4-3 Incertitude sur la calibration en Unités Hounsfield

L’échelle d’Unités Hounsfield est une transformation linéaire des mesures des coefficients d’atténuation linéique dans laquelle, la densité de l’eau distillée, à la température et la pression standard (20°C et 1013 HPa), est définie égale à O UH. De même, la densité de l’air dans ces conditions de température et pression est définie égale à -1000 UH.

Pour un matériau X ayant un coefficient d’atténuation linéique égal à µx, la valeur UH correspondante est donnée par :

µH2O et µair sont respectivement les coefficients d’atténuation linéique de l’eau et de l’air dans les conditions standard de température et de pression.

Une Unité Hounsfield représente une variation de 0,1% de la différence entre les coefficients d’atténuation de l’eau et de l’air, ou approximativement 0,1% du coefficient d’atténuation de l’eau puisque celui de l’air est quasi nul.

Lors d’une acquisition tomodensitométrique (énergie des rayons X de l’ordre de 50 keV), l’atténuation des rayons X est essentiellement du à l’effet photoélectrique et la diffusion Compton. Les facteurs qui influencent l’atténuation sont la densité du matériau et le nombre atomique donc la densité électronique et la densité massique. Avec des tensions autour de 120 à 140 KV, qui sont des tensions communément utilisées en radiologie, l’atténuation est principalement due à la diffusion Compton qui dépend de la densité électronique du matériau. Les logiciels de planification dosimétrique utilisent les matrices d’images sous forme de matrices de densités électroniques. Dans la phase de configuration, il est nécessaire de renseigner de la relation entre les unités Hounsfield et la densité électronique des tissus et matériaux rencontrés. Le tableau II-3 présente la composition atomique et la densité massique de l’eau, de l’os cortical et du poumon.

Tableau II-3 : Densité massique et composition atomique des tissus selon l’ICRU 44 [International Commission on Radiation Units and Measurements, 1989]

Nous disposons, pour cela, de fantômes spéciaux dédiés à la création de cette relation entre les unités Hounsfield et les densités électroniques. Un grand cylindre de matériaux équivalent à l’eau de 33cm de diamètre est perforé pour insérer des petits cylindres de 2,8 cm de diamètre et de 7 cm de long constitués de différents matériaux (cf. figure II-26). La densité électronique de chacun de ces cylindres est connue, fournie par le fabricant. L’ensemble des cylindres disponible permet de constituer une courbe de – 1000 UH à 1200 UH. Ces valeurs correspondent aux densités électroniques de 0 à 1,7.

Afin de limiter l’influence des fortes densités sur les cylindres de densités faibles, nous réalisons deux acquisitions dont l’une ne comporte pas ces fortes densités. L’acquisition est

réalisée dans les mêmes conditions que les acquisitions d’images des patients. L’épaisseur de coupe est de 2,5 mm et le réglage du tube en tension et courant de 120kV et 440 mA

Figure II-26 : Fantôme dédié à la mesure des densités électronique et son image tomodensitométrique.

L’application d’une valeur de densité électronique s’effectue en sélectionnant une région d’intérêt cf. figure II-27).

Figure II-27 : Région d’intérêt dans laquelle sont recueillies des valeurs Unités Hounsfield. Cependant, si l’on explore l’image de chaque cylindre à l’aide d’un outil ponctuel, indicateur du nombre d’Unités Hounsfield sur un pixel, on constate des variations pouvant atteindre 40 UH. La dimension de la région d’intérêt n’occupe que les deux tiers de l’image de chaque cylindre afin de ne pas prendre en compte les bords de ces images. Les valeurs retenues pour créer la relation densité électronique - Unités Hounsfield de référence sont les valeurs moyennes.

Il se pose la question de l’influence des variations potentielles d’une relation Unités Hounsfield-densité électronique sur le calcul des distributions de doses. Des erreurs de 10%

en 6 et 15 MV et 30% en 18 MV ont été rapportées dues à une mauvaise conversion [19]. La plupart des conversions ignorent la dépendance entre l’interaction des particules avec le matériau. Plus le numéro atomique est élevé et plus l’erreur peut être importante

A l’aide de notre scanner, Lightspeed/GE, nous avons étudié l’influence de telles variations en créant deux courbes supplémentaires en ajoutant et soustrayant 40 UH à la valeur moyenne choisie.

Les valeurs des trois courbes sont présentées dans le tableau II-4:

Densité

électronique Moyenne HU Moyenne HU+40 HU Moyenne HU-40 HU

0,292 -713,43 -673,43 -753,43 0,438 -497,55 -457,55 -537,55 0,895 -101,17 -61,17 -141,17 0,945 -85,7 -45,7 -125,7 0,98 -22,05 17,95 -62,05 1,02 10,6 50,6 -29,4 1 9,41 49,41 -30,59 1,039 25,27 65,27 -14,73 1,05 94,99 134,99 54,99 1,083 59,79 99,79 19,79 1,116 107,97 147,97 67,97 1,147 137,84 177,84 97,84 1,142 174,14 214,14 134,14 1,099 230,38 270,38 190,38 1,081 234,52 274,52 194,52 1,285 458,27 498,27 418,27 1,473 798,2 838,2 758,2 1,707 1192,05 1232,05 1152,05

Tableau II-4 : Valeurs de Unités Hounsfield et + et – 40 UH

-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 0 0,5 1 1,5 2 Densité électronique U n it é s H o u n s fi e ld Moyenne HU Moyenne HU+40 HU Moyenne HU-40 HU

Figure II-28 : Courbe Unités Hounsfield – densités électroniques et les courbes avec l’ajout et la soustraction de 40 UH en chaque point.

Afin d’illustrer cette variation de + ou – 40 UH, la courbe attachée à l’acquisition scanner d’un cas clinique de radiothérapie du poumon a été modifiée deux fois (cf. figure II-28).

Les écarts dosimétriques affichés dans le tableau II-5 sont exprimés en pourcentage du nombre d’UM par Gy.

POD ANT ANTW AOG LATG POG LATGW

Courbe

UH+40 -0,81 -0,45 -0,48 -0,39 -0,83 -0,97 -0,85 Courbe

UH-40 0,63 0,33 0,29 0,15 0,64 0,78 0,65

Tableau II-5 : Ecarts en % des UM/Gy obtenus par chaque faisceau par rapport à la courbe HU-Densité de référence.

L’influence sur une dosimétrie est ainsi très faible. Cette différence de 40 UH est un bon indicateur lorsque l’on effectue des acquisitions du fantôme RMI périodiques dans le cadre d’un programme d’assurance qualité.

Sur la durée de l’étude, le scanner du service a été renouvelé. Les deux équipements sont de la même marque GEMS et de type Lightspeed RT4 puis RT16.

Afin d’assurer une homogénéité des acquisitions de fantômes sur les deux scanners, une comparaison des courbes Densité électronique-Unités Hounsfield a été effectuée (cf. figure II- 29). HU vs densité électronique 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 -1000 -500 0 500 1000 1500 HU D en si té é le c tr o n iq u e

Figure II-29 : Relation UH-densités électroniques des acquisitions tomodensitométriques de deux scanners RT4 (courbe bleue) et RT16 (courbe rose).

L’amplitude des variations présente une moyenne de 16 HU avec un écart type de 4,6. Ce changement de scanner n’influence donc pas les mesures et les comparaisons.

Pour compléter la conversion entre les Unités Hounsfield et la densité électronique il convient de donner des valeurs correspondant aux plus fortes densités rencontrées dans les acquisitions tomodensitométriques. Toutes les prothèses métalliques entraînent des artéfacts qui perturbent les images au point de générer des zones de faibles densités au contact des volumes denses. Il est ainsi difficile de réaliser une bonne conversion mais il convient de cependant d’attribuer aux zones les plus denses des valeurs correspondant à des matériaux métalliques.

La correspondance densité électronique /UH est respectivement pour l’Aluminium et l’acier de 2,8/2830 et 7,9/3095.

CHAPITRE 3