• IDS123 - Place de l'imagerie spectrale en scanner

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    Citations

    A rap­pe­ler pour tout usage : C. CANADA, F. DUBUC, S. EL KHOURY, L. ROUSSEL, J-Y. SINNAS, "Place de l'imagerie spec­trale en scan­ner", Uni­ver­si­té de Tech­no­lo­gie de Com­piègne (France), Mas­ter Ingé­nie­rie de la San­té, Mas­ter Ingé­nie­rie de la san­té, Par­cours Tech­no­lo­gies Bio­mé­di­cales et Ter­ri­toires de San­té (TBTS) et Dis­po­si­tifs Médi­caux et Affaires Régle­men­taires (DMAR), Mémoire de pro­jet, réf n° IDS123, jan­vier 2022. https://travaux.master.utc.fr/formations-master/ingenierie-de-la-sante/ids123 ; https://doi.org/10.34746/xdd3-8r93

    Remerciements

    Pour les recherches et la rédac­tion de ce pro­jet, nous sou­hai­tons remer­cier M. Jérôme PRAT, ingé­nieur sup­port tech­nique chez Phi­lips, pour son par­tage d’expérience, ses conseils, et le temps qu’il nous a accordé.

    Nous remer­cions éga­le­ment M. Pol-Manoël FELAN, ensei­gnant à l’UTC, pour son sui­vi et son aide tout au long du semestre. Par ailleurs nous remer­cions nos res­pon­sables de filière, Mme Isa­belle CLAUDE et M. Jean-Mathieu PROT ain­si que M. Gil­bert FARGES, res­pon­sable de l’enseignement « Ingé­nie­rie de pro­jet » et Mme Béa­trice KONIG, res­pon­sable veille et recherche docu­men­taire à l’UTC, pour l’encadrement et les retours qu’ils nous ont faits tout au long du projet.

    Résumé

    L’imagerie médi­cale a beau­coup évo­lué et est désor­mais très uti­li­sée à des fins de diag­nos­tics, mais aus­si de sui­vi et de trai­te­ment de patho­lo­gies. L’une des der­nières tech­no­lo­gies mise en place est le scan­ner spec­tral, qui consiste à uti­li­ser dif­fé­rentes éner­gies pour obte­nir des images carac­té­ris­tiques des tis­sus. Cette tech­no­lo­gie, bien qu’innovante, n’est pas encore adop­tée par tous les éta­blis­se­ments de soins, car son inté­rêt reste à démontrer.

    Ce rap­port met en évi­dence les dif­fé­rentes tech­no­lo­gies exis­tantes et leurs fonc­tion­ne­ments, les dif­fé­rentes appli­ca­tions pos­sibles de l’imagerie spec­trale et ses avan­tages par rap­port à l’imagerie en scan­ner conven­tion­nel, mais aus­si les enjeux éco­no­miques, de san­té publique et la place de l’imagerie spec­trale dans un GHT.

    Abstract

    Medi­cal ima­ging has evol­ved tre­men­dous­ly over the last decades and is now an essen­tial part of the diag­no­sis and treat­ment of seve­ral patho­lo­gies. One of the most recent inno­va­tions is the IQon Spec­tral CT by Phil­lips, which uses mul­tiple types of ener­gy in order to obtain high-qua­li­ty tis­sue ima­ging. Howe­ver, this cut­ting-edge tech­no­lo­gy isn’t imple­men­ted by all health ins­ti­tu­tions yet.

    This paper high­lights the dif­ferent co-exis­ting tech­no­lo­gies as well as their func­tion. Moreo­ver, this report will under­line the poten­tial appli­ca­tions of the IQon Spec­tral CT in addi­tion to its advan­tages over the conven­tio­nal scan­ner. Final­ly, the eco­no­mi­cal and public health chal­lenges will be dis­cus­sed along with the new Spec­tral CT posi­tion with regard to hos­pi­tal groups.

    Liste des abréviations

    • AVC : Acci­dent Vas­cu­laire Cérébral 
    • CHU : Centre Hos­pi­ta­lier Universitaire 
    • CT : Com­pu­ter Tomography 
    • FOV : Field Of View 
    • GHT : Grou­pe­ment Hos­pi­ta­lier de Territoire 
    • HAS : Haute Auto­ri­té de Santé 
    • IRM : Ima­ge­rie par Réson­nance Magnétique 
    • keV : Kilo-élec­trons Volt
    • kV : Kilo Volt 
    • MBq : Mégabecquerel 
    • mGy : milligray 
    • NRD : Niveau de Réfé­rence de Dose 
    • PACS : Pic­ture Archi­ving and Com­mu­ni­ca­tion System
    • PDL : Pro­duit Dose Longueur 
    • PCR : Poly­me­rase Chain Reaction
    • PDC : Pro­duit De Contraste 
    • TDM : tomodensitométrique

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    Durée vidéo : 3min20

    Mémoire complet :

    Place de l’imagerie spectrale en scanner

    Introduction

    L'imagerie médi­cale est une tech­no­lo­gie médi­cale qui a mon­tré son uti­li­té et ses preuves dans l'histoire de la méde­cine et qui ne cesse d'évoluer. En 1895, Mr Wil­helm Rönt­gen, phy­si­cien alle­mand découvre les rayons X en mani­pu­lant un tube de Crookes. Au cours de ces tra­vaux, il demande à sa femme de posi­tion­ner sa main entre le tube et l’écran : il réa­lise la pre­mière radio­gra­phie [1].

    Depuis, l’imagerie médi­cale a beau­coup évo­lué et est désor­mais très uti­li­sée à des fins de diag­nos­tics, mais aus­si de sui­vi et de trai­te­ment de patho­lo­gies. Son spectre est large puisqu’elle contient plu­sieurs moda­li­tés, telles que le scan­ner, très uti­li­sé pour l’obtention d’images ana­to­miques. Mais comme dans tout autre tech­nique, une bonne qua­li­té d’images reste le prin­ci­pal objec­tif à atteindre. Cer­taines inno­va­tions peuvent être effec­tuées afin d’améliorer les per­for­mances et la qua­li­té des images obte­nues. L’une des der­nières tech­no­lo­gies mise en place est le scan­ner spec­tral, qui consiste à uti­li­ser dif­fé­rentes éner­gies pour obte­nir des images carac­té­ris­tiques des tis­sus. Appa­rue en 2005, cette tech­no­lo­gie sus­cite l’intérêt des éta­blis­se­ments de soins.

    Les deux ques­tions sui­vantes se posent donc : com­ment l’imagerie spec­trale per­met de répondre aux besoins des patients et des méde­cins ? Quel est l’apport de l’implantation d’un scan­ner spec­tral au sein d’un centre hos­pi­ta­lier vis-à-vis des autres modalités ?

    Ce mémoire de pro­jet sera rédi­gé afin d’aider les éta­blis­se­ments de san­té à prendre leur déci­sion sur leur choix d’intégrer un scan­ner spec­tral au sein de leur ins­ti­tu­tion. Pour y répondre, il est per­ti­nent d’étudier le prin­cipe phy­sique du scan­ner spec­tral ain­si que ses appli­ca­tions. Puis, il sera abor­dé les enjeux que ce type d’imagerie implique, avant de finir par le plan d’actions mis en place pour mener à bien ce projet.

    Partie 1 : Principe et intérêt de l’imagerie spectrale

    1.1. Physique du scanner spectral

    Comme S.A. Si-Moha­med et al. la décrivent : “L'imagerie tomo­den­si­to­mé­trique (TDM) conven­tion­nelle est la méthode d'imagerie en coupe dis­po­sant actuel­le­ment de la meilleure réso­lu­tion spa­tiale et de la plus grande rapi­di­té d'acquisition” [2].

    Un scan­ner est doté d’un émet­teur de rayons X et d’un détec­teur, situés à l’opposé l’un de l’autre (figure 1). Le patient est posi­tion­né sur une table mobile qui avance dans un anneau cir­cu­laire conte­nant le tube à rayon X. Le tube effec­tue des rota­tions au sein de l’anneau en même temps que le dépla­ce­ment auto­ma­tique de la table d’examen. D’autres com­po­sants sont pré­sents, notam­ment un col­li­ma­teur qui per­met de déter­mi­ner l’épaisseur de coupe et de foca­li­ser les pho­tons inci­dents sur le patient mais aus­si des détec­teurs qui récep­tionnent des pho­tons incidents.

    Figure 1 : Configuration d’un scanner standard [3]

    Son prin­cipe est la mesure de l’atténuation moyenne sur un spectre d’émission (figure 2) dont l’énergie maxi­male est défi­nie en amont de l’examen. Le fais­ceau de rayons X est atté­nué par le patient en fonc­tion des tis­sus tra­ver­sés et de l’énergie de cha­cun des photons.

    Le spectre résul­tant est mesu­ré par le détec­teur qui intègre cha­cun de ces rayons X, indé­pen­dam­ment de leur éner­gie, afin de don­ner une atté­nua­tion moyenne.

    En abs­cisse du spectre en figure 2 se trouve l’énergie des pho­tons en kilo-élec­trons volt (keV) : envi­ron 10 à 110 keV. Les uni­tés keV et kVp (pic du kilo­vol­tage) ne seront pas dif­fé­ren­ciées donc keV = kVp (kVp est le vol­tage maxi­mum émis par le tube sur le fais­ceau et keV est l'énergie ciné­tique des élec­trons qui se déplacent).
    Sur ce spectre, l’énergie maxi­male obser­vée est d'environ 120 keV. Cela signi­fie que les élec­trons ont été accé­lé­rés à une ten­sion maxi­male de 120 kV et qu’une infime pro­por­tion des pho­tons pro­duits auront l’énergie maxi­male de 120 keV.  En effet, lors de la pro­gram­ma­tion d’un exa­men TDM, en choi­sis­sant une ten­sion maxi­male de 100 kV, l’énergie moyenne du fais­ceau sera de 70 keV. C’est pour cela que l’on parle de fais­ceau poly­chro­ma­tique (= fais­ceau poly-éner­gé­tique)[3], on passe d'un fais­ceau éner­gé­tique poly­chro­ma­tique à un fais­ceau éner­gé­tique mono­chro­ma­tique virtuel.

    En ordon­née est indi­qué le nombre de pho­tons (= rayons X) produits.

    Figure 2 : Spectre d’énergie des rayons X en scanner conventionnel [4]

    Il est désor­mais impor­tant de s’intéresser à l’atténuation des rayons X. À ce sujet, Jérôme Prat (spé­cia­liste en scan­ner spec­tral chez Phi­lips) détaille : “En scan­ner conven­tion­nel, le spectre de rayons X émis par le tube est atté­nué en tra­ver­sant le patient en rai­son de deux inter­ac­tions micro­sco­piques, la dif­fu­sion Comp­ton et l'effet pho­to-élec­trique, dont les pro­por­tions dépendent de l'énergie des rayons X et de la com­po­si­tion des tis­sus.”[5].

    L’effet pho­to­élec­trique se pro­duit prio­ri­tai­re­ment lors de l’utilisation de basses éner­gies tan­dis que l’effet Comp­ton inter­vient prin­ci­pa­le­ment à hautes éner­gies[3].

     L’atténuation des rayons X est prin­ci­pa­le­ment dépen­dante “du milieu tra­ver­sé, c'est-à-dire de son coef­fi­cient d’atténuation µ”[3]. Ce coef­fi­cient est consti­tué “presque exclu­si­ve­ment d’une com­po­sant pho­to­élec­trique et d’un com­po­sant de dif­fu­sion Comp­ton”[6].
    Plus sim­ple­ment, l’atténuation totale (µ) pour une éner­gie don­née (E) pos­sède une com­po­sante cor­res­pon­dant à l’effet Pho­to­élec­trique (µP(E)) et une com­po­sante liée à la dif­fu­sion Comp­ton (µC(E)). (figure 3)

    Figure 3 : Formule du coefficient d’atténuation pour une énergie donnée [5]

    Tou­jours concer­nant ce coef­fi­cient d’atténuation, une publi­ca­tion d’Alvarez et Macovs­ki[6] a per­mis de mon­trer qu’il était pos­sible de modé­li­ser ces deux com­po­santes (µP(E) et µC(E)).

    Pour cha­cune d’elles, les cher­cheurs ont identifié :

    • une fonc­tion de l’énergie (sur­li­gnée en bleu sur la figure ci-des­sous), indé­pen­dante du matériau
    • un coef­fi­cient (sur­li­gné en rouge sur la figure ci-des­sous), dépen­dant du maté­riau [7].
    Figure 4 : Modèle d’Alvarez et Macovski [5]

    Ce modèle per­met de dif­fé­ren­cier la par­tie dépen­dante de l’énergie, de la par­tie dépen­dante du matériau.

    L’énergie spec­trale se base sur le fait que chaque maté­riau pos­sède une paire de coef­fi­cients liés à l’effet Pho­to­élec­trique (ap) et à l’effet Comp­ton (ac) spé­ci­fique.

    A par­tir de cette modé­li­sa­tion, la mesure à 2 éner­gies dif­fé­rentes (E1 et E2) per­met de cal­cu­ler les coef­fi­cients ap etac , propres à chaque tis­su. En effet, on obtient deux équa­tions (figure 5) à deux incon­nus dont :

    • les com­po­santes µ(E1) et µ(E2) sont connues car elles cor­res­pondent à l’atténuation totale mesurée,
    • les com­po­santes fp(E1), fp(E2), fC(E1) et fC(E2) sont éga­le­ment connues car elles dépendent de l’énergie uti­li­sée et,
    • les coef­fi­cients ap et asont incon­nus car spé­ci­fiques au maté­riau traversé.
    Figure 5 : Équation à deux inconnues permettant de mesurer les coefficients  ap et ac (spécifiques d’un matériau), d’après la modélisation d’Alvarez et Macovski [5]

    En pra­tique, pour chaque pixel de l’image, l’atténuation est mesu­rée à 2 éner­gies dif­fé­rentes : une ten­sion basse à 80 kV et une haute à 140 kV, afin d’estimer les 2 types d’interactions res­pon­sables de l’atténuation des rayons X et dont les pro­por­tions sont carac­té­ris­tiques de chaque tis­su (figure 6).

    Figure 6 : Spectre d’énergie des rayons X en scanner spectral, différenciant les hautes énergies des faibles énergies [4]

    Grâce à cela, le scan­ner spec­tral per­met d’analyser la struc­ture ana­to­mique de la zone étu­diée (images d’un scan­ner stan­dard) mais éga­le­ment d’analyser la com­po­si­tion d’un élé­ment conte­nu dans la zone étu­diée (images spec­trales). Dans sa thèse datant de 2017, Julien Hen­rion pré­cise que 2 types de don­nées seront extraites grâce à un logi­ciel dédié en mode double éner­gie à émis­sion (pas appli­cable en détec­tion spec­trale) [8] :

    • des images mono éner­gé­tiques en contraste vir­tuel (40 à 140 kV) par extra­po­la­tion des don­nées obte­nues à 80 et 140 kV, sem­blables à des images obte­nues lors d’un TDM conven­tion­nel (figure 7)
    • des images de décom­po­si­tions maté­rielles per­met­tant des super­po­si­tions et/ou des sous­trac­tions d’iode, cal­cium et os. (figure 8)
    Figure 7 : Images mono-énergétiques virtuelles de 40 à 140 ke reconstruites à partir des images 80 et 140 kV [8]
    Figure 8 : Images reconstruites virtuellement d’un examen injecté des carotides internes [8]
    1 : Image reconstruite mono-énergétique à 60 keV
    2 : Image de l’iode avec soustraction de l’eau
    3 : Image de l’eau avec soustraction de l’iode : image virtuelle sans injection
    4 : image de l’iode avec soustraction de calcium

    L’imagerie spec­trale est donc une tech­nique récente, per­met­tant d’obtenir des images grâce à l’atténuation des rayons X obte­nue à deux éner­gies différentes.

    1.2. Historique et principe des différentes techniques d’imagerie spectrale

    La com­po­si­tion d’un scan­ner spec­tral est simi­laire à celle des scan­ners conven­tion­nels. Cepen­dant, cer­tains com­po­sants sup­plé­men­taires et modi­fi­ca­tions struc­tu­relles lui ont été appli­qués afin d’obtenir des images de meilleure qualité.

    Les fabri­cants ont déve­lop­pé des scan­ners spec­traux basés cha­cun sur une tech­no­lo­gie dif­fé­rente. Ces varia­bi­li­tés sont notam­ment obser­vées au niveau de l'émetteur ou du détec­teur des rayons X. Ces dif­fé­rentes tech­niques peuvent donc être clas­sées en deux catégories :

    • L’imagerie scan­ner à double éner­gie, où les modi­fi­ca­tions sont effec­tuées sur le tube à rayon X pour per­mettre une acqui­si­tion en biénergie 
    • L’imagerie scan­ner à détec­tion spec­trale, qui consiste à la sépa­ra­tion des éner­gies sur le détec­teur et non pas l’émetteur.

    1.2.1. Imagerie scanner à double énergie

    La pre­mière tech­no­lo­gie spec­trale, Dual Spin, a été implan­tée sur les scan­ners conven­tion­nels avec un prin­cipe simple : on effec­tue une pre­mière rota­tion à bas kV (80 kV), puis une seconde rota­tion à haut kV (140 kV), don­nant un déca­lage tem­po­rel supé­rieur à 1 seconde (figure 9). Cette solu­tion est encore pro­po­sée par Phi­lips, Canon et Gene­ral Electric.

    Figure 9 : Dual Spin[8]

    Les pre­miers appa­reils avec une réelle pos­si­bi­li­té d’imagerie spec­trale ont été conçus en 2005, avec un appa­reil à double tube (Dual Source) déve­lop­pé par Sie­mens. Cette seconde tech­no­lo­gie consiste à uti­li­ser deux sources de rayons X for­mant un angle droit l’une par rap­port à l’autre. Il est alors pos­sible d’utiliser deux éner­gies dif­fé­rentes sur cha­cun des tubes, et la fil­tra­tion des deux tubes peut être chan­gée afin de modi­fier la dif­fé­rence d’énergie entre ces deux spectres. Plus il y a de dif­fé­rence entre les éner­gies, meilleure sera l’analyse spec­trale (figure 10).

    Figure 10 : Dual Source[8]

    L’autre solu­tion qu’a pro­po­sé Sie­mens avec la tech­no­lo­gie Twin Beam en 2017, est d’utiliser une seule source de rayons X et des filtres per­met­tant de divi­ser le fais­ceau de rayons X de 120 kV en un spectre de rayons X de haute et basse éner­gie avant qu'il n'atteigne le patient (figure 11).

    Figure 11 : Twin Beam[9]

    Par la suite, Gene­ral Elec­tric pro­pose en 2011 une tech­no­lo­gie kV Swit­ching. Cette tech­nique d’imagerie spec­trale, vise à émettre des fais­ceaux de rayons X en alter­nant très rapi­de­ment les deux niveaux d’énergie (80 kV et 140 kV). De cette manière, deux atté­nua­tions peuvent être mesu­rées de façon qua­si simul­ta­née. Mais un des incon­vé­nients de cette inno­va­tion est le léger déca­lage tem­po­rel et angu­laire entre les deux mesures[10]. Cette solu­tion a éga­le­ment été pro­po­sée der­niè­re­ment par Canon (figure 12).

    Figure 12 : kV Switching[8]

    1.2.2. Imagerie scanner à détection spectrale

    En 2017, Phi­lips sort le modèle IQon Spec­tral CT. Son détec­teur à double couche per­met la sépa­ra­tion des basses et des hautes éner­gies à la sor­tie du patient (figure 13). Cette tech­no­lo­gie très récente, per­met à tra­vers un tube d’émettre un rayon­ne­ment X à 100, 120 ou 140 kV, et le détec­teur sépare auto­ma­ti­que­ment l’énergie du fais­ceau grâce à sa com­po­si­tion for­mée de deux couches de détec­tion l'une sen­sible aux bas kV et l'autre aux hauts kV.

    Figure 13 : Dual Layer[8]

    Dans l’avenir, l’objectif est de déve­lop­per des détec­teurs à comp­tage pho­to­nique. Cette tech­no­lo­gie pré­voit de dis­cri­mi­ner les pho­tons d’un point de vue éner­gé­tique, per­met­tant d’assurer une décom­po­si­tion spec­trale par­faite et donc une sélec­ti­vi­té maté­rielle plus pré­cise (figure 14). L’image obte­nue pro­met alors une meilleure réso­lu­tion spa­tiale et sans bruit élec­tro­nique, puisque cha­cun des pho­tons est direc­te­ment trans­for­mé en signal élec­trique. Sie­mens a d’ailleurs lan­cé le pre­mier scan­ner spec­tral pho­ton-coun­ting le 18 novembre 2021 [11], [12].

    Figure 14 : Schéma d’un détecteur à comptage photonique[11]
    Figure 15 : bilan des différentes techniques d’imagerie spectrale [source auteur.e.s]

     Les dif­fé­rentes tech­niques d’imagerie spec­trale sont donc appa­rues au fil du temps à par­tir de 2005, et ne cessent d’évoluer, notam­ment avec le Pho­ton Coun­ting appa­ru tout récemment.

    1.3. Avantages et inconvénients des techniques d’imagerie spectrale

    Cha­cune des tech­niques citées pré­cé­dem­ment ont le même objec­tif : pro­duire des images spec­trales. Cepen­dant, leurs dif­fé­rences de carac­té­ris­tiques tech­niques ne les des­tinent pas à la même uti­li­sa­tion. Dans le tableau 1 ci-des­sous sont pré­sen­tés les avan­tages et incon­vé­nients de cha­cune de ces tech­no­lo­gies [5], [13] :

    Tableau 1 : Avantages et inconvénients de chacune des technologies 

    Ces tech­no­lo­gies sont donc uti­li­sées dif­fé­rem­ment, mais elles pos­sèdent toutes des car­to­gra­phies de post-trai­te­ment simi­laires, comme pré­sen­tées dans la par­tie suivante.

    1.4. Les différentes cartographies en scanner spectral

    En post-trai­te­ment, le pro­fes­sion­nel de san­té est capable de visua­li­ser les images acquises en scan­ner spec­tral avec dif­fé­rentes car­to­gra­phies qui peuvent être jux­ta­po­sées ou fusion­nées, et per­mettent d’améliorer le diag­nos­tic.  L’interprétation des images peut se faire avec les car­to­gra­phies sui­vantes, dont les résul­tats dépendent de la tech­no­lo­gie employée. Un focus est fait ici sur l’IQon Spec­tral CT de Phi­lips [14] :

    • Car­to­gra­phie mono­éner­gé­tique (MonoE) (figure 16) : cette car­to­gra­phie per­met de simu­ler un fais­ceau de 40 à 200 keV en détec­tion spec­trale. En bas keV, elle per­met de rehaus­ser le contraste tis­su­laire et iodé, ain­si que de réduire signi­fi­ca­ti­ve­ment la charge d’iode. En haut keV, elle per­met une réduc­tion des artéfacts.
    Figure 16 : Exemple de cartographie MonoE
    [Source : Double couche #12, le magazine de l’IQon, Cas cliniques, Jérôme Prat, Philips]
    • Car­to­gra­phie de den­si­té d’iode et d’iode sans eau (figure 17): cette car­to­gra­phie fait appel à un algo­rithme de deep lear­ning qui sup­prime le bruit et met en évi­dence le signal de l’iode uni­que­ment. Elle per­met de quan­ti­fier la concen­tra­tion d’iode dans les régions d'intérêt ROI. Cette carte est sou­vent com­pa­rée à la carte mono­éner­gé­tique à 40 keV. 
    Figure 17 : Exemple de cartographie de densité d’iode et iode sans eau
    [Source : Double couche #12, le magazine de l’IQon, Cas cliniques, Jérôme Prat, Philips]
    • Car­to­gra­phie VNC ou  “vir­tuel sans contraste” (figure 18) : elle per­met  à par­tir d’une séquence injec­tée d’obtenir vir­tuel­le­ment une image non injec­tée par décom­po­si­tion des maté­riaux eau/iode. Pour extraire les infor­ma­tions sans contraste de la par­tie injec­tée, il suf­fit de sup­pri­mer la carte de l’iode.
    Figure 18 : Exemple de cartographie VNC
    [Source : Double couche #12, le magazine de l’IQon, Cas cliniques, Jérôme Prat, Philips]
    • Car­to­gra­phie Z effec­tif (figure 19) : cette car­to­gra­phie per­met de carac­té­ri­ser les voxels à par­tir du numé­ro ato­mique (Z) effec­tif et de la den­si­té élec­tro­nique. Elle sépare les dif­fé­rentes matières sur l’image comme les tis­sus (patho­lo­giques ou non).
    Figure 19 : Exemple de cartographie de densité électronique
    [Source : Double couche #12, le magazine de l’IQon, Cas cliniques, Jérôme Prat, Philips]
    • Car­to­gra­phie CaSupp, ou carte de sup­pres­sion de Cal­cium (figure 20) : comme son nom l’indique, c’est une carte qui per­met de visua­li­ser une image vir­tuelle sans cal­cium. Tous les voxels de cal­cium sont sub­sti­tués par des voxels équi­va­lents sans atté­nua­tion calcique.
    Figure 20 : Exemple de cartographie de suppression de Calcium
    [Source : Double couche #12, le magazine de l’IQon, Cas cliniques, Jérôme Prat, Philips]
    • Car­to­gra­phie d’Acide Urique (figure 21): à par­tir de cette carte la pré­sence d’acide urique peut être visua­li­sée au niveau des articulations.
    Figure 21 : Exemple de cartographie d’acide urique
    [Source : Double couche #12, le magazine de l’IQon, Cas cliniques, Jérôme Prat, Philips]
    • Carte den­si­té élec­tro­nique (figure 22):  cette carte met en évi­dence l’effet Comp­ton dif­fu­sé par les tis­sus, et per­met de déter­mi­ner le pour­cen­tage de la den­si­té élec­tro­nique de chaque voxel en le com­pa­rant à celui de l’eau. Elle per­met éga­le­ment de réhaus­ser le contraste dans les séries non injectées.
    Figure 22 : Exemple de cartographie densité électronique
    [Source : Double couche #12, le magazine de l’IQon, Cas cliniques, Jérôme Prat, Philips]

    Ces dif­fé­rentes car­to­gra­phies ont donc un réel inté­rêt pour l’interprétation des résul­tats et le diagnostic.

    Afin de mieux com­prendre l’utilité de ces car­to­gra­phies dans la prise en charge du patient, les appli­ca­tions du scan­ner spec­tral sont détaillées dans la par­tie suivante.

    Partie 2 : Applications cliniques et parcours patient

    Même si l’innovation en ima­ge­rie médi­cale prend une part impor­tante sur beau­coup de points, la place du patient l’est tout autant. En outre, le scan­ner spec­tral pro­pose des avan­tages pour le patient comme [15] :

    • Une réduc­tion de la quan­ti­té d’iode injec­tée de 50% (l’image mono­chro­ma­tique per­met un contraste opti­mi­sé) trouve son inté­rêt pour les patients pré­sen­tant des insuf­fi­sances rénales (réduire au maxi­mum l’injection de pro­duit de contraste iodé)[16],
    • Une détec­tion ou éli­mi­na­tion de contraste dans une zone dense,
    • Une meilleure fia­bi­li­té du diagnostic,
    • Une réduc­tion des arté­facts d’un maté­riel métallique.

    Tou­te­fois, il ne faut pas négli­ger les incon­vé­nients que peut engen­drer la tech­no­lo­gie de détec­tion spec­trale au scan­ner pour le patient. Entre autres, une aug­men­ta­tion de la dose d’irradiation com­pa­rée au scan­ner conven­tion­nel mal­gré l’utilisation du logi­ciel de réduc­tion de dose. Ou encore, l’apparition d’artéfacts autres que métal­liques, due à la tech­no­lo­gie spec­trale (IQon Spec­tral CT) qui n’est pas pré­sente lors d’autres exa­mens d’imagerie médi­cale (par exemple l’IRM et le scan­ner conven­tion­nel). Enfin, le der­nier incon­vé­nient du scan­ner spec­tral est le temps de trai­te­ment des images qui peut être long[17]. Le pro­fes­seur Phi­lippe Douek Chef du pôle de radio­lo­gie des Hos­pices de Lyon a d'ailleurs évo­qué cet incon­vé­nient lors de son inter­view pour le maga­zine double couche de l’IQon de Phi­lips. Les radio­logues ren­con­trés à l'Hôpital Saint-Louis dans le cadre de cette étude ont éga­le­ment par­ta­gé le même point de vue sur cette technologie.

    Cette par­tie étu­die l’impact du scan­ner spec­tral sur plu­sieurs types d’applications, par rap­port aux autres ima­ge­ries fré­quem­ment uti­li­sées. Dans ces appli­ca­tions sont indi­rec­te­ment incluses celles liées aux urgences, avec notam­ment un focus sur la Covid-19.

    2.1. Oncologie

    Les can­cers repré­sentent la pre­mière cause de mor­ta­li­té chez l’homme en France. En 2018, 382 000 nou­veaux cas ont été recen­sés [18].

    Le scan­ner spec­tral per­met la détec­tion pré­coce de can­cers. Il est pos­sible de dis­cri­mi­ner les couches tis­su­laires sur des masses tumo­rales d’un scan­ner nor­mal en fonc­tion de la cap­ta­tion d’iode. Les lésions sont mieux iden­ti­fiées grâce aux don­nées multiparamétriques.

    Pour cer­taines mala­dies types tumeurs pan­créa­tiques, les signes indi­rects étaient aupa­ra­vant vus au scan­ner conven­tion­nel dans un pre­mier temps, puis un exa­men com­plé­men­taire comme l’IRM était réa­li­sé, ce qui pou­vait être contrai­gnant pour le patient. En effet, un exa­men com­plé­men­taire néces­site des délais et poten­tiel­le­ment des coûts sup­plé­men­taires pour le trans­port des patients. Des frais engen­drés par la sécu­ri­té sociale peuvent éga­le­ment s’ajouter avec la mono­po­li­sa­tion du per­son­nel hos­pi­ta­lier (bran­car­dier, mani­pu­la­teur, méde­cin), des frais d’hospitalisation, etc.

    Main­te­nant que la lésion est iden­ti­fiée plus rapi­de­ment et que le scan­ner est d’emblée spec­tral, le diag­nos­tic peut être plus rapide [19]. L’image ci-des­sous montre ces lésions en fonc­tion du type de scan­ner. Dans cette étude réa­li­sée avec l’IQon de Phi­lips, les petites lésions avec le scan­ner spec­tral sont bien mieux iden­ti­fiées ( figure 23 image de droite), qu’avec le scan­ner conven­tion­nel ( figure 23 image de gauche).

    Figure 23 : Métastases de tumeurs pancréatiques[19]

    La com­bi­nai­son des moda­li­tés d’imagerie est éga­le­ment inté­res­sante. En effet, selon le type de can­cers, l’IRM peut être com­bi­née à un scan­ner spec­tral [19]. Avant de savoir si le patient peut être opé­ré, le méde­cin peut deman­der une réso­nance. Cette réso­nance est ensuite sui­vie d’un scan­ner spec­tral pour explo­rer les méta­stases mais aus­si d’autres élé­ments comme l’axe vas­cu­laire, qui est impor­tant pour déci­der de la chirurgie.

    Afin de pour­suivre cette com­pa­rai­son de plu­sieurs moda­li­tés dans le diag­nos­tic des can­cers, une étude réa­li­sée sur les méta­stases du can­cer du sein est ana­ly­sée. L’étude a été réa­li­sée grâce à l’IQon Spec­tral CT de Phi­lips sur 182 patientes et com­pare l’IRM, le scan­ner conven­tion­nel et le scan­ner spec­tral [20].

    L’étude montre que les per­for­mances de diag­nos­tic et de sen­si­bi­li­té sont plus éle­vées avec le scan­ner spec­tral que l’IRM et le scan­ner conven­tion­nel. De plus, les gan­glions lym­pha­tiques et les nodules pul­mo­naires sont mieux obser­vables avec le scan­ner spec­tral, comme le montrent les images ci-des­sous. L’exemple est don­né sur une patiente ayant des méta­stases pul­mo­naires. La lésion est trop petite pour être iden­ti­fiée en scan­ner conven­tion­nel (figure 24 image E), et est invi­sible en IRM (figure 24 image H), alors qu’en scan­ner spec­tral (figure 24 images F et G), le nodule est bien iden­ti­fié et est consi­dé­ré comme une méta­stase[20].

    Figure 24 : Patiente avec métastase pulmonaire dans le lobe supérieur gauche[20]
    E : Image en mode conventionnel
    F : Image en mode spectral avec cartographie densité d’iode
    G : Image en mode spectral avec cartographie Z effectif
    H : IRM, séquence de diffusion b200

    En revanche, l’exemple ci-des­sous montre une méta­stase osseuse, bien visible en IRM (figure 25 images A, B, C), mais très peu visible en scan­ner conven­tion­nel ( figure 25 image D) et pas du tout en scan­ner spec­tral (images E et F)[20].

    Figure 25 : Patiente avec métastase osseuse[20]
    A : IRM, vue coronale en T1
    B : IRM, vue axiale en T1
    C : IRM, séquence de diffusion b800
    D : Image en mode conventionnel
    E : Image en mode spectral avec cartographie Z effectif
    F : Image en mode spectral avec cartographie densité d’iode

    En conclu­sion, le scan­ner spec­tral s’impose de plus en plus comme l’IRM dans le diag­nos­tic des can­cers. En fonc­tion du type de can­cers, l’IRM et le scan­ner spec­tral peuvent être com­bi­nés, ou bien réa­li­sés de manière indépendante.

    Uti­li­sé seul, le scan­ner spec­tral per­met au patient de subir moins d’examens, donc un gain de temps. En effet, un exa­men spec­tral dure envi­ron 10 min, contre 15 à 30 min pour l’IRM. De plus, l’attente pour un ren­dez-vous pour une IRM est de l’ordre 30 jours à 1 mois et demi, alors qu’un exa­men en scan­ner spec­tral est beau­coup plus rapide (envi­ron 1 semaine à 1 mois).

    2.2. Neurologie

    En ima­ge­rie céré­brale, le diag­nos­tic est posé grâce aux images d’iode pour visua­li­ser le rehaus­se­ment iodé d’une part, et les images sans contraste pour sup­pri­mer le signal d’iode d’autre part.

    De plus, les images sans contraste per­mettent de mettre en évi­dence l'étendue de la lésion isché­mique par rap­port aux images conven­tion­nelles, ain­si que les plages de rema­nie­ment hémor­ra­gique [2].

    Le sui­vi à la suite d’une throm­bec­to­mie est par­fois com­pli­qué car la dif­fé­ren­cia­tion entre l’iode et le sang lié à l’hémorragie est difficile.

    L’utilisation de la car­to­gra­phie d’iode per­met de dif­fé­ren­cier les deux com­po­sants, comme le montrent les images de la figure 26 réa­li­sées grâce à l’IQon de Philips :

      Figure 26 : Contrôle d’une diverticulite douteuse [15]
    Image A : Imagerie conventionnelle
    Image B : Image d’Iode sans eau
    Image C : Image virtuelle sans contraste

    Dans le maga­zine “Double couche” numé­ro 4 édi­té par Phi­lips, le Pro­fes­seur Emma­nuel Coche res­pon­sable du dépar­te­ment de radio­lo­gie de l’hôpital uni­ver­si­taire Saint Luc près de Bruxelles, qui est un des pre­miers éta­blis­se­ments en Europe à ins­tal­ler un IQon Spec­tral CT dans le ser­vice d’urgence, pré­cise que le scan­ner spec­tral est uti­li­sé pour la recherche l’AVC hyper­ai­gu. On compte en France envi­ron 140 000 AVC par an[21].

    En revanche, pour les situa­tions d’urgence céré­brale, l’IRM reste la moda­li­té la plus pré­co­ni­sée[15], [22].

    2.3. Embolies pulmonaires

    L’embolie pul­mo­naire est une patho­lo­gie qui touche les pou­mons et doit être trai­tée dans les plus bref délais. Il s’agit d’une migra­tion d’un embole (caillot san­guin) dans l’arbre arté­riel pul­mo­naire qui pro­voque une obli­té­ra­tion bru­tale proxi­male et/ou dis­tale des vais­seaux arté­riels pulmonaires.

    Il existe plu­sieurs moda­li­tés d’imagerie médi­cale qui per­mettent de poser un diag­nos­tic posi­tif ou néga­tif. Ces dif­fé­rentes moda­li­tés sont :

    L’angio-scanner tho­ra­cique : il s’agit d’un exa­men TDM stan­dard avec injec­tion de pro­duit de contraste (PdC) (figure 27). C’est un exa­men de pre­mière inten­tion pour le diag­nos­tic posi­tif. Sa sen­si­bi­li­té est excel­lente pour les embo­lies pul­mo­naires proxi­males (dimi­nue pour les dis­tales). Concer­nant la radio­pro­tec­tion-patient, un exa­men de scan­ner tho­ra­cique conven­tion­nel pour une indi­ca­tion d’embolie pul­mo­naire a un PDL (Pro­duit Dose Lon­gueur) d’environ 475 mGy.cm (mil­li­Gray par cen­ti­mètre) pour un adulte[23].

    Figure 27 : Angio scanner thoracique en coupe axiale d’une embolie pulmonaire[24]

    La scin­ti­gra­phie pul­mo­naire de ven­ti­la­tion et de per­fu­sion : c’est un exa­men de deuxième inten­tion (figure 28). Elle est réser­vée en cas de contre indi­ca­tion à l’angio-TDM. L’image ci-des­sous met en évi­dence les zones tou­chées par l’embolie (flèches rouges) :

    Figure 28 : Scintigraphie pulmonaire de perfusion et de ventilation visualisant une embolie pulmonaire [image libre de droit]

    Pour une scin­ti­gra­phie pul­mo­naire de per­fu­sion au tech­né­tium 99m, la NRD (Niveau de Réfé­rence Diag­nos­tique) qui a été défi­nie est de 225 MBq (Méga­Bec­que­rel) à injec­ter au patient[25].

    Le scan­ner spec­tral (IQon Spec­tral CT): il per­met d’améliorer la détec­tion des embo­lies grâce à la répar­ti­tion de l’iode au sein du volume scan­né. Il per­met éga­le­ment de mieux voir les artères pul­mo­naires avec une quan­ti­té réduite de pro­duit de contraste.

    Les avan­tages du scan­ner spec­tral par rap­port aux autres moda­li­tés d’imageries sont donc :

    • Une meilleure visi­bi­li­té des vais­seaux arté­riels (proxi­maux ou dis­taux) avec moins de pro­duit de contraste que lors d’un angio-scan­ner. Par exemple, pour un scan­ner spec­tral, il faut 30 cen­ti­mètres cubes (cc = mL) de pdc dont la concen­tra­tion est plus éle­vée qu’un scan­ner conven­tion­nel, pour lequel il faut 80 cc de pdc[26].

    Cela aura un impact direct pour le patient car l’injection de pro­duit de contraste iodé n’est pas ano­dine pour le corps humain. Il existe beau­coup d’effets secon­daires au pro­duit de contraste (aller­gies, insuf­fi­sances rénales, etc…), ce qui démontre l’intérêt de limi­ter sa quan­ti­té injec­tée tout en gar­dant une bonne qua­li­té d’image.

    • La pos­si­bi­li­té de faire une recons­truc­tion avec une car­to­gra­phie Z effec­tif. Ce mode spec­tral cou­leur per­met d’observer les pro­blèmes d'irrigation pul­mo­naire [27] que l’on ver­rait nor­ma­le­ment en scan­ner conven­tion­nel avec injec­tion de pro­duit de contraste ou en scin­ti­gra­phie pul­mo­naire de per­fu­sion, comme obser­vés sur la figure 29 : 
    Figure 29 : Différentes cartographies au scanner spectrale pour l’embolie pulmonaire[27]

    L’embolie pul­mo­naire est une patho­lo­gie à prendre en charge en urgence et pour le moment, le scan­ner est la moda­li­té la plus adap­tée pour cette indi­ca­tion. L’avantage du scan­ner spec­tral est la plu­ra­li­té des infor­ma­tions récol­tées pen­dant l’acquisition et en post-trai­te­ment d’image. C’est-à-dire que ces infor­ma­tions peuvent aider le radio­logue dans son inter­pré­ta­tion en vue de limi­ter le nombre d’examens sup­plé­men­taires (comme la scin­ti­gra­phie pul­mo­naire pour pré­ci­ser le diag­nos­tic) et par consé­quent, avoir un impact posi­tif sur la radio­pro­tec­tion-patient (cumul de dose) ain­si qu’une réduc­tion du par­cours patient.

    L’impact du scan­ner spec­tral pour le par­cours patient concerne l’utilisation d’autres moda­li­tés en com­plé­ment. Dans le cas de l’utilisation du scan­ner conven­tion­nel, le patient peut faire d’autres exa­mens com­plé­men­taires comme une scin­ti­gra­phie pul­mo­naire si le diag­nos­tic n’est pas concluant au scan­ner. Avec le scan­ner spec­tral, le patient a un seul exa­men qui per­met d’avoir un diag­nos­tic clair et pré­cis, ce qui réduit gran­de­ment le par­cours de soins du patient et son dépla­ce­ment au sein des centres hos­pi­ta­liers (du ser­vice d’imagerie au ser­vice de méde­cine nucléaire).

    2.4. Cas de la Covid-19

    Durant la crise sani­taire, les hôpi­taux dotés de scan­ners spec­traux ont pu les exploi­ter pour diag­nos­ti­quer leurs patients. Le virus covid-19 est un virus qui cause des dégâts essen­tiel­le­ment au niveau des pou­mons. Au début de la pan­dé­mie, il était dif­fi­cile de diag­nos­ti­quer les patients tou­chés par ce virus.

    Le Centre Hos­pi­ta­lier de Char­le­ville-Mézières, GHT Nord Ardennes, pos­sède le scan­ner spec­tral IQon Spec­tral CT de Phi­lips. Lors d’une inter­view, le Doc­teur Phi­lippe Mateu, chef de ser­vice de réani­ma­tion de ce centre hos­pi­ta­lier, pré­cise que l’IQon Spec­tral CT était un outil de diag­nos­tic très utile durant cette crise sani­taire, sur­tout pour les patients asymp­to­ma­tiques qui n’expriment pas de symp­tômes rela­tifs à ce virus mais qui sont porteurs.

    A tra­vers cette tech­no­lo­gie, ils arrivent à repé­rer les lésions pul­mo­naires très impor­tantes sur ce type de patients mais éga­le­ment sur les patients pré­sen­tant des troubles res­pi­ra­toires. Pour le GHT du Nord Ardennes, le scan­ner IQon Spec­tral CT a été une aide au diag­nos­tic durant cette crise, il leur a per­mis de repé­rer les zones qui ne pou­vaient pas être ven­ti­lées et qui ris­quaient de se fibroser.

    Le pour­cen­tage d’atteinte du covid-19 pour un patient est mieux déter­mi­né avec les car­to­gra­phies à den­si­té élec­tro­nique obte­nues en post-trai­te­ment d’un exa­men réa­li­sé sur un scan­ner spec­tral IQon Spec­tral CT que sur une image obte­nue à la suite d’un exa­men effec­tué avec un scan­ner conventionnel.

    Ce pour­cen­tage exprime le volume pul­mo­naire atteint par cette mala­die. Dans la figure 30, le volume pul­mo­naire atteint par la covid-19 est repré­sen­té par dif­fé­rentes cou­leurs sur les car­to­gra­phies à den­si­té élec­tro­nique. Cha­cune d’entre elles, cor­res­pond à un pour­cen­tage qui per­met au radio­logue de défi­nir le grade de la maladie : 

    Figure 30 : Imagerie spectrale par cartographie densité électronique colorimétrique montrant les pourcentages de volume pulmonaire atteint par la covid-19
    [Source : Magazine double couche 10, Philips]

    De plus, com­pa­rée à l’imagerie conven­tion­nelle, cette carte à den­si­té élec­tro­nique per­met de mieux visua­li­ser le verre dépo­li, son atté­nua­tion est meilleure. Le verre dépo­li cor­res­pond à une zone dense du paren­chyme pul­mo­naire[28].

    Il s’avère que sur toutes les images de scan­ner des malades SARS Cov 2 il est pos­sible de repé­rer des plages de verre dépo­li[29].

    Dans la figure 31, deux images repré­sen­tant les pou­mons sont illus­trées, une a été réa­li­sée avec un scan­ner conven­tion­nel et l’autre avec un scan­ner spec­tral. L’image de gauche (image conven­tion­nelle) montre les opa­ci­tés de verre dépo­li dif­fuses péri­phé­riques bila­té­raux. L’image de droite (den­si­té élec­tro­nique) montre des opa­ci­tés du verre dépo­li plus éten­dues et plus visibles que celles de l’image de gauche. Les flèches rouges et la zone enca­drée mettent en évi­dence ces deux lésions :

    Figure 31 : Imagerie conventionnelle et spectrale montrant les plages de verre dépoli
    [Source : Double Couche 1, le magazine de l’iQon, Philips]

    Le Centre Hos­pi­ta­lier de Char­le­ville-Mézières, n’est pas le seul à avoir remar­qué l’intérêt du scan­ner spec­tral durant la pan­dé­mie. L’Hôpital pri­vé d’Antony a éga­le­ment trou­vé que l’usage du scan­ner spec­tral pour les ima­ge­ries d’urgence des tho­rax des patients Covid était per­ti­nent pour une détec­tion pré­coce de la mala­die [30], [31].

    Durant la pan­dé­mie, le scan­ner tho­ra­cique a joué un rôle très impor­tant dans la prise en charge des patients atteints de la covid-19. L’HAS a éga­le­ment appuyé cet argu­ment en publiant une fiche inti­tu­lée “Réponses rapides dans le cadre de la COVID-19 Place du scan­ner tho­ra­cique”. Le scan­ner était très uti­li­sé pour diag­nos­ti­quer et suivre l’évolution des lésions pul­mo­naires des patients ayant des détresses res­pi­ra­toires sévères. Cepen­dant, il n’est pas uti­li­sé pour dépis­ter les patients, il est néces­saire de faire un test PCR avant. Si ce der­nier est posi­tif et que les malades pos­sèdent des signes graves de la mala­die à ce moment, un exa­men au scan­ner est effec­tué. En effet, le scan­ner conven­tion­nel à basse dose sans injec­tion est recom­man­dé pour esti­mer l’étendu et la sévé­ri­té de l’atteinte pul­mo­naire. A la suite de cet exa­men, si les symp­tômes lors du sui­vi sont aggra­vés, un scan­ner tho­ra­cique avec injec­tion peut être recom­man­dé pour mieux obser­ver les infec­tions res­pi­ra­toires sévères[32].

    Mais comme dit pré­cé­dem­ment, l’examen du tho­rax au scan­ner spec­tral rap­porte plus de pré­ci­sions et une meilleure visua­li­sa­tion des verres dépo­lis et du pour­cen­tage de volume pul­mo­naire atteint. Au centre hos­pi­ta­lier de Char­le­ville-Mézières, le chef de ser­vice de réani­ma­tion, le Doc­teur Phi­lippe Mateu, et le Doc­teur Phi­lippe Cart, chef de pôle du ser­vice d’imageries médi­cales, pré­cisent dans le double couche 10 du maga­zine de l’IQon Spec­tral CT, que le scan­ner spec­tral était très effi­cace pour le diag­nos­tic de ce virus mais qu’ils se sont ren­du compte de son poten­tiel tar­di­ve­ment. En effet, au tout début de la pan­dé­mie, les résul­tats des tests PCR étaient éta­blis très len­te­ment et les patients asymp­to­ma­tiques étaient dif­fi­ci­le­ment diag­nos­ti­qués. Grâce aux images obte­nues sur le scan­ner spec­tral, ils ont pu rapi­de­ment repé­rer les patients atteints de la Covid-19, ce qui a per­mis une prise en charge plus rapide. De plus, ils sou­lignent que l’ARS a éga­le­ment approu­vé que cette tech­no­lo­gie est une aide au diag­nos­tic en plus des tests PCR. Les exa­mens effec­tués sur le scan­ner spec­tral pour cher­cher les per­sonnes tou­chés par ce virus se font avec injec­tion de pro­duit iodé de 15 et 30 cc. Actuel­le­ment, le Centre Hos­pi­ta­lier de Char­le­ville Mézière pro­cède par un test PCR et de séro­lo­gie pour dépis­ter les patients atteints de la Covid-19. Si le patient a effec­tué au préa­lable un exa­men au scan­ner spec­tral et que des lésions pul­mo­naires carac­té­ris­tiques de ce virus ont été repé­rées, il est décla­ré posi­tif à la Covid-19. Les deux chef de ser­vice de réani­ma­tion et d’imagerie médi­cale ont signa­lé durant l’entretien qu’ils avaient eu des patients pos­sé­dant des tests néga­tifs mais une image spec­trale de leur tho­rax typique de la Covid-19[31].

    Cela montre que les tests PCR sont effi­caces mais par­fois pas très fiables, le scan­ner spec­tral joue un rôle cen­tral dans la prise en charge des patients il per­met de véri­fier plus pré­ci­sé­ment la pré­sence de symp­tômes carac­té­ris­tiques de ce virus. Il est donc impor­tant que les éta­blis­se­ments de san­té pos­sé­dant cette tech­no­lo­gie, intègre dans la prise en charge des patients atteint de la Covid-19 un exa­men sur le scan­ner spectral. 

    2.5. Urologie

    Pour les patients pos­sé­dant des cal­culs rénaux, il est dif­fi­cile de déter­mi­ner leurs com­po­si­tions chi­miques avec un exa­men sur le scan­ner conven­tion­nel. Par contre, le scan­ner à détec­tion spec­trale a mon­tré un réel inté­rêt dans la carac­té­ri­sa­tion des cal­culs rénaux, en déter­mi­nant le type de cal­culs, grâce à des tech­niques de post-trai­te­ments sur le rap­port des basses et hautes éner­gies et à la com­pa­rai­son entre les dif­fé­rentes car­to­gra­phies (Mono-E et iodine)[33].

    Le scan­ner spec­tral per­met d’aider les méde­cins quant au choix du trai­te­ment adé­quat pour le patient : une inter­ven­tion inva­sive pour les cal­culs de cys­tine, de bru­shite ou d’oxalate de cal­cium mono­hy­dra­té ou une admi­nis­tra­tion médi­ca­men­teuse pour les cal­culs d’acide urique[34].

    La car­to­gra­phie monoE ci-des­sous (Figure 32) montre un cal­cul ain­si que sa loca­li­sa­tion. La car­to­gra­phie iodine (Figure 33) va per­mettre de super­po­ser des images à l'iode codées par la cou­leur chez un patient atteint d'un kyste rénal. Elle four­nit une visua­li­sa­tion directe à code cou­leur de la teneur en iode dans l'image. Le manque d'intensité du signal d'iode dans le kyste est obser­vé, déno­tant l'absence d'amélioration du contraste et donc de carac­té­ri­ser sa composition.

    Figure 32 : Conventionnel non-amélioré[35]
    Figure 33 : Imagerie spectrale avec cartographie iodine[35]

    Comme vu dans cette par­tie, le scan­ner spec­tral montre un réel inté­rêt pour cer­taines patho­lo­gies (onco­lo­gie, embo­lies pul­mo­naires, Covid-19…), mais est encore en cours d’études pour d’autres (mala­dies car­dio-vas­cu­laires et céré­brales). Il peut être uti­li­sé seul ou avec d’autres types d’imagerie.

    Cette liste d'applications est non exhaus­tive et ne fera qu’augmenter avec l’implantation de scan­ners spec­traux dans les hôpitaux.

    Partie 3 : Place du scanner spectral en imagerie

    3.1. Place des différentes technologies de scanners en GHT

    En France, 17 IQon Spec­tral CT de Phi­lips sont actuel­le­ment ins­tal­lés en GHT, notam­ment à Paris, Lille, Lyon, Besan­çon… De pro­chaines ins­tal­la­tions sont pla­ni­fiées pour les hôpi­taux de Bor­deaux, Mayotte, et la Mar­ti­nique. La figure 34 montre une car­to­gra­phie des IQon Spec­tral CT implan­tés en France :

    Figure 34 : Cartographie montrant les IQon Spectral CT installés en France
    [Source : Documentation Philips]

    Deux visites de ser­vices d’imagerie médi­cale et une publi­ca­tion dans le maga­zine Double Couche de Phi­lips ont per­mis d’apporter des infor­ma­tions com­plé­men­taires sur la place du scan­ner spec­tral dans les hôpitaux.

    L’hôpital Saint Louis de Paris uti­lise le scan­ner spec­tral depuis moins d’un an. Leur choix s’est orien­té vers l’IQon Spec­tral CT de Phi­lips car l’imagerie est d’emblée spec­trale et il peut être inté­gré avec le PACS. L’hôpital a déci­dé d’acheter un scan­ner spec­tral pour le diag­nos­tic des can­cers, des embo­lies pul­mo­naires et les urgences. L’équipe médi­cale a décla­ré que, grâce à ce scan­ner, les IRM réa­li­sées pour des décou­vertes for­tuites peuvent être évi­tées. Elle réa­lise envi­ron 50 scan­ners par jour.

    Une publi­ca­tion dans le maga­zine Double Couche de Phi­lips a révé­lé que le scan­ner spec­tral IQon Spec­tral CT implan­té au CHU de Lille a été une vraie avan­cée[36]. Ce scan­ner est pré­sent dans les ser­vices d’imagerie diges­tive et endo­cri­nienne, géni­to-uri­naire et ima­ge­rie de la femme, ain­si que d’imagerie ORL. Le CHU pos­sède ce scan­ner depuis 2 ans ou moins selon les ser­vices. Comme l’hôpital Saint Louis, leur choix s’est por­té sur l’IQon Spec­tral CT car l’imagerie spec­trale per­met une par­faite simul­ta­néi­té com­pa­rée aux autres tech­niques, et est d’emblée spec­trale. Selon le CHU de Lille, l’intérêt est réel pour le patient, notam­ment avec la réduc­tion du volume de contraste injec­té. Les méde­cins l’utilisent beau­coup pour l’oncologie.

    Le CHU a obser­vé un sur­coût de l’ordre de 20% par rap­port à un scan­ner haut de gamme conven­tion­nel et a décla­ré que ce sur­coût était presque invi­sible pour un méde­cin, com­pa­ré au gain appor­té sur chaque examen.

    Au CHU d’Amiens, l’imagerie spec­trale est dis­po­nible depuis 10 ans. Elle n’était pas beau­coup uti­li­sée au début, notam­ment à cause des dif­fi­cul­tés médi­cales, comme le manque d’habitude aux car­to­gra­phies et la néces­si­té plus impor­tante de post-trai­te­ment. Le pas­sage à l’imagerie spec­trale a été moti­vé prin­ci­pa­le­ment par son appli­ca­tion en onco­lo­gie, et tous les exa­mens d’imagerie vis­cé­rale passent désor­mais par le scan­ner spec­tral. Néan­moins, l’utilisation reste méde­cin dépen­dant, ce qui signi­fie que si le méde­cin ne sou­haite pas l’utiliser, l’examen ne se dérou­le­ra pas en spec­tral. Par exemple, les radio­logues n’utilisent pas l’imagerie spec­trale en car­dio­lo­gie car ils n’y voient pas de réel intérêt.

    Le CHU est équi­pé par la tech­no­lo­gie kV Swit­ching de Gene­ral Elec­tric. Ce choix s’est déci­dé en par­tie car le reste du ser­vice est équi­pé d’appareils Gene­ral Elec­tric, le per­son­nel était donc déjà habi­tué aux inter­faces de ce fabricant.

    Les appli­ca­tions de l’appareil vont dépendre de l’architecture du CHU : si le scan­ner spec­tral est des­ti­né à l’ambulatoire ou l’urgence. De plus, l’imagerie spec­trale n’a pas pris la place d’autres moda­li­tés (écho­gra­phie, IRM, …), en par­tie car il est trop com­pli­qué de chan­ger les habi­tudes de tra­vail, d’où l’importance d’un tra­vail conjoint entre fabri­cant et utilisateur.

    Ain­si, envi­ron 20% des scan­ners sont réa­li­sés en spec­tral pour une uti­li­sa­tion ambu­la­toire (envi­ron 40 exa­mens par semaine, soit 2000 par an pour un appa­reil). Ce pour­cen­tage est plus faible en urgence, car ils ne l’utilisent qua­si­ment que dans les cas d’embolies pulmonaires.

    Ces entre­tiens et cette publi­ca­tion montrent donc bien l’intérêt du scan­ner spec­tral dans dif­fé­rents ser­vices d’un GHT. Chaque hôpi­tal choi­sit donc la tech­no­lo­gie qui lui sert le plus en fonc­tion des patho­lo­gies traitées.

    3.2. Enjeux de santé publique

    Le scan­ner à détec­tion spec­trale (IQon) est une tech­no­lo­gie et moda­li­té inno­vante en ima­ge­rie médi­cale. L’impact de cette nou­velle tech­no­lo­gie est non négli­geable pour qu’un éta­blis­se­ment de san­té garde une cer­taine attrac­ti­vi­té et par rap­port aux inno­va­tions qu’il pro­pose. Cette attrac­ti­vi­té se fait au niveau des pro­fes­sion­nels de san­té, que ce soit pour les méde­cins séniors ou encore les internes, avec un inté­rêt par­ti­cu­lier pour la recherche.

    De plus, l’Institut Natio­nal du Can­cer pré­co­nise dans la “stra­té­gie décen­nale de lutte contre les can­cers 2021-2030” que :

     “Les inno­va­tions en ima­ge­rie médi­cale et méde­cine nucléaire devront éga­le­ment être encou­ra­gées. Dans ce cadre, l’imagerie spec­trale comme pers­pec­tive d’amélioration de la per­ti­nence de l’acte sca­no­gra­phique pour­ra faire l’objet d’évaluations.[...] Des pro­grammes de recherche seront mis en place sur ces dif­fé­rentes moda­li­tés de prise en charge, asso­ciant l’ensemble des pro­fes­sion­nels. Et, le cas échéant, dif­fé­rents leviers pour­ront être mobi­li­sés : des méca­nismes d’incitation/désincitation finan­cière des éta­blis­se­ments de san­té, des ins­truc­tions des pou­voirs publics aux struc­tures”[15]. Ceci montre un inté­rêt de la part de l'État d’intervenir sur les inno­va­tions en san­té et leur impli­ca­tion dans ce domaine.

    Si une aide finan­cière est pro­po­sée aux éta­blis­se­ments de san­té de la part de l’état, cela per­met­trait d’intégrer le scan­ner spec­tral plus faci­le­ment dans tout type d’établissement hos­pi­ta­lier voir clinique.

    3.3. Enjeux financiers : les établissements de santé

    Les Centres Hos­pi­ta­liers Uni­ver­si­taires (CHU) per­mettent sou­vent d'ouvrir la voie aux nou­velles tech­no­lo­gies coû­teuses. En effet, pour les appa­reils comme celui-ci, ce sont sou­vent les CHU, ayant un bud­get plus impor­tant, qui vont pou­voir démon­trer les avan­tages de tels dis­po­si­tifs à d'autres centres hos­pi­ta­liers. De plus, la pré­sence de ces appa­reils au sein des CHU leur per­met de publier des tra­vaux de recherche, et donc d'obtenir de la visi­bi­li­té et de la répu­ta­tion auprès de leurs pairs.

    Il est néan­moins néces­saire de prendre le pro­jet bien en amont et un tra­vail doit être fait avec les radio­logues pour expli­quer tous les chan­ge­ments cli­niques et tech­niques qu'apportent ce type d'appareil.

    Du point de vue finan­cier, il faut réser­ver un bud­get pour l’acquisition d’un scan­ner spec­tral. Un scan­ner spec­tral coûte en effet deux fois plus cher qu’un scan­ner conven­tion­nel (de 500 k€ pour un scan­ner conven­tion­nel à 1,2 mil­lions d’€ pour la gamme pre­mium du scan­ner spec­tral) [37]. Il est alors par­fois néces­saire d'aller cher­cher un bud­get ailleurs qu'au CHU, par exemple auprès de la région. D'autre part, les groupes pri­vés tels que les cli­niques, sont sou­vent frei­nés à l'achat pour des rai­sons économiques.

    En outre, un exa­men fai­sant appel à la tech­no­lo­gie spec­trale sera rem­bour­sé au même titre qu’un exa­men au scan­ner conven­tion­nel, c’est-à-dire rem­bour­sé à 70% par la Sécu­ri­té sociale et le reste à charge par la mutuelle du patient après rem­bour­se­ment par l’Assurance Mala­die [38]. Cela aura alors un impact pour les éta­blis­se­ments de san­té pri­vés mais aus­si publics car le prix d’achat d’un scan­ner spec­tral est plus éle­vé qu’un scan­ner stan­dard, alors que le mon­tant rem­bour­sé est le même.

    La moyenne natio­nale de délai d’attente pour un ren­dez-vous de scan­ner conven­tion­nel est de l’ordre de 30 jours [39]. En sachant que le scan­ner spec­tral per­met de réduire le temps d’acquisition com­pa­ré au scan­ner conven­tion­nel, l’hypothèse est émise que le délai d’attente pour un ren­dez-vous au scan­ner (en fonc­tion de l’indication) peut être réduit. Entre autres, le délai d’attente recom­man­dé pour un exa­men en ima­ge­rie médi­cale est de 20 jours d’après l’Institut Natio­nal du Can­cer pour un meilleur diagnostic. 

    L’un des autres aspects finan­ciers est le coût glo­bal qu’amène le scan­ner spec­tral. En effet, avec l’exemple de l’IQon Spec­tral CT de Phi­lips, réa­li­ser un scan­ner spec­tral génère 10 000€ d’économies par an dans les fla­cons de contraste, puisque le patient reçoit moins de pro­duit de contraste [40].

    Les béné­fices du scan­ner spec­tral pour la suite seraient poten­tiel­le­ment supé­rieurs à 55 000 à 100 000 dol­lars par an selon les études [41]. Ceci s’explique par l’utilisation du scan­ner spec­tral pour réduire le par­cours patient et donc évi­ter des exa­mens sup­plé­men­taires et coû­teux (voir moins d’hospitalisation). Un équi­libre finan­cier sera alors recher­ché entre le prix ini­tial et le coût glo­bal appor­té par le scan­ner spectral.

    De ce fait, l’intérêt des GHT et éta­blis­se­ments de san­té se por­te­ra prin­ci­pa­le­ment sur le coût glo­bal qui aura un impact plus impor­tant sur le long terme.

    Conclusion

    Le scan­ner spec­tral est une tech­no­lo­gie inno­vante et qui ne cesse d’évoluer. Au début basée sur l’imagerie à double éner­gie, où l’innovation se basait sur le tube à rayons X par l’émission de deux fais­ceaux d’énergies dif­fé­rentes ; et plus récem­ment sur le détec­teur, par la sépa­ra­tion des énergies.

    Le scan­ner spec­tral com­porte bon nombre d’avantages pour les pro­fes­sion­nels de san­té comme pour le patient. Ses car­to­gra­phies et fonc­tions mul­ti­pa­ra­mé­triques sont un vrai atout pour la recherche de patho­lo­gies par­fois complexes.

    En fonc­tion du type de patho­lo­gies, le scan­ner spec­tral peut être pré­co­ni­sé ou pas, selon ce que le méde­cin recherche. Il peut éga­le­ment être com­bi­né à d’autres types d’imagerie comme l’IRM ou le scan­ner conven­tion­nel (exemple de l’oncologie). Uti­li­sé seul, il per­met un gain en termes de coûts mais aus­si en termes de temps, à la fois pour le patient et pour l’hôpital.

    Par ailleurs, les dif­fé­rents types de scan­ners à double éner­gie ne sont pas tou­jours employés de la même manière en fonc­tion des GHT. En revanche, les GHT ont tous fait le choix de cette tech­nique pour une la même appli­ca­tion : l’oncologie, pour la recherche de méta­stases et de lésions. De plus, leur prin­ci­pale moti­va­tion quant au choix de ces tech­no­lo­gies est la réduc­tion de la dose pour le patient.

    Concer­nant les GIE, celui d’Imagerie Médi­cale d’Alençon (IMA) pos­sède l’IQon Spec­tral CT de Phi­lips ver­sion pre­mium depuis décembre 2018. Cette acqui­si­tion a été pos­sible grâce à leur par­te­na­riat avec le Centre Hos­pi­ta­lier Inter­com­mu­nal Alen­çon-Mamers. Avoir cette tech­no­lo­gie au sein de l’IMA leur a per­mis de sup­pléer le scan­ner conven­tion­nel de l’hôpital en cas de panne ou de main­te­nance, dimi­nuant ain­si les délais d’attente[42].

    Le scan­ner spec­tral est donc une tech­no­lo­gie pro­met­teuse ne ces­sant d’innover, notam­ment avec le pre­mier scan­ner spec­tral pho­ton-coun­ting sor­ti en novembre 2021 par la socié­té Sie­mens, per­met­tant de dis­cri­mi­ner les pho­tons et d’assurer une décom­po­si­tion spec­trale par­faite [11].

    Bibliographie

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    [8]  J. Henrion, « Apport du scanner double-énergie à dose d’iode réduite dans l’exploration vasculaire des troncs supra-aortiques : impact sur la qualité d’image et la dose d’irradiation », Faculté de médecine et de pharmacie de Rouen, 2017. Disponible sur : https://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-01665082/document

    [9]  « Fig. 6. Single-source DECT with beam filtration at the source : TwinBeam... », ResearchGate, août 2017. https://www.researchgate.net/figure/Single-source-DECT-with-beam-filtration-at-the-source-TwinBeam-DECT-Siemens-AG_fig5_318404427 (consulté le oct. 19, 2021).

    [10] « L’innovation en santé, un véritable défi : zoom sur l’imagerie spectrale ». Consulté le : oct. 19, 2021. Disponible sur : https://pepite-depot.univ-lille2.fr/nuxeo/site/esupversions/5f317ec5-3f34-42cf-a7b9-50a003b103fa

    [11] « Photon Counting CT ». https://www.siemens-healthineers.com/computed-tomography/technologies-and-innovations/photon-counting-ct (consulté le oct. 19, 2021).

    [12] « Launch of NAEOTOM Alpha® ». https://www.siemens-healthineers.com/computed-tomography/photon-counting-ct-scanner/naeotom-alpha/subscription/recording (consulté le nov. 24, 2021).

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    [14] P. Cart, « IQon Spectral CT : améliorer la prise en charge », Philips. https://www.philips.fr/healthcare/ressources/landing/iqon (consulté le sept. 30, 2021).

    [15] J. Prat, « Spécial scanner d’urgences », Double couche #4, 2018, Philips, p. 20.

    [16] G. V. Punjabi, « Multi-energy spectral CT : adding value in emergency body imaging », Emerg Radiol, vol. 25, no 2, p. 197‑204, avr. 2018, doi : https://doi.org/10.1007/s10140-017-1569-4.

    [17] J. Prat, « Spécial scanner cardiovasculaire », Double couche #3, 2018, Philips, p. 19.

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    [19] J. Prat, « Spécial scanner oncologie », Double couche #5, 2019, Philips, p. 20.

    [20] T. W. Buus et al., « Comparison of contrast-enhanced CT, dual-layer detector spectral CT, and whole-body MRI in suspected metastatic breast cancer : a prospective diagnostic accuracy study », Eur Radiol, mai 2021, doi : https://doi.org/10.1007/s00330-021-08041-2.

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    [31] J. Prat, « Les poumons SARS CoV2 », Double couche #10, 2020, Philips, p. 24.

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    [36] J. Prat, « Grands entretiens », Double couche #15, 2021, Philips, p. 24, nov. 2021.

    [37] « PHILIPS IQon Spectral CT à vendre », Bimedis. https://fr.bimedis.com/philips-iqon-spectral-ct-m407814 (consulté le oct. 19, 2021).

    [38] claire-tourdot, « Imagerie Médicale : remboursement et prise en charge », LeLynx.fr. https://www.lelynx.fr/mutuelle-sante/soins/hospitalisation/imagerie-medicale/ (consulté le nov. 07, 2021).

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    [40] J. Prat, « L’IQon dans un GHT », Double couche #6, 2019, Philips, p. 24.

    [41] « White Paper - Economic benefits offered by reduction of follow-up exams using spectral detector CT (SDCT)_HR.pdf ».R. Prabhakar, R. Rong, C. Martinez-Rios, et L. Landeras, « Economic benefits offered by reduction of follow-up exams using spectral detector CT (SDCT) », Computed Tomography, p. 4, 2018.

    [42] J. Prat, « L’IQon dans un GIE », Double couche #7, 2019, Philips, p. 19.
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