Chaque année, le Comité des étudiants et des jeunes professionnels organise, conjointement au congrès annuel de l’ACRP, le Concours de communications étudiantes Anthony J. MacKay. Le concours est ouvert aux étudiantes et étudiants inscrits à temps plein dans un programme relié aux sciences des rayonnements, dans un établissement d’enseignement (collège ou université) canadien.

Les participants doivent soumettre un résumé de 750 mots maximum sur un sujet relié à un aspect du rayonnement . Le sujet est intentionnellement gardé très général afin de permettre la participation d’étudiants et d’étudiantes provenant de disciplines diverses.

Trois finalistes sont sélectionnés pour présenter leurs travaux au congrès lors d’une séance plénière. Voici les résumés soumis par les finalistes de cette année :

• Amélioration de la scintigraphie pulmonaire à faible comptage par l’IA : Optimisation de la radioprotection et de l’efficacité de l’imagerie grâce aux cGAN par Amir Jabbarpour, Programme de doctorat, Département de physique, Université Carleton
• Amélioration de la surveillance de la dose oculaire en radioprotection : Évaluation de la Hp(0,07) et de la dosimétrie par luminescence stimulée optiquement (OSLD) comme alternative à la Hp(3) par Minahil Manzoor, MASc program, Ontario Tech University
• Évaluation de la dose au cristallin pour les technologues en médecine nucléaire et en TEP par Olivia Sharp, Université de Toronto et The Michener Institute of Education du Réseau universitaire de santé

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Amélioration de la scintigraphie pulmonaire à faible comptage par l’IA : Optimisation de la radioprotection et de l’efficacité de l’imagerie grâce aux cGAN

Amir Jabbarpour
Programme de doctorat, Département de physique, Université Carleton

coauteurs

• Siraj Ghassel, Université d’Ottawa
• Eric Moulton, Jubilant DraxImage Inc.
• Professeur Jochen Lang, Université d’Ottawa
• Ran Klein, L’Hôpital d’Ottawa

Contexte

La scintigraphie pulmonaire ventilation/perfusion (V/Q) est un outil d’imagerie crucial pour le diagnostic de l’embolie pulmonaire (EP). La transition vers des acquisitions par tomographie d’émission monophotonique (SPECT) exclusivement présente des défis pour les clinicien·ne·s ayant l’habitude d’interpréter des scintigraphies pulmonaires planaires traditionnelles. De plus, les protocoles d’acquisition habituels pour les SPECT et la scintigraphie planaire V/Q, conçus pour produire des images de haute qualité, prennent du temps et sont sujets à des artefacts en raison des mouvements du ou de la patient·e. Ceci peut causer de l’inconfort chez le ou la patient·e et fait en sorte qu’il faut répéter des examens afin d’obtenir des images cliniquement acceptables. Cette étude explore le potentiel des réseaux adverses génératifs conditionnels (cGANs) pour générer les images pseudoplanaires de haute qualité à partir de données de projection SPECT à faible dose ou d’images planaires ré-échantillonnées à faible comptage. En s’appuyant sur l’amélioration basée sur l’IA, cette approche vise à 

• réduire considérablement la dose de rayonnements, 
• minimiser les artefacts en raison des mouvements du ou de la patient·e, et 
• diminuer le besoin d’imagerie redondante, tout en préservant la précision du diagnostic.

Méthode

Nous avons analysé rétrospectivement 704 patient·e·s de L’Hôpital d’Ottawa ayant subi une scintigraphie V/Q pour une suspicion d’EP entre juin 2017 et janvier 2023. Seules les images de perfusion acquises en utilisant du technétium 99m MAA ont été incluses. Les images de perfusion ont été obtenues dans six projections habituelles – antérieure (ANT), postérieure (POST), oblique postérieure droite et gauche (RPO, LPO) et oblique antérieure droite et gauche (RAO, LAO) en utilisant huit appareils SPECT de deux fournisseurs. Chaque projection a été enregistrée jusqu’à ce qu’elle atteigne un total de 600 000 comptes en utilisant une matrice de 256 × 256. L’acquisition planaire a duré en moyenne 120,0 ± 54,7 secondes. L’acquisition SPECT a immédiatement suivi, utilisant 128 projections avec un temps d’acquisition de 8 secondes par arrêt et une matrice de 128 × 128. La projection SPECT correspondant le mieux à chaque projection planaire a été déterminée automatiquement en sélectionnant celle avec le coefficient de corrélation Pearson le plus élevé. Le rapport de comptage SPECT/planaire a été calculé et utilisé pour ré-échantillonner les images planaires en utilisant la méthode de Poisson, générant des images synthétiques à faible comptage avec des niveaux de bruit de Poisson correspondant aux projections SPECT.

Pour améliorer ces images à faible comptage, un réseau adverse génératif conditionnel (cGAN) a été formé à l’aide d’une fonction de perte L1+Perceptual+GAN sur 300 répétitions. L’ensemble des données d’entraînement était constitué d’images planaires synthétiques ré-échantillonnées associées à leurs images planaires à comptage complet correspondantes. Les valeurs d’intensité des images ont été normalisées entre 0 et 1 et les projections SPECT ont été suréchantillonnées dans une matrice 256 × 256 avant d’être introduites dans le cGAN. Les ensembles d’entraînement, de validation et de test ont été créés avec une répartition de 80:10:10.

Pour évaluer les performances du modèle, l’erreur quadratique moyenne, le rapport signal/bruit de crête et la mesure d’indice de similarité structurelle ont été calculés, comparant les images synthétiques à faible comptage, les projections SPECT à faible comptage et leurs résultats améliorés par l’IA avec les images planaires à comptage élevé. Des comparaisons statistiques ont été effectuées à l’aide d’un test de la somme des rangs de Wilcoxon.

Résultats

Les rapports de comptage entre les projections planaire et SPECT étaient de 0,078 ± 0,047. Par inspection visuelle, nous montrons que les défauts de perfusion sous-segmentaires et segmentaires peuvent toujours être discernés après l’amélioration et qu’aucun nouveau défaut n’est introduit, démontrant que l’information diagnostique est préservée malgré une perte de comptage d’environ 10 fois.

Les projections synthétiques et SPECT présentaient des paramètres de performance similaires avant et après l’amélioration par l’IA. Tous les paramètres de performance démontraient des améliorations importantes avec l’amélioration par l’IA. Plus précisément, pour la projection SPECT, la médiane ± l’écart interquartile de l’erreur quadratique moyenne a diminué de 0,59 ± 0,08 à 0,72 ± 0,07, le rapport signal/bruit de crête a augmenté de 21,1 ± 1,9 à 27,7 ± 1,6 et l’indice de similarité structurelle s’est amélioré de 7,75 × 10^–³ ± 3,39 × 10^–³ à 1,70 × 10^–³ ± 8,70 × 10^–⁴ ; tous les changements étant statistiquement significatifs (p < 10^–⁵).

Conclusion

Le modèle cGAN proposé améliore efficacement les images par scintigraphies pulmonaires à faible comptage, générant des images pseudoplanaires de haute qualité à partir de données de projection SPECT à faible dose et d’images planaires ré-échantillonnées à faible comptage. Étant donné que les paradigmes de faible dose et d’acquisition rapide sont les deux faces d’une même pièce, le bruit de Poisson, qui dégrade la qualité de l’image et la fiabilité du diagnostic, l’amélioration par l’IA offre une solution cruciale.

En atténuant les effets de bruit, cette approche permet de réduire l’activité radiopharmaceutique administrée, diminuant ainsi la dose absorbée par le ou la patient·e tout en préservant la précision du diagnostic. De plus, elle permet d’accélérer les protocoles d’acquisition, d’améliorer l’efficacité clinique, de réduire l’inconfort du ou de la patient·e et de minimiser les artefacts reliés aux mouvements. Les recherches futures exploreront son applicabilité aux études de ventilation, renforçant ainsi son rôle en optimisant l’imagerie en médecine nucléaire.

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Amélioration de la surveillance de la dose oculaire en radioprotection : Évaluation de la Hp(0,07) et de la dosimétrie par luminescence stimulée optiquement (OSLD) comme alternative à la Hp(3)

Minahil Manzoor
MASc program, Ontario Tech University

coauthor

Ed Waller, Ontario Tech University

Contexte

L’exposition professionnelle aux rayonnements ionisants est une préoccupation importante pour les travailleurs médicaux, en particulier pour ceux et celles évoluant en radiologie interventionnelle et en médecine nucléaire. La formation de cataractes induites par les rayonnements a conduit à des doses plus strictes pour le cristallin de l’œil, comme le recommande la Commission internationale de protection radiologique (CIPR).[1]

Traditionnellement, la Hp(3) était la mesure préférée pour évaluer la dose à l’œil, mais en raison de la disponibilité limitée des dosimètres pour la Hp(3), la Hp(0,07) est souvent utilisée comme substitut.[2]

Alors que les dosimètres thermoluminescents (DTL) ont été couramment utilisés pour la surveillance de la dose oculaire, les dosimètres luminescents stimulés optiquement (OSLD) offrent des avantages tels qu’une sensibilité accrue, une possibilité de réutilisation et des taux de dégradation plus faibles. Cette étude évalue la faisabilité d’utiliser la Hp(0,07) mesurée avec des OSLD comme alternative pour la surveillance de la dose oculaire en radioprotection. Plus spécifiquement, elle vise à :

• Évaluer la corrélation entre la Hp(0,07) et la Hp(3) en utilisant des OSLD dans des conditions d’irradiation contrôlées.
• Évaluer la précision de la dose d’un OSLD par rapport aux doses de référence Hp(3) dérivées de Monte-Carlo (MC).
• Étudier la réponse des OSLD à points quantiques aux champs de photons et de rayonnements bêta.
• Développer et tester un prototype de système de recuit pour la réutilisation des OSLD.
• Optimiser les conditions de recuit pour une réinitialisation efficace de la dose en utilisant différentes sources de lumière DEL.

Méthode

Cette étude s’appuie sur le rapport EURADOS 2016 sur la dosimétrie du cristallin de l’œil,[3] utilisant des irradiations photoniques et bêta pour évaluer les OSLD à points quantiques et inlight. Des expériences d’irradiation contrôlée ont été effectuées en utilisant un fantôme de l’œil en PMMA imprimé en 3D, sélectionné pour ses propriétés équivalentes à celles des tissus.[4]

Pour les irradiations au photon, les valeurs de kerma dans l’air ont été converties en équivalents de la Hp(3) à l’aide de coefficients de conversion basés sur une simulation MC. Les OSLD ont été exposés et les mesures de dose ont été enregistrées en utilisant le système de lecture MicroStar. La précision a été évaluée en comparant les doses mesurées aux valeurs de la Hp(3) attendues, dérivées des conversions kerma dans l’air en Hp(3).

Pour les irradiations bêta, des sources bêta normalisées ont été utilisées pour examiner la réponse de l’OSLD pour différents spectres d’énergie bêta. Les caractéristiques de la réponse à la dose, y compris la dépendance énergétique et la dégradation du signal, ont été analysées pour déterminer la faisabilité des points quantiques pour une dosimétrie du cristallin précise dans ces champs de rayonnements mixtes.[5]

Un recuiseur pour OSLD a été conçu pour réinitialiser les points quantiques irradiés pour plusieurs cycles de mesure. Le recuiseur utilise des sources lumineuses DEL bleues, vertes et blanches afin d’optimiser les conditions de recuit. Les essais expérimentaux ont évalué l’efficacité du recuit en exposant les points quantiques à des doses de rayonnements variables et en relisant les niveaux de dose à des intervalles de 5 minutes à l’aide du système MicroStar II. La source lumineuse la plus efficace a été déterminée en fonction du temps nécessaire pour réduire les niveaux de dose enregistrés en dessous des limites détectables.[6]

Résultats

Les résultats préliminaires démontrent une corrélation forte entre la Hp(0,07) et la Hp(3), confirmant la faisabilité d’utiliser la Hp(0,07) comme substitut à l’évaluation de la dose à l’œil. Les mesures des OSLD ont montré des performances constantes pour différents champs de rayonnement avec des taux de dégradations plus faibles que les DTL traditionnels.

Le recuiseur a réinitialisé les OSLD, éliminant les signaux résiduels et assurant des mesures de dose précises tout au long des cycles de réutilisation.

• La lumière DEL bleue (470 nm) a obtenu le temps de recuit le plus rapide, réduisant les doses sous 8 Gy en moins de 30 minutes et les doses de près de 20 Gy en moins de 55 minutes.
• La lumière blanche a nécessité 40 minutes pour les doses sous 8 Gy et 70 minutes pour les doses d’environ 20 Gy.
• La lumière verte a été la moins efficace, nécessitant 90 et 140 minutes respectivement.

Ces résultats suggèrent que la lumière DEL bleue est la méthode de recuit la plus efficace pour les OSLD à points quantiques, améliorant la réutilisabilité et réduisant les incertitudes de mesure.

Conclusion

Cette étude démontre que la Hp(0,07) peut servir d’alternative viable à la Hp(3) dans l’évaluation de la dose à l’œil et souligne les avantages des OSLD sur les DTL conventionnels en radioprotection. La mise en œuvre d’un système de surveillance basé sur les OSLD, combiné à un procédé de recuit efficace pourrait améliorer la précision et l’efficacité des programmes de surveillance de la dose au cristallin.

L’élaboration d’un recuiseur d’OSLD à faible coût renforce davantage la faisabilité d’intégrer des OSLD à points quantiques dans la surveillance de routine. L’utilisation de lumière DEL bleue pour le recuit réduit considérablement le temps de traitement, permettant une réutilisation rapide et efficace des dosimètres. Des recherches supplémentaires devraient affiner les méthodologies d’étalonnage, valider les résultats dans les environnements professionnels réels et explorer les effets à long terme du recuit sur la sensibilité des OSLD.

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[1] International Commission on Radiological Protection. (2012). ICRP statement on tissue reactions: Early and late effects of radiation in normal tissues and organs—Threshold doses for tissue reactions in a radiation protection context (ICRP Publication 118). Annals of the ICRP, 41(1/2).

[2] Behrens, R., & Dietze, G. (2010). Monitoring the eye lens: Which dose quantity is adequate? Physics in medicine and biology, 55(14), 4047–4062. https://doi.org/10.1088/0031-9155/55/14/007.

[3] Clairand, I., Behrens, R., Brodecki, M., Carinou, E., Domienik-Andrzejewska, J., Ginjaume, M., Hupe, O., & Roig, M. (2018). EURADOS 2016 intercomparison exercise of eye lens dosemeters. Radiation protection dosimetry, 182(3), 317–322. https://doi.org/10.1093/rpd/ncy067.

[4] ICRU. (1989). Tissue substitutes in radiation dosimetry and measurement. International Commission on Radiation Units and Measurements. https://www.icru.org/report/tissue-substitutes-in-radiation-dosimetry-and-measurement-report-44/.

[5] Al-Senan, R. M., & Hatab, M. R. (2011). Characteristics of an OSLD in the diagnostic energy range. Medical Physics, 38(8), 4396–4405. https://doi.org/10.1118/1.3602456.

[6] Abraham, S. A., Frank, S. J., & Kearfott, K. J. (2017). An Efficient, Affordable Optically Stimulated Luminescent (OSL) Annealer. Health physics, 113(1), 2–12. https://doi.org/10.1097/HP.0000000000000677.

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Évaluation de la dose au cristallin pour les technologues en médecine nucléaire et en TEP

Olivia Sharp
Université de Toronto et The Michener Institute of Education du Réseau universitaire de santé, Toronto, Ontario

coauthor

Matthew Bernacci, Réseau universitaire de santé

Contexte

En 2021, la Commission canadienne de sûreté nucléaire (CCSN) a ajusté la limite de dose équivalente pour le cristallin à 50 mSv pour une période d’un an en se basant sur la recommandation faite par la Commission internationale de protection radiologique (CIPR). C’était une réduction importante en comparaison avec la limite précédente de 150 mSv par an.

La CCSN a suggéré d’examiner les risques sur les lieux de travail afin de déterminer si des pratiques sécuritaires supplémentaires devaient être implantées pour protéger le cristallin. La CCSN a mentionné les situations causant un risque accru comme les personnes soumises à une exposition non uniforme à l’œil et les personnes exposées aux rayonnements faiblement pénétrants. Des champs non uniformes peuvent se produire lorsque le tronc du corps est protégé, mais pas les yeux et lorsque la tête est plus proche de la source que le corps. Par exemple, lors de l’examen ou de la préparation d’une seringue contenant un isotope pour des procédures en médecine nucléaire ou en TEP.

L’objectif est d’examiner l’exposition du cristallin et de la comparer aux doses enregistrées par les dosimètres pour le corps entier.

Méthode

Au total, huit travailleur·euse·s en MN et en TEP ont reçu des dosimètres oculaires Mirion Type 27 (LiF:Mg, Ti puce DTL100) à porter pour environ deux trimestres (six mois). Ceux-ci ont été portés avec les DTL personnels pour le corps entier et pour extrémités préalablement assignés. Les membres du personnel ayant les doses équivalentes les plus élevées provenant des activités autorisées par la CCSN ont été sélectionnés.

Les dosimètres ont été portés près de l’œil sur le devant de la tête. Les travailleur·euse·s ont reçu des lunettes de sécurité sur lesquelles était attaché un dosimètre oculaire ou une seconde option consistait à fixer le dosimètre à un masque médical à une distance approximativement égale du cristallin de l’œil.

Il est important de noter que le personnel effectue une rotation entre les zones de TEP et de MN. Au premier trimestre, un seul dosimètre par personne avait été assigné pour les deux zones. Au second trimestre, un dosimètre a été assigné pour chaque zone (deux par personne) et les résultats de doses ont été additionnés. Le nombre de procédures effectuées par les travailleur·euse·s a été recueilli et pris en compte.

Résultats

Les doses théoriques ont été calculées de manière prudente afin d’inclure l’exposition des dosimètres pour le corps entier. Ceci a été considéré comme une dose supplémentaire encourue par trimestre en raison des champs non uniformes (lorsque la tête était plus proche de la source que le dosimètre pour le corps entier sur le torse, à 50 cm de distance).

Il a été supposé que chaque membre du personnel avait passé un maximum de 10 secondes à une distance source-œil de 10 cm par procédure. Ceci se produit lors du transfert du matériel de la réception au L-Block, en se penchant au L-Block pour mieux voir lors du retrait d’une dose, ou lors d’une brève exposition au moment de l’administration au patient ou à la patiente par intraveineuse.

Le personnel mesurant approximativement 1,5 m (5 pieds) ou moins a noté des problèmes pour voir l’activité prélevée dans la seringue au travers du L-Block et a utilisé un tabouret. De même, le personnel de grande taille est potentiellement exposé lorsqu’il regarde au-dessus du L-Block. Une exposition oculaire non protégée de 10 secondes est cependant une estimation prudente pour chaque procédure effectuée et les facteurs de blindage autres que la seringue/fiole ne sont pas pris en compte dans les calculs.

Les résultats des DTL oculaires de Mirion pour une partie du 1^er et du 2^e trimestres de 2024 ont confirmé les estimations pour le personnel sous surveillance. Les trois expositions trimestrielles les plus élevées étaient de

• 2,48 mSv,
• 2,15 mSv, et
• 1,97 mSv.

En extrapolant prudemment pour quatre trimestres, les résultats de dose au cristallin sont légèrement sous la valeur de 10 mSv annuellement et bien en deçà de la limite de dose au cristallin de 50 mSv/an.

En comparant les résultats des DTL oculaires avec les résultats des DTL pour le corps entier (en mSv) pour le 2^e trimestre, on peut voir que les résultats pour le corps entier s’alignent bien avec les résultats de dose au cristallin.

• Pour les porteur·euse·s 001, 002, 003, 004 et 008, la différence entre la dose pour le corps entier et la dose au cristallin ne varie que de 0,07 à 0,64 mSv.
• Les résultats des porteur·euse·s 005, 006 et 007 ne sont pas concluants puisque deux DTL oculaires de la zone de TEP et un DTL oculaire de la zone de MN ont été perdus ou n’ont pas été traités.

Pour les personnes qui ne sont pas concernées par les isotopes de TEP, le risque de dose est plus faible. Ceci est évident pour les résultats des DTL oculaires du 2e trimestre de 2024, car les personnes les plus exposées ont reçu la majorité de leur dose de la zone de TEP (2,08 mSv, 1,59 mSv et 1,72 mSv respectivement).

Conclusion

En se basant sur une revue de la littérature et des estimations calculées, le personnel de MN et de TEP ne devrait pas excéder la dose limite de la CCSN de 50 mSv/an. Il est intéressant de noter que les procédures de TEP contribuent à une exposition oculaire plus élevée. Étant donné que les doses mesurées et calculées s’alignent pour les yeux et pour le corps entier, il est possible de recommander que les dosimètres pour le corps entier soient également représentatifs de la dose au cristallin.

 

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