Iterative reconstruction in CT : using mathematical model observers to determine low dose images' trustworthiness

La tomodensitométrie (TDM) est une technique d'imagerie pour laquelle l'intérêt n'a cessé de croitre depuis son apparition au début des années 70. De nos jours, l'utilisation de cette technique est devenue incontournable, grâce entre autres à sa capacité à produire des images diagnostiques de haute qualité. Toutefois, et en dépit d'un bénéfice indiscutable sur la prise en charge des patients, l'augmentation importante du nombre d'examens TDM pratiqués soulève des questions sur l'effet potentiellement dangereux des rayonnements ionisants sur la population. Parmi ces effets néfastes, l'induction de cancers liés à l'exposition aux rayonnements ionisants reste l'un des risques majeurs. Afin que le rapport bénéfice-risques reste favorable au patient il est donc nécessaire de s'assurer que la dose délivrée permette de formuler le bon diagnostic tout en évitant d'avoir recours à des images dont la qualité est inutilement élevée. Ce processus d'optimisation, qui est une préoccupation importante pour les patients adultes, doit même devenir une priorité lorsque l'on examine des enfants ou des adolescents, en particulier lors d'études de suivi requérant plusieurs examens tout au long de leur vie. Enfants et jeunes adultes sont en effet beaucoup plus sensibles aux radiations du fait de leur métabolisme plus rapide que celui des adultes. De plus, les probabilités des évènements auxquels ils s'exposent sont également plus grandes du fait de leur plus longue espérance de vie. L'introduction des algorithmes de reconstruction itératifs, conçus pour réduire l'exposition des patients, est certainement l'une des plus grandes avancées en TDM, mais elle s'accompagne de certaines difficultés en ce qui concerne l'évaluation de la qualité des images produites. Le but de ce travail est de mettre en place une stratégie pour investiguer le potentiel des algorithmes itératifs vis-à-vis de la réduction de dose sans pour autant compromettre la qualité du diagnostic. La difficulté de cette tâche réside principalement dans le fait de disposer d'une méthode visant à évaluer la qualité d'image de façon pertinente d'un point de vue clinique. La première étape a consisté à caractériser la qualité d'image lors d'examen musculo-squelettique. Ce travail a été réalisé en étroite collaboration avec des radiologues pour s'assurer un choix pertinent de critères de qualité d'image. Une attention particulière a été portée au bruit et à la résolution des images reconstruites à l'aide d'algorithmes itératifs. L'analyse de ces paramètres a permis aux radiologues d'adapter leurs protocoles grâce à une possible estimation de la perte de qualité d'image liée à la réduction de dose. Notre travail nous a également permis d'investiguer la diminution de la détectabilité à bas contraste associée à une diminution de la dose ; difficulté majeure lorsque l'on pratique un examen dans la région abdominale. Sachant que des alternatives à la façon standard de caractériser la qualité d'image (métriques de l'espace Fourier) devaient être utilisées, nous nous sommes appuyés sur l'utilisation de modèles d'observateurs mathématiques. Nos paramètres expérimentaux ont ensuite permis de déterminer le type de modèle à utiliser. Les modèles idéaux ont été utilisés pour caractériser la qualité d'image lorsque des paramètres purement physiques concernant la détectabilité du signal devaient être estimés alors que les modèles anthropomorphes ont été utilisés dans des contextes cliniques où les résultats devaient être comparés à ceux d'observateurs humain, tirant profit des propriétés de ce type de modèles. Cette étude a confirmé que l'utilisation de modèles d'observateurs permettait d'évaluer la qualité d'image en utilisant une approche basée sur la tâche à effectuer, permettant ainsi d'établir un lien entre les physiciens médicaux et les radiologues. Nous avons également montré que les reconstructions itératives ont le potentiel de réduire la dose sans altérer la qualité du diagnostic. Parmi les différentes reconstructions itératives, celles de type « model-based » sont celles qui offrent le plus grand potentiel d'optimisation, puisque les images produites grâce à cette modalité conduisent à un diagnostic exact même lors d'acquisitions à très basse dose. Ce travail a également permis de clarifier le rôle du physicien médical en TDM: Les métriques standards restent utiles pour évaluer la conformité d'un appareil aux requis légaux, mais l'utilisation de modèles d'observateurs est inévitable pour optimiser les protocoles d'imagerie. -- Computed tomography (CT) is an imaging technique in which interest has been quickly growing since it began to be used in the 1970s. Today, it has become an extensively used modality because of its ability to produce accurate diagnostic images. However, even if a direct benefit to patient healthcare is attributed to CT, the dramatic increase in the number of CT examinations performed has raised concerns about the potential negative effects of ionising radiation on the population. Among those negative effects, one of the major risks remaining is the development of cancers associated with exposure to diagnostic X-ray procedures. In order to ensure that the benefits-risk ratio still remains in favour of the patient, it is necessary to make sure that the delivered dose leads to the proper diagnosis without producing unnecessarily high-quality images. This optimisation scheme is already an important concern for adult patients, but it must become an even greater priority when examinations are performed on children or young adults, in particular with follow-up studies which require several CT procedures over the patient's life. Indeed, children and young adults are more sensitive to radiation due to their faster metabolism. In addition, harmful consequences have a higher probability to occur because of a younger patient's longer life expectancy. The recent introduction of iterative reconstruction algorithms, which were designed to substantially reduce dose, is certainly a major achievement in CT evolution, but it has also created difficulties in the quality assessment of the images produced using those algorithms. The goal of the present work was to propose a strategy to investigate the potential of iterative reconstructions to reduce dose without compromising the ability to answer the diagnostic questions. The major difficulty entails disposing a clinically relevant way to estimate image quality. To ensure the choice of pertinent image quality criteria this work was continuously performed in close collaboration with radiologists. The work began by tackling the way to characterise image quality when dealing with musculo-skeletal examinations. We focused, in particular, on image noise and spatial resolution behaviours when iterative image reconstruction was used. The analyses of the physical parameters allowed radiologists to adapt their image acquisition and reconstruction protocols while knowing what loss of image quality to expect. This work also dealt with the loss of low-contrast detectability associated with dose reduction, something which is a major concern when dealing with patient dose reduction in abdominal investigations. Knowing that alternative ways had to be used to assess image quality rather than classical Fourier-space metrics, we focused on the use of mathematical model observers. Our experimental parameters determined the type of model to use. Ideal model observers were applied to characterise image quality when purely objective results about the signal detectability were researched, whereas anthropomorphic model observers were used in a more clinical context, when the results had to be compared with the eye of a radiologist thus taking advantage of their incorporation of human visual system elements. This work confirmed that the use of model observers makes it possible to assess image quality using a task-based approach, which, in turn, establishes a bridge between medical physicists and radiologists. It also demonstrated that statistical iterative reconstructions have the potential to reduce the delivered dose without impairing the quality of the diagnosis. Among the different types of iterative reconstructions, model-based ones offer the greatest potential, since images produced using this modality can still lead to an accurate diagnosis even when acquired at very low dose. This work has clarified the role of medical physicists when dealing with CT imaging. The use of the standard metrics used in the field of CT imaging remains quite important when dealing with the assessment of unit compliance to legal requirements, but the use of a model observer is the way to go when dealing with the optimisation of the imaging protocols.

La romanisation en question: vaisselle céramique et processus d'acculturation à la fin de l'âge du fer en Gaule interne.

Fruit d'une thèse de doctorat, cet ouvrage se propose de comparer les rythmes et les modalités de l'acculturation des populations de Gaule interne, de la première moitié du iie s. av. J.-C. au début du ier siècle de notre ère au moyen de l'étude de la céramique fine, dont le répertoire évolue très rapidement pendant la période. Basée sur les données d'une vingtaine de sites urbains (oppida, capitales de cité, vici) répartis en trois aires géographiques (Centre, Est et Centre-Ouest), cette étude propose une présentation céramologique classique, mais aussi des modes d'analyse nouveaux comme le calcul d'un indice de romanisation pour évaluer et comparer le degré d'acculturation des ensembles retenus. Différentes méthodes statistiques, comme des sériations graphiques ou des analyses factorielles des correspondances, sont par ailleurs employées pour mettre en évidence les aspects qualitatifs du phénomène d'acculturation et décomposer son processus en trois niveaux principaux. Illustrés par des tableaux synoptiques et par des cartes, les résultats des calculs d'indices de romanisation permettent d'identifier différents facteurs favorisant de manière évidente la romanisation de la vaisselle dite de table, comme la proximité de la Provincia, une localisation sur un axe majeur (Rhône/Saône, Loire) ou le dynamisme de grands centres d'échanges fréquentés par les mercatores romains (l'oppidum de Bibracte, notamment). Ces traitements statistiques permettent également de mettre en évidence des retards dans l'acculturation de certains peuples qui pourraient s'expliquer par leur hostilité envers Rome. Le phénomène est notamment illustré par les Helvètes, voisins de la Transalpina depuis 120 av. J.-C., dont la vaisselle fine est très peu romanisée avant l'intégration de ce peuple dans l'Empire, puis atteint rapidement après cet événement des niveaux particulièrement élevés. L'auteur propose enfin des réflexions sur la portée réelle des phénomènes observés en termes de romanisation de la vie quotidienne, une mutation technique et stylistique des récipients n'impliquant pas forcément l'adoption de nouvelles pratiques alimentaires.

Les besoins en soins de support chez les patients en phase d'un traitement ambulatoire, suivant l'annonce d'un diagnostic de cancer : étude descriptive transversale

Problématique L'incidence du cancer ne cesse d'augmenter dans les pays occidentaux et en Suisse, en constituant la deuxième cause de mortalité après les maladies cardiovasculaires. Si d'une part, les différents traitements oncologiques ont le potentiel de guérir certains cancers et d'augmenter l'espérance de vie des personnes concernées, ils sont associés à de multiples problèmes physiques et psychosociaux. De même, l'annonce de la maladie provoque une fragilité émotionnelle et sociale et la phase de traitement qui suit le diagnostic de cancer est souvent associé à des besoins psychologiques et d'information élevés. But Cette étude vise à décrire les besoins en soins de support insatisfaits chez les patients nouvellement diagnostiqués d'un cancer, au cours d'un traitement ambulatoire dans un Hôpital Cantonal de la Suisse. Elle vise également à identifier les associations entre les besoins en soins de support insatisfaits et les caractéristiques sociodémographiques et médicales. Méthode Cette étude corrélationnelle descriptive a été conduite auprès de 67 patients nouvellement atteints d'un cancer primaire ou d'une récidive, recrutés selon un échantillonnage non probabiliste par convenance consécutive. Le questionnaire auto-administré comprenait le Supportive Care Needs Survey Short Form 34 et un questionnaire sur des données sociodémographiques. Les données médicales ont été collectées par les chercheurs à travers les dossiers médicaux. Résultats Les trois besoins exprimés comme les plus insatisfaits étaient « la peur que le cancer se propage » (48,5%), « l'incertitude face à l'avenir » (45,4%) et « vos préoccupations face à l'incertitude de vos proches » (43,9%). Nous constatons une insatisfaction plus élevée des besoins psychologiques (M: 32,6 ; ET: 20,4) et des besoins d'information (M: 29,3 ; ET: 17,5) par rapport aux autres dimensions de besoins. À propos des caractéristiques associées a un plus haut niveau de besoins insatisfaits, nous trouvons qu'être plus jeune (29-56 ans) ou âgés de > 72 ans est positivement associé aux besoins insatisfaits du domaine psychologique (F = 3,50 ; p = 0,02) et de l'information/système de santé (F = 3,48 ; p = 0,02). Le jeune âge est aussi associé à plus de besoins dans le domaine sexuel (F = 2,85 ; p = 0,04). Il semble exister une association négative entre le niveau d'instruction et le degré d'insatisfaction des besoins psychologiques (F = 2,92, p = 0,06). Être retraité coïncide avec un plus grand degré d'insatisfaction dans les besoins physiques et des activités de la vie quotidienne (F = 4,64 ; p = 0,013). Finalement, avoir un moins bon état général est relié à plus de besoins physiques et de besoins issus du domaine des activités de la vie quotidienne (t = -2,85 ; p = 0,005). Conclusions Les présents résultats concordent avec les études antérieures. Cette étude a la particularité d'avoir identifié les besoins insatisfaits durant la phase de traitement qui suit l'annonce du diagnostic, sans se restreindre à une maladie cancéreuse spécifique, ce qui a été peu effectué auparavant. Les chercheurs infirmiers devraient poursuivre, en collaboration avec d'autres professionnels de la santé, les recherches visant le développement d'approches efficaces pour réduire les besoins insatisfaits chez des personnes atteintes de maladies cancéreuses.

Illustration de systèmes de surveillance de deuxième génération du VIH et IST à travers une étude de comportement et une étude de séroprévalence dans les Territoires français du Pacifique Sud

Ce mémoire se penche sur la prévalence du VIH/SIDA et d'autres IST [infections sexuellement transmissibles] parmi les jeunes dans les Territoires français du Pacifique Sud. Le présent rapport expose les principes des SDG [systèmes de surveillance de deuxième génération], illustrés par deux types d'enquêtes : une enquête de comportements et une enquête de séroprévalence. [...] L'enquête de comportements intitulée: "Enquête sur les attitudes, comportements et croyance du VIH/SIDA parmi les jeunes âgés de 15-24 ans à Wallis et Futuna", s'est déroulée en 2006. C'est la première étude comportementale réalisée sur le territoire, elle a regroupé 199 jeunes, majoritairement scolarisés au lycée général ou en section professionnelle. L'enquête de prévalence du VIH et IST parmi les femmes enceintes se présentant à leur première consultation prénatale en Nouvelle-Calédonie s'est étendue sur une année de 2005 à 2006. C'est aussi la première du genre réalisée sur le teentoire. Elle a permis d'interroger 160 femmes, réparties dans cinq centres de recrutement. Les conclusions de ces deux enquêtes désignent les jeunes comme étant une population vulnérable au risque d'infection p z le TrIH. En effet on note : - Un manque crucial de connaissances aussi bien sur les modes de transmission que de prévention du VIH [...] - Des comportements à risque importants [faible utilisation du préservatif et augmentation des abus d'alcool] [...] - Pourcentage élevé des IST parmi les jeunes - Faible taux de dépistages volontaires [Auteure, p. 7-8]