Patient and staff dose in fluoroscopically-guided interventions: Exploring new optimisation strategies

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State: Public
Version: After imprimatur
Serval ID
serval:BIB_659E87FD991D
Type
PhD thesis: a PhD thesis.
Collection
Publications
Institution
Title
Patient and staff dose in fluoroscopically-guided interventions: Exploring new optimisation strategies
Author(s)
Ryckx Nick
Director(s)
Verdun Francis R.
Institution details
Université de Lausanne, Faculté de biologie et médecine
Address
Institut de radiophysique
Rue du Grand-Pré 1
CH - 1007 Lausanne
Publication state
Accepted
Issued date
07/08/2017
Genre
Thèse de doctorat (PhD)
Language
english
Number of pages
162
Notes
Thèse de doctorat ès sciences de la vie, défendue le 07 août 2017. Cette thèse s'intéresse aux nouvelles techniques d'optimisation de la dose de rayons X au patient et à l'opérateur, ainsi que de la qualité d'image, dans le cadre de procédures sous guidage fluoroscopique.
Abstract
Au cours des dernières décennies, la fluoroscopie est devenue une technique d'imagerie à rayons X diagnostique et thérapeutique largement utilisée pour de nombreuses interventions médicales, grâce à sa capacité à visualiser des phénomènes dynamiques dans le corps humain en temps réel et à un caractère minimalement invasif. En raison de la présence obligatoire de personnel médical dans la proximité immédiate du patient, ces interventions posent un problème unique pour la radioprotection, impliquant que les radiologues et cardiologues interventionnels sont parmi les travailleurs professionnellement exposés aux rayonnements ionisants qui reçoivent les doses efficaces les plus élevées. En outre, de nombreuses autres spécialités médicales ont repris la fluoroscopie comme principal outil de travail. En conséquence, le manque de connaissances et d’une formation spécifique à l’utilisation des rayonnements ionisants est un défi qui peut être difficile à résoudre au niveau institutionnel. En outre, de nombreuses innovations technologiques ont été introduites afin de surveiller les doses délivrées aux patients (p. ex. des logiciels de collecte automatiques des doses), afficher l'exposition du personnel en temps réel, ou encore réduire la dose au patient en appliquant de fortes filtrations du faisceau primaire et en améliorant simultanément la « qualité d'image » en appliquant des traitements d’image en ligne, comme c'est le cas pour la reconstruction itérative des images en tomodensitométrie. Pour la qualité de l'image, il n'y a par conséquent plus de lien direct entre l'exposition du patient et la qualité de l'image – sans parler de l’absence-même de définition adéquate de la qualité d’image. Ainsi, les mesures physiques traditionnellement utilisées pour sa mesure, déjà peu appropriées pour une optimisation clinique pertinente, ne sont plus applicables. Durant cette recherche, nous avons testé plusieurs de ces innovations et tenté d’en déterminer les forces et faiblesses. Tout d'abord, nous avons effectué une revue de la littérature afin de résumer l'actuel état de l'art dans les procédures sous guidage fluoroscopique. Deuxièmement, nous avons décrit les moyens d'évaluer la dose au patient et le risque radiologique associé, ainsi que la façon de corriger les indicateurs dosimétriques en fonction de la corpulence du patient, et avons effectué une analyse spécifique de la prise en charge de la patiente enceinte. Troisièmement, nous avons décrit l'exposition et les risques du personnel médical, principalement en nous concentrant plus avant sur l’irradiation du cristallin et du cerveau (deux organes généralement pas protégés au cours de l’intervention, et pour lesquels plusieurs études récentes ont montré que le risque radiologique avait été sous-estimé), ainsi qu'une description précise de l'efficacité des lunettes plombées. Quatrièmement, nous avons proposé que la qualité d'image devienne la pierre angulaire de l'optimisation clinique. Pour cela, nous avons réalisé une étude de faisabilité de l'utilisation d'un modèle d’observateur mathématique dans des conditions d’acquisition statiques et dynamiques, visant à qualifier la qualité d'image sur la base d'une tâche de détection binaire pertinente d’un point de vue clinique. Enfin, notre conclusion souligne les limites actuelles de notre approche et propose une série de questions à développer, dont la résolution pourrait avoir un impact significatif sur la gestion globale de la dose et de la qualité de l'image.
=
Over the last decades, fluoroscopy has become a widely-used diagnostic and therapeutic X-ray imaging technique for numerous medical procedures thanks to its capability of displaying dynamic phenomena in the human body in real time and minimally-invasive nature. Due to the customary presence of medical staff in the immediate vicinity of the patient, interventional procedures pose a unique radiation protection problem, implying that interventional radiologists and cardiologists are among the professionally-exposed to ionising radiation workers who receive the highest effective doses. In addition, many other medical specialties have taken up fluoroscopy as a central working tool. As a consequence, the lack of radiation awareness and specific training is a challenge that may be difficult to solve at the institutional level. Furthermore, many technical innovations have been introduced to either monitor patient doses (such as automatic dose-collection software solutions), display staff exposure in real time, or reduce patient dose by applying heavy beam filtrations and simultaneously enhancing “image quality” through on-line image post-processing, as is the case for iterative image reconstruction in computed tomography. For image quality, the consequence is that there is no straightforward link anymore between patient exposure and image quality – and not even a proper definition of image quality. Therefore, the physical metrics classically used for quality measurement, already flawed for pertinent clinical optimisation, are no longer applicable. For this research, we tested several of these innovations, and tried to pinpoint their strengths and weaknesses. First, we performed a literature review to summarise the current state-of-the-art in fluoroscopic procedure guidance. Secondly, we described the ways of assessing patient dose and radiological risk, as well as how to correct the dose indicators based on patient body habitus, and performed a dedicated analysis of the management of the pregnant patient. Thirdly, we described the exposure and risks of the medical staff during interventional procedures, mainly by concentrating more thoroughly on eye lens and brain dose (two organs that are usually not protected during interventional procedures, and for which several recent studies have shown that the risk had been previously underestimated), as well as a precise description of the efficiency of leaded glasses. Fourthly, we proposed that the image quality becomes the cornerstone of clinical optimisation. For this purpose, we performed a feasibility study of the use of a mathematical model observer in static and dynamic imaging conditions, aiming at grading image quality on the basis of a clinically relevant binary detection task. Finally, we concluded by pointing out the current limitations of our approach, and proposed a series of follow-up questions whose resolution may have a significant impact on the overall management of patient and staff dose and image quality.
Keywords
Fluoroscopy, Image quality, Radiation protection, Model observer, Dose optimisation
Create date
24/08/2017 11:10
Last modification date
20/08/2019 14:21
Usage data