Le scanner a révolutionné la médecine permettant une accélération et une meilleure prise en charge du patient. La tomodensitométrie (TDM) s’accompagne d’un désavantage qui est l’augmentation du risque de cancer radio-induit des patients qui en bénéficient. La question se pose notamment aux urgences où l’emploi du scanner est de plus en plus prédominant, souvent après la réalisation d’une radiographie. Cette attitude, malgré tout justifiée dans la plupart des cas, peut s'avérer délétère. De ce fait les principes de radioprotection obligent à l’optimisation de la dose délivrée aux patients. L’inquiétude principale réside dans l’irradiation du thorax qui est la région la plus radiosensible du corps humain. Cela se traduit par une recherche continue d’un compromis entre l’obtention de la dose la plus basse possible tout en gardant une qualité d’image satisfaisante pour le diagnostic. Les dernières années des innovations technologiques ont été développées pour optimiser la dose au scanner ; la plus importante et la plus récente étant la reconstruction itérative (RI). La RI permet d’améliorer les index de qualité image avec une dose abaissée ou à dose équivalente reconstruite avec la classique rétroprojection filtrée, mais restituant enfin une qualité d’image modifiée. L’objectif de cette thèse était d’établir un protocole TDM du thorax délivrant une dose similaire à celle d’une radiographie du thorax de face et une de profil (ULD-CT_Ultra-low-dose-Computed Tomography) pour des indications de douleurs thoraciques en urgence sans injection de produit de contraste. La réaction des radiologues non habitués a été investiguée pour considérer la modification de l’image liée à la réduction de la dose et de l’emploi de la RI. Pour atteindre cet objectif les travaux de cette thèse se sont déroulés selon trois phases. La première phase représente une approche globale à la RI, testée sur fantômes pour optimiser les protocoles TDM de notre département. À partir des résultats obtenus, la deuxième phase a débuté. Des protocoles TDM thorax standard, à basse dose (LD-CT_Low-dose) et à très basse dose (ULD-CT) ont été testés sur des cadavres humains. La troisième phase a été caractérisée par l’application du protocole ULD-CT en pratique clinique aux urgences. Quatre articles scientifiques ont été rédigés pour représenter les trois phases de cette thèse. En conclusion, le protocole ULD-CT reconstruit avec des hauts niveaux de RI a délivré une dose inférieure à celle du niveau de référence diagnostique national pour une radiographie du thorax de face et une de profil. Ce type de protocole à très faible dose reconstruit avec RI est une alternative valable à la radiographie pour certaines indications sélectionnées pour l’exploration du thorax en urgence. En outre les radiologues malgré des remarques critiques sur la qualité d’image de l’ULD-CT ont toujours déclaré un niveau de confiance diagnostique élevé. / Computed Tomography (CT) improved patients' health care. However CT has a major drawback, which is the ionizing irradiation of the patient with an ensuing radiation-induced cancer risk. This issue is particularly observed in emergency settings, where the CT is increasingly becoming a dominant tool for the care decision-making, often after a radiographic study. Although this attitude is justified in the majority of the cases, it could be deleterious. Thus the principles of radiation safety obligate to the optimization of radiation dose delivered to the patients. The main problem is that the chest is the most radiation sensitive region of the human body. Hence the research of the better trade-off between the dose reduction and a diagnostic image quality is mandatory. Recently, several technological improvements have been developed to optimize the radiation dose at CT. The newest and most important innovation is the iterative reconstruction (IR). IR improves the quality image indexes of a CT image generated with a lowered dose or equivalent to that reconstructed with filtered back projection. Finally this reconstruction method renders a modified CT image. The goals of this PhD thesis were: i) to establish an unenhanced CT protocol, delivering a dose in the range of a radiographic study (ULD_ultra-low-dose-CT), for chest pain indications with no need of contrast media administration and ii) to investigate the reaction of unaccustomed radiologists to ULD-CT imaging. To accomplish these tasks the work of this thesis has been split in three phases. In the first phase a study approaching globally the IR was carried out testing several CT protocols on phantoms, in order to optimize the CT protocols of our institution. The outcomes of this study opened the second phase. A standard dose CT, a low-dose-CT and an ULD-CT protocols were acquired on the chest of human cadavers. The third phase was characterized by the application of ULD-CT in clinical practice in emergency settings. Four scientific articles were produced to communicate the results of this doctorate work. In conclusion, the ULD-CT protocol, reconstructed with high strengths of IR, conveyed a dose lower than the one of the national diagnostic reference level for a double projections chest X-ray. This ULD-CT protocol with IR is a valid alternative to the radiography for the study of the chest, for selected indications in emergency settings. Moreover, despite the radiologists were censorious about the ULD-CT image quality, they demonstrated always a high diagnostic confidence level.

OBJECTIF : L’objectif de cette étude a été de valider le potentiel des méthodes de reconstruction itérative nouvellement développées en imageries CT à faisceau conique, afin de réduire la dose d’exposition dans le cadre des bilans de localisation des canines incluses. MÉTHODOLOGIE : Quarante examens par imagerie volumétrique à faisceau conique de canines incluses ont été reconstruits à pleine dose (D), demi-dose (D2) et quart de dose (D4). Ces examens ont été analysés par un radiologiste maxillo-facial et par un résident en orthodontie. La cohérence entre les évaluations des critères radiologiques retenus a été évaluée avec les tests de Kappa Cohen. RÉSULTATS : Les résultats de cette étude ont montré de fortes valeurs de Kappa concernant l'évaluation inter-examinateur de la position de la canine impactée avec des scores compris entre 0.606 – 0.839. Les valeurs de Kappa déterminées pour la résorption, l'ankylose et les lésions associées étaient beaucoup plus faibles avec des scores compris entre 0.000 et 0.529. CONCLUSION : Cette étude a permis de montrer que la localisation des canines incluses pourrait potentiellement être possible à faible dose (1/4 dose), comparativement à un dosage conventionnel. Toutefois, le diagnostic de la résorption, de l'ankylose ou encore de certaines lésions associées nécessitent de la haute résolution et donc des acquisitions à pleine dose. / AIM : The aim of this study was to validate the potential of newly developed iterative reconstruction methods in cone beam CT imaging to reduce the exposure dose for localization assessments of impacted canines. METHODS : Forty Cone beam CT examinations of impacted canines were reconstructed at full dose (D), half dose (D2) and quarter dose (D4). These examinations were analyzed by a maxillofacial radiologist and by an orthodontic resident. Consistency between the assessments of the selected radiological criteria was evaluated with Kappa Cohen tests. RESULTS : The results of this study showed high Kappa values regarding the inter-examiner assessment of the impacted canine position with scores ranging from 0.606 - 0.839. The Kappa values determined for resorption, ankylosis and associated lesions were lower with scores between 0.000 and 0.529. CONCLUSION : This study showed that the localization of impacted canines could potentially be possible at low dose (1/4 dose), compared to a conventional assay. However, the diagnosis of resorption, ankylosis or certain associated lesions requires high resolution and therefore full dose acquisitions.

Cette thèse est constituée de deux principaux axes de recherche portant sur l'imagerie dentaire par la tomographie à rayons X : le développement de nouvelles méthodes itératives de reconstruction tomographique afin de réduire les artefacts métalliques et la réduction de la dose délivrée au patient. Afin de réduire les artefacts métalliques, nous prendrons en compte le durcissement du spectre des faisceaux de rayons X et le rayonnement diffusé. La réduction de la dose est abordée dans cette thèse en diminuant le nombre des projections traitées. La tomographie par rayons X a pour objectif de reconstruire la cartographie des coefficients d'atténuations d'un objet inconnu de façon non destructive. Les bases mathématiques de la tomographie repose sur la transformée de Radon et son inversion. Néanmoins des artefacts métalliques apparaissent dans les images reconstruites en inversant la transformée de Radon (la méthode de rétro-projection filtrée), un certain nombre d'hypothèse faites dans cette approche ne sont pas vérifiées. En effet, la présence de métaux exacerbe les phénomènes de durcissement de spectre et l'absence de prise en compte du rayonnement diffusé. Nous nous intéressons dans cette thèse aux méthodes itératives issues d'une méthodologie Bayésienne. Afin d'obtenir des résultats de traitement compatible avec une application clinique de nos nouvelles approches, nous avons choisi un modèle direct relativement simple et classique (linéaire) associé à des approches de corrections de données. De plus, nous avons pris en compte l'incertitude liée à la correction des données en utilisant la minimisation d'un critère de moindres carrés pondérés. Nous proposons donc une nouvelle méthode de correction du durcissement du métal sans connaissances du spectre de la source et des coefficients d'atténuation des matériaux. Nous proposons également une nouvelle méthode de correction du diffusé associée sur les mesures sous certaines conditions notamment de faible dose. En imagerie médicale par tomographie à rayons X, la surexposition ou exposition non nécessaire irradiante augmente le risque de cancer radio-induit lors d'un examen du patient. Notre deuxième axe de recherche porte donc sur la réduction de la dose en diminuant le nombre de projections. Nous avons donc introduit un nouveau mode d'acquisition possédant un échantillonnage angulaire adaptatif. On utilise pour définir cette acquisition notre connaissance a priori de l'objet. Ce mode d'acquisition associé à un algorithme de reconstruction dédié, nous permet de réduire le nombre de projections tout en obtenant une qualité de reconstruction comparable au mode d'acquisition classique. Enfin, dans certains modes d’acquisition des scanners dentaires, nous avons un détecteur qui n'arrive pas à couvrir l'ensemble de l'objet. Pour s'affranchir aux problèmes liés à la tomographie locale qui se pose alors, nous utilisons des acquisitions multiples suivant des trajectoires circulaires. Nous avons adaptés les résultats développés par l’approche « super short scan » [Noo et al 2003] à cette trajectoire très particulière et au fait que le détecteur mesure uniquement des projections tronquées. Nous avons évalué nos méthodes de réduction des artefacts métalliques et de réduction de la dose en diminuant le nombre des projections sur les données réelles. Grâce à nos méthodes de réduction des artefacts métalliques, l'amélioration de qualité des images est indéniable et il n'y a pas d'introduction de nouveaux artefacts en comparant avec la méthode de l'état de l'art NMAR [Meyer et al 2010]. Par ailleurs, nous avons réussi à réduire le nombre des projections avec notre nouveau mode d'acquisition basé sur un « super short scan » appliqué à des trajectoires multiples. La qualité obtenue est comparable aux reconstructions obtenues avec les modes d'acquisition classiques ou short-scan mais avec une réduction d’au moins 20% de la dose radioactive. / This thesis contains two main themes: development of new iterative approaches for metal artifact reduction (MAR) and dose reduction in dental CT (Computed Tomography). The metal artifacts are mainly due to the beam-hardening, scatter and photon starvation in case of metal in contrast background like metallic dental implants in teeth. The first issue concerns about data correction on account of these effects. The second one involves the radiation dose reduction delivered to a patient by decreasing the number of projections. At first, the polychromatic spectra of X-ray beam and scatter can be modeled by a non-linear direct modeling in the statistical methods for the purpose of the metal artifacts reduction. However, the reconstruction by statistical methods is too much time consuming. Consequently, we proposed an iterative algorithm with a linear direct modeling based on data correction (beam-hardening and scatter). We introduced a new beam-hardening correction without knowledge of the spectra of X-ray source and the linear attenuation coefficients of the materials and a new scatter estimation method based on the measurements as well. Later, we continued to study the iterative approaches of dose reduction since the over-exposition or unnecessary exposition of irradiation during a CT scan has been increasing the patient's risk of radio-induced cancer. In practice, it may be useful that one can reconstruct an object larger than the field of view of scanner. We proposed an iterative algorithm on super-short-scans on multiple scans in this case, which contain a minimal set of the projections for an optimal dose. Furthermore, we introduced a new scanning mode of variant angular sampling to reduce the number of projections on a single scan. This was adapted to the properties and predefined interesting regions of the scanned object. It needed fewer projections than the standard scanning mode of uniform angular sampling to reconstruct the objet. All of our approaches for MAR and dose reduction have been evaluated on real data. Thanks to our MAR methods, the quality of reconstructed images was improved noticeably. Besides, it did not introduce some new artifacts compared to the MAR method of state of art NMAR [Meyer et al 2010]. We could reduce obviously the number of projections with the proposed new scanning mode and schema of super-short-scans on multiple scans in particular case.