Une nouvelle approche de mesure proposée par des scientifiques du National Institute of Standards and Technology (NIST) pourrait conduire à une meilleure façon de calibrer les scanners de tomodensitométrie (CT), rationaliser potentiellement le traitement des patients en améliorant la communication entre les médecins.

L'approche, détaillé dans un article de recherche dans la revue PLOS UN , suggère comment les faisceaux de rayons X générés par CT peuvent être mesurés d'une manière qui permet aux scans de différents appareils d'être utilement comparés les uns aux autres. Il offre également une voie pour créer les premières normes de mesure CT connectées au Système international d'unités (SI) en créant une définition plus précise des unités utilisées dans CT, ce qui manquait au domaine.

"Si la communauté technique pouvait se mettre d'accord sur une définition, alors? les fournisseurs pourraient créer des mesures interchangeables, " a déclaré Zachary Levine du NIST, un physicien et l'un des auteurs de l'article. "À l'heure actuelle, l'étalonnage n'est pas aussi complet qu'il pourrait l'être."

La capacité d'un objet à bloquer les rayons X - sa "radiodensité" - est mesurée en unités Hounsfield (HU), nommé pour le co-inventeur lauréat du prix Nobel de CT. Etalonnage d'une machine CT, quelque chose que chaque établissement de radiologie doit effectuer régulièrement, consiste à balayer un objet de radiodensité connue appelé fantôme et à vérifier si ces mesures donnent le bon nombre d'HU.

Un problème est que le tube d'un tomodensitomètre - essentiellement son "ampoule" générant des rayons X - crée un faisceau qui est la version à rayons X de la lumière blanche, plein de photons avec différentes longueurs d'onde qui correspondent à leur énergie. (Si l'œil humain pouvait voir les rayons X, vous pourriez faire passer le faisceau du tube à travers un prisme et le voir se briser en un spectre de couleurs.) Parce que le pouvoir de pénétration d'un photon dépend de son énergie, l'effet global du faisceau sur le fantôme doit être moyenné, rendant difficile la définition de l'étalonnage.

La façon dont la lumière des rayons X du tube doit changer en fonction du type d'analyse complique encore la situation. Les parties du corps plus denses ont besoin de rayons X plus pénétrants, le tube a donc une sorte de commutateur de couleur permettant à son opérateur d'ajuster la tension du tube en fonction du travail. Le réglage de la tension du tube modifie le spectre du faisceau, de sorte qu'il se situe entre quelque chose comme une ampoule "blanc froid" et une ampoule "blanc chaud". Le spectre variable rend plus difficile de s'assurer que l'étalonnage est correct pour toutes les tensions.

Ajoutez ces complications aux différences qui existent entre les différents fabricants de machines CT, et vous obtenez beaucoup de problèmes pour quiconque souhaite lier l'étalonnage d'un scanner donné à une norme universelle. Mais si cela pouvait être fait, il y aurait des avantages considérables à la fois pour l'industrie et la médecine.

"Vous voulez des réponses interchangeables quel que soit l'appareil CT que vous utilisez et quand, " dit Levine. " D'une part, vous voulez que les médecins puissent communiquer entre les hôpitaux. Disons qu'un patient a besoin d'un suivi mais qu'il se trouve quelque part loin de chez lui, ou le même scanner a obtenu une mise à niveau logicielle qui modifie le nombre d'unités de stockage. Si vous ne pouvez pas mesurer avec précision, vous ne pouvez pas améliorer votre technologie."

Un meilleur étalonnage pourrait également rendre le diagnostic plus efficace et moins coûteux, dit Levine.

"De meilleures comparaisons entre les scanners pourraient nous permettre d'établir des seuils de maladie, tels que l'emphysème obtenant un score Hounsfield particulier ou inférieur, " a-t-il dit. " Il est également courant que les tomodensitogrammes révèlent des excroissances suspectes qui pourraient être cancéreuses, et un médecin ordonne généralement une IRM comme suivi. Nous pourrions éliminer le besoin de cette deuxième procédure. »

L'équipe du NIST a dû surmonter les incertitudes créées par le large spectre de rayons X du tube et le réglage de la tension du tube. Leur idée était de remplir plusieurs fantômes avec différentes concentrations de produits chimiques en poudre qui sont communs dans le corps, et comparer la radiodensité des fantômes par CT. La comparaison aiderait à lier les HU au nombre de moles par mètre cube, qui sont les deux unités SI.

"Exécuter cette idée était délicat, parce que le volume d'une mole dépend de la taille d'une molécule chimique donnée, " dit Levine. " Une mole de sel prend plus de place qu'une mole de carbone, par exemple. Et l'air dans les poudres représentait une complication supplémentaire."

La ruse ferait grimacer tout sauf un aficionado de maths :chaque produit chimique dans le mélange pourrait être caractérisé par deux nombres, mais le fantôme entier a créé un espace à 13 dimensions qui a compliqué l'analyse des données. Heureusement, l'équipe a pu utiliser une technique d'algèbre linéaire bien connue de la science des données pour simplifier les données jusqu'à deux dimensions, ce qui était bien plus gérable.

"Essentiellement, nous avons montré que vous pouvez créer un objectif de performances de tomodensitométrie que tout ingénieur de conception peut atteindre, " a déclaré Levine. "Les fabricants ont obtenu des réponses différentes dans leurs machines pendant des décennies parce que personne n'a dit à leurs ingénieurs comment gérer le spectre des rayons X. Seul un petit changement par rapport à la pratique existante est nécessaire pour unifier leurs mesures."