ème article évalue l’impact et l’apport sur la qualité des images obtenues pour des niveaux de doses très bas. Le 3ème et le 4ème article montrent l’intérêt d’adapter ou de proposer des protocoles optimisés selon la morphologie du patient. Enfin les 3 derniers articles, illustrent la mise en place de protocoles Très Basses Doses pour des structures ayant un fort contraste spontané. Pour ces protocoles les doses sont proches des examens radiographiques avec des niveaux élevés des IR. La démarche d’optimisation mise en place a permis de réduire considérablement les doses. Malgré une modification de la texture et de la composition des images, la qualité des images obtenues pour tous les protocoles était jugée satisfaisante pour le diagnostic par les radiologues. L’utilisation des IR en routine nécessite une évaluation particulière et un temps d’apprentissage pour les radiologues.

  • Titre traduit

    Iterative reconstruction in CT : optimization of image quality and dose for personalized care


  • Résumé

    The increasing number of scanner and the cumulative dose delivered lead to potential risk of stochastic effects. To minimize this risk, optimization on CT usage should be rigorously employed. Optimization aims to deliver the lowest dose but maintaining image quality for an accurate diagnosis. This is a complex task, which requires setting up the compromise between the dose delivered and the resulting image quality. To achieve such goal, several CT technological evolutions have been developed. Two predominant developments are the Tube Current Modulation and the Iterative Reconstruction (IR). The former lays one patient's attenuation, the latter depend on advanced mathematical approaches. Using IR allows one to maintain equivalent image quality values by reducing the dose. However, it changes the composition and texture of the image and requires the use of appropriate metric to evaluate them. The aim of this thesis was to evaluate the impact of using IR on dose reduction and image quality in routine for all patients, protocols with the lowest dose delivered with an image quality suitable for diagnosis. The first part of the thesis addressed the compromise between dose delivered and image quality. Metrics of the image quality and the dosimetric indicators were applied as well the principle and the contribution of IRs were explored. The second part targets the description of the three steps performed in this thesis to achieve the objectives. The third part of the thesis consists of a scientific production of seven papers. The first paper presents the global optimization methodology for the establishment of low dose protocols in routine using moderate levels of IR. The second paper assesses the impact and contribution of IR to the image quality obtained to levels very low doses. The third and the fourth papers show the interest to adapt or propose protocols optimized according to patient's morphology. Finally the last three papers illustrate the development of Very Low Dose protocols for structures with high spontaneous contrast. For these protocols, doses are close to radiographic examinations with high levels of IR. The optimization process implementation has significantly doses reduction. Despite the change on the texture and on composition of the images, the quality of images obtained for all protocols was satisfactory for the diagnosis by radiologists. However, the use of routine IR requires special assessment and a learning time for radiologists.


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