Utilisation de la réalité augmentée

Ces dernières années, la reconstruction de l’exposition du praticien en radiologie interventionnelle via la réalité augmentée est en plein essor. En plus de permettre d’améliorer les pratiques des praticiens vis-à-vis des rayonnements ionisants et des risques de surexposition, ces systèmes permettent de suivre en temps réel les déplacements et l’exposition de ce dernier.

7.4.1 Développements de Ladikos et al.

Le travail de Ladikos et al. [256] porte sur une preuve de concept d’un système permettant l’approxi-mation de l’exposition du praticien durant les interventions via la visualisation d’une carte de dose.

Ce système suit les déplacements du praticien via 16 caméras montées au plafond permettant de reconstruire en temps réel la forme des objets et les rayonnements dans la salle d’opération [257]. La forme d’un objet est approximée à partir de l’intersection de plusieurs images de la silhouette de l’objet [258].

Le rayonnement diffusé est modélisé en simulant l’interaction des rayons X avec le corps du patient par calcul Monte Carlo avec le code GEANT4. Le patient est approximé par un cylindre d’eau. L’énergie déposée autour du patient est enregistrée par des sphères concentriques de différents rayons centrées sur la source des rayonnements diffusés. Les données enregistrées par les sphères permettent d’estimer la distribution des rayonnements dans la salle d’opération et ainsi de remonter aux radiations reçues par le praticien.

Les simulations ne prennent en compte ni les paramètres réel du tube à rayons X, ni la présence de la table d’opération. Le système présenté n’a, à ce jour, fait l’objet d’aucune validation par mesure physique.

7.4.2 Développements de Badal et al.

Le travail de Badal et al. [259] porte sur un système dosimétrique basé sur le calcul Monte Carlo sur GPU combiné à l’utilisation d’une caméra de profondeur (depth camera) pour suivre le praticien. Aucune information n’est donnée quant au modèle de propagation des rayonnements ainsi que sur les paramètres utilisés. Bien qu’aucune validation expérimentale ne soit effectuée, il est intéressant de remarquer qu’une carte de dose du patient peut être affichée en dix secondes avec une erreur statistique sur la dose maximale à la peau de moins de 1%.

7.4.3 Développements de Loy Rodas and Padoy

Le travail de Loy Rodas and Padoy [260] porte sur un système de cartographie du risque radiologique dans la salle d’opération [260, 261]. Ce système est basé sur la modélisation tridimensionnelle de la salle

d’opération via plusieurs caméras, sur la simulation Monte Carlo (via GEANT4) pour la propagation des rayons X (dont le spectre est généré via le système X-ray toolbox de Siemens) et sur la mesure physique via des dosimètres sans fils (Raysafe i2). Les dosimètres sans fils, placés à des endroits stratégiques, sont utilisés pour calibrer les simulations et comparer la précision des résultats. Le patient et le praticien sont représentés comme des boites composées d’eau. Il est postulé que ces derniers génèrent le même effet diffusant qu’une vraie personne.

Les mesures de validation on été effectuées en salle de radiologie interventionnelle sur un fantôme d’eau dans différentes conditions d’irradiations. Les différentes situations ont été simulées par calcul Monte Carlo via GEANT4 et corrigées par la mesure d’un dosimètre de calibration parmi les 8 disponibles. Après une étape de détermination du dosimètre le plus adapté pour renormaliser les résultats Monte Carlo, l’écart moyen mesure-simulation pour différentes projections est de 29%. Comme le souligne l’étude ORAMED, les dosimètres opérationnels basés sur la technologie semi-conducteur ont une erreur moyenne de ±30% [247], il est ainsi considéré que les simulations sont correctes car l’écart mesure-simulation est compris dans cette plage.

L’utilisation d’un dosimètre de « calibration » pour renormaliser les résultats de simulation contraint le système à ne pas pouvoir être utilisable sans ce dernier et rajoute une incertitude fortement dépendante de son placement dans la salle et dans la simulation.

Étant donné qu’une utilisation clinique nécessite un affichage temps réel des cartes de doses de la salle, le travail de Loy Rodas et al. [261] peut être utilisé comme outil de formation mais n’est pas utilisable cliniquement. L’utilisation clinique est possible sous l’hypothèse de simulation Monte Carlo temps réel, dont une solution serait le calcul par GPU comme celui présenté par Badal et al. [259].

8 Conclusion

La radioprotection du personnel médical en radiologie interventionnelle est une problématique com-plexe. La littérature montre que l’amélioration de la radioprotection du personnel passe par l’optimisation du comportement du praticien vis à vis des rayonnements ionisants. Cette optimisation peut être effectuée de manière pédagogique via la visualisation en temps réel du champ de rayonnements ionisants dans la salle d’opération lors des procédures, permettant au praticien d’adapter ses gestes et le placement des équipements de protection et au reste du personnel dans la salle d’optimiser leurs placements et minimiser leurs expositions.

[1] ICRP. ICRP Publication 113: Education and Training in Radiological Protection for Diagnostic and Interventional Procedures. Ann. ICRP, 39(5) (2009).

[2] Société Française de Radiologie, Fédération de Radiologie Interventionnelle. La radiologie interven-tionnelle en France (2011).

[3] Philips Healthcare. Philips Allura Xper FD20 System Specifications (2010). [4] Philips Healthcare. Azurion - Instructions for Use (2016).

[5] Philips Medical Systems. Allura Xper FD20 Series - Intruction For Use (2007).

[6] Stueve D. Management of pediatric radiation dose using Philips fluoroscopy systems DoseWise: perfect image, perfect sense. Pediatr. Radiol., 36(S2):216–220 (2006).

[7] Jimonet C. Personne compétente en radioprotection (2007).

[8] Bushberg JT, Seibert JA, Leidholdt EM, Boone JM. The Essential Physics of Medical Imaging. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, third ed. (2012).

[9] Deslattes R, Kessler Jr E, Indelicato P, de Billy L, et al. X-ray Transition Energies Database (version

1.2). National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD (2005).

[10] European Radiation Dosimetry Group. ORAMED: Optimization of Radiation Protection of Medical

Staff (2012).

[11] Behlig R. Modern Diagnostic X-ray Sources. CRC Press (2016).

[12] Lanzer P. Catheter-Based Cardiovascular Interventions. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidel-berg (2013).

[13] Rana V, Gill K, Rudin S, Bednarek DR. Significance of including field non-uniformities such as the heel effect and beam scatter in the determination of the skin dose distribution during interventional fluoroscopic procedures. In Pelc NJ, Nishikawa RM, Whiting BR, eds., Proc. SPIE Med. Imaging, vol. 8313, p. 83131N (2012).

[14] IAEA. Dosimetry in Diagnostic Radiology: An International Code of Practice (2007).

[15] IEC. IEC 61267:2006 - Equipement de diagnostic médical à rayonnement X – Conditions de

rayon-nement pour utilisation dans la détermination des caractéristiques. Geneva, second ed. (2005).

[16] Philips Medical Systems. Quality Assurance measurement procedures explained. Xper Allura FD10

and FD20. What we measure, how we measure. (2011).

[17] Poludniowski G, Landry G, DeBlois F, Evans PM, et al. SpekCalc: a program to calculate photon spectra from tungsten anode x-ray tubes. Phys. Med. Biol., 54(19):N433–N438 (2009).

[18] Iqeilan N. Entrance Skin Dose Measurement Using GafChromic Dosimetry Film for Patients

Under-going Coronary Angiography (CA) and Percutaneous Transluminal Coronary Angiography (PTCA) Procedures. Thesis for master of science in medical radiation physics, Stockholms University (2006).

[20] Garzón WJ, Kramer R, Khoury HJ, de Barros VSM, et al. Estimation of organ doses to patients undergoing hepatic chemoembolization procedures. J. Radiol. Prot., 35(3):629–647 (2015).

[21] Suzuki S, Yamaguchi I, Kidouchi T, Yamamoto A, et al. Evaluation of Effective Dose During Abdom-inal Three-Dimensional Imaging for Three Flat-Panel-Detector Angiography Systems. Cardiovasc.

Intervent. Radiol., 34(2):376–382 (2011).

[22] Messaris GAT, Abatzis I, Kagadis GC, Samartzis AP, et al. Hysterosalpingography using a flat panel unit: Evaluation and optimization of ovarian radiation dose. Med. Phys., 39(7Part1):4404– 4413 (2012).

[23] Omar A, Bujila R, Fransson A, Andreo P, et al. A framework for organ dose estimation in x-ray angiography and interventional radiology based on dose-related data in DICOM structured reports.

Phys. Med. Biol., 61(8):3063–3083 (2016).

[24] Wemmert E. Comparison of two Fluoroscopic Systems used for EVAR Procedures: an Approach to

Analyze X-ray Image Quality Limited to Tube Output. Master of science thesis in medical engineering,

Royal Institute of Technology of Sweden (2014).

[25] Gislason AJ, Hoornaert B, Davies AG, Cowen AR. Allura Xper Cardiac System Implementation of

Automatic Dose Rate Control (2011).

[26] Dance DR, Christofides S, Mclean ID, Ng KH. Diagnostic Radiology Physics. IAEA, Vienna (2014). [27] Philips Medical Systems. Reference Air Kerma (rate) for Allura Xper FD20 (2006).

[28] DICOM Standards Committee Working Group 6. Supplement 94: Diagnostic X-Ray Radiation Dose

Reporting (Dose SR) (2005).

[29] IEC. IEC 60601-2-43 : Appareils électromédicaux – Partie 2-43: Exigences particulières pour la

sécurité de base et les performances essentielles des appareils à rayonnement X lors d’interventions procedures. Geneva, second ed. (2010).

[30] IEC. IEC 61910-1 : Appareils électromédicaux – Documentation sur la dose de rayonnement – Partie

1: Rapports structurés sur la dose de rayonnement pour la radiographie et la radioscopie. Geneva,

first ed. (2014).

[31] Wyckoff, H O and Allisy, A and Fränz, H and Jennings, W A and Kellerer, A M and Lidén, K and Rossi HH. ICRU Report 33: Radiation Quantities and Units. J. ICRU, os17(2) (1980).

[32] Cullen D, Hubbell J, Kissel L. EPDL97: the evaluated photo data library ‘97 version. Uclr–50400, Vol.6-Rev.(5):1–35 (1997).

[33] Antoni R, Bourgois L. Physique appliquée à l’exposition externe: Dosimétrie et radioprotection. Springer Paris (2013).

[34] Seltzer SM, Bartlett DT, Burns DT, Dietze G, et al. ICRU Report 85: Fundamental Quantities And Units For Ionizing Radiation (Revised). J. ICRU, 11(1):1–35 (2011).

[35] Glenn F Knoll. Radiation Detection and Measurement. Wiley (2010).

[36] Katz L, Penfold AS. Range-Energy Relations for Electrons and the Determination of Beta-Ray End-Point Energies by Absorption. Rev. Mod. Phys., 24(1):28–44 (1952).

[37] ICRP. ICRP Publication 118: ICRP Statement on Tissue Reactions and Early and Late Effects of Radiation in Normal Tissues and Organs — Threshold Doses for Tissue Reactions in a Radiation Protection Context. Ann. ICRP, 41(1-2):1–322 (2012).

[38] ICRP. ICRP Publication 103: Recommendations of the ICRP. Radiat. Prot. Dosimetry, 129(4):500– 507 (2007).

[39] ICRP. ICRP Publication 120: Radiological protection in cardiology. Ann. ICRP, 42(1):1–125 (2013). [40] ICRP. Statement on Tissue Reactions (2011).

[41] ICRP. ICRP Publication 117: Radiological Protection in Fluoroscopically Guided Procedures Per-formed Outside the Imaging Department. Ann. ICRP, 40(6):1–102 (2010).

[42] Société Française de Physique Médicale. Dosimétrie des explorations diagnostiques en radiologie (2014).

[43] Ma CM, Seuntjens JP. Mass-energy absorption coefficient and backscatter factor ratios for kilovoltage x-ray beams. Phys. Med. Biol., 44(1):131–143 (1999).

[44] Dance DR, Kingdom U, Drexler G, Janeiro RD, et al. ICRU Report 74: Patient Dosimetry for X Rays used in Medical Imaging. J. ICRU, 5(2) (2005).

[45] NCRP. NCRP Report No. 168: Radiation Dose Management for Fluoroscopically - Guided

Interven-tional Medical Procedures. NaInterven-tional Council on Radiation Protection and Measurements, Bethesda

(2010).

[46] Petoussi-Henss N, Zankl M, Drexler G, Panzer W, et al. Calculation of backscatter factors for diagnostic radiology using Monte Carlo methods. Phys. Med. Biol., 43(8):2237–2250 (1998). [47] ICRP. ICRP Publication 60: 1990 Recommendations of the International Commission on

Radiolog-ical Protection. Ann. ICRP, 21(1-3) (1991).

[48] ICRP. CIPR Publication 103: Recommandations 2007 de la Commission internationale de protection radiologique. Ann. ICRP, 37(2-4):1–417 (2007).

[49] Allisy A, Jennings WA, Kellerer AM, Müller JW. ICRU Report 51: Quantities and Units in Radiation Protection Dosimetry. J. Int. Comm. Radiat. Units Meas., os26(2):NP–NP (1993).

[50] Pin A. Evaluation dosimétrique Formation enseignants BTS Environnement Nucléaire CEA -INSTN (2015).

[51] RadCal. Ion Chambers (2016).

[52] IEC. IEC 61674 - Medical electrical equipment – Dosimeters with ionization chambers and/or

semi-conductor detectors as used in X-ray diagnostic imaging. Geneva, second ed. (2012).

[53] Attix FH. Introduction to Radiological Physics and Radiation Dosimetry. Wiley-VCH (2004). [54] Communauté Européenne de l’Énergie Atomique. Directive 2013/59/EURATOM du 3 décembre

2013 (2013).

[55] European Society of Radiology, US Food and Drug Administration, International Atomic Energy Agency, International Organization for Medical Physics, et al. Joint Position Statement on the IAEA Patient Radiation Exposure Tracking (2012).

[56] Balter S, Miller DL, Vano E, Ortiz Lopez P, et al. A pilot study exploring the possibility of estab-lishing guidance levels in x-ray directed interventional procedures. Med. Phys., 35(2):673–80 (2008). [57] US Food and Drug Administration. Performance Standard for Diagnostic X-ray Systems and their

Major Components (2005).

[58] ANSM. Décision du 21 novembre 2016 fixant les modalités du contrôle de qualité des installations de radiodiagnostic utilisées pour des procédures interventionnelles radioguidées (2016).

[59] Fletcher DW, Miller DL, Balter S, Taylor MA. Comparison of four techniques to estimate radiation dose to skin during angiographic and interventional radiology procedures. J. Vasc. Interv. Radiol., 13(4):391–397 (2002).

[60] Miller DL, Balter S, Cole PE, Lu HT, et al. Radiation Doses in Interventional Radiology Procedures: The RAD-IR Study Part II: Skin Dose. J. Vasc. Interv. Radiol., 14(8):977–990 (2003).

[61] Miller DL, Balter S, Wagner LK, Cardella J, et al. Quality Improvement Guidelines for Recording Patient Radiation Dose in the Medical Record. J. Vasc. Interv. Radiol., 15(5):423–429 (2004).