radiologie numérique · radio de thorax ... système de lecture permet de convertir l’image...
TRANSCRIPT
Radiologie numérique
Cédric de Bazelaire, Hôpital Saint-Louis, AP-HP
Université Denis Diderot Paris VII
1
Imagerie Analogique versus Numérique
2
Analogique
Acquisition et traitement
combinés
Numérique
Acquisition et traitement
distincts
Numérisation d’un signal
Radiologie numérique
3
Numérisation d’une image
4
Echantillonnage
Matrice
Résolution spatiale
Taille des pixels
Numérisation d’une image
5
Echantillonnage
Matrice
Résolution spatiale
Taille des pixels
Numérisation d’une image
6
Echantillonnage
Matrice
Résolution spatiale
Quantification
Intensité de signal
Contraste
Numérisation d’une image
7
Echantillonnage
Matrice
Résolution spatiale
Quantification
Intensité de signal
Contraste
Codage
Tiff, Jpeg,…
DICOM
Acquisition des images
Radiologie numérique
8
Radiologie Numérique
Computed Radiography
Ecranradioluminéscent à
mémoire
DirectRadiography
Conversion
IndirecteConversion Directe
Radiologie Numérique
Computed Radiography
Ecranradioluminéscent à
mémoire
Scintillateur
DirectRadiography
Conversion
IndirecteConversion Directe
ERLM(CR)
11
3 étapes
Scintillateur
RX e-
Stockage e-
Lecture laser
e- lumière
Photomultiplicateur
Mesure l’intensité de la
lumière
Amplification
Signal numérique
ERLM(CR)
12
Scintillateur (fluoro-halogénure
de baryum dopé aux ions
europium)
Absorbe Rayon X
Electrons haute énergie
par ionisation
Image latente stockée
dans structure cristalline
de l’écran
Lecture laser (λ= 633
nm, lumière rouge) Retour e- énergie stable
Formation de lumière
(λ= 390 nm, lumière bleu)
ERLM(CR)
13
Guide de lumière
Collecte la lumière
Photomultiplicateur
Mesure l’intensité de lumière
Conversion en signal
électrique
Amplification
Conversion en signal
numérique
Stockage
ERLM(CR)
14
Temps d’échantillonnage
Largeur du laser
Pitch
Temps de lecture long
30 à 40 sec / film 36 x 43 cm
Caractéristiques
Lent
Flexible (RX au lit)
Résolution spatiale limitée
Qualité limité
ERLM(CR)
15
Détecteurs CR à aiguilles CsBr:Eu2+
Guide la lumière
Détecteur fins
Améliore les performances
(DQE)
ERLM(CR)
16
Détecteurs CR à aiguilles CsBr:Eu2+
Guide la lumière
Détecteur fins
Améliore les performances
(DQE)
ERLM(CR)
17
Double lecture
Remplace support opaque
en support transparent
Permet la détection de
lumière dans les deux
directions
Améliore les
performances (DQE,
FTM)Transparent support
Radiologie Numérique
Computed Radiography
Ecranradioluminéscent à
mémoire
Scintillateur
DirectRadiography
Conversion
Indirecte
Scintillateur
Conversion Directe
Direct Radiography – Conversion indirecte
19
3 étapes Scintillateur
RX lumière
Photodiodes
Lumière charges électriques
TFT (Thin-Film-Transistor)
Convertit la charge électrique de
chaque pixel en signal valeur
numérique
Direct Radiography – Conversion indirecte
20
Scintillateur
Absorbe RX et conversion en
lumière
Iodure de césium activé au
thallium : Fragile
Oxysulfure de gadolinium :
Solide
Structurés à aiguilles
« fibre optique »
Pas de dispersion latérale
Direct Radiography – Conversion indirecte
21
Photodiodes
Silicium amorphe
hydrogéné
Convertit lumière en
charges électriques
1 Photodiodes = 1 pixel
Capacité
Stockage des charges
TFT (Thin Film Transistor)
Charges converties en valeur
numérique et comptées
Direct Radiography – Conversion indirecte
22
CCD (Charge-Coupled-
Device)
Détecteurs de petite taille
CMOS (Complementary Metal
Oxide Semiconductor)
Fabrication complexe mais
détecteurs de grandes tailles
Direct Radiography – Conversion indirecte
23
Bonne résolution spatiale
100 à 200 µm
Rapide
Temps d’acquisition en
moins de 10 secondes
Pas de persistance
Pixel mort Liés à l’irradiation
Bonne DQE +++
Réduction de dose+++
Direct Radiography – Conversion indirecte
24
Barrettes de CCD
High spatial résolution spatiale
(100μm)
RX fortement collimatés
Pas de grille anti diffusante
Réduit le bruit
Artéfacts de mouvements 200 ms pour chaque pixel
Mammographie
CCD
Radiologie Numérique
Computed Radiography
Ecranradioluminéscent à
mémoire
Scintillateur
DirectRadiography
Conversion
Indirecte
Scintillateur
Conversion Directe
Détecteur pleinchamps
Direct Radiography – Conversion Directe
26
2 étapes
Photoconducteur
RX paires e- / trou
Stockage des charge dans
une capacité
TFT
Lecture des charges
stockées dans chaque
pixel
Conversion du signal
électrique en valeurs
digitales
Direct Radiography - Direct conversion
27
Détecteur
Sélénium amorphe
Polarisation par haut voltage
RX Paire e- / trou
Pas de dispersion latérale
Electrode collectrice Collecte les charges
1 détecteur = 1 pixel
Capacité
TFT
Direct Radiography - Direct conversion
28
Haute résolution spatiale < 100µm
Rapide Lecture : 5 sec
Rémanence : 20 sec
Systèmes fixes Tables
Radio de thorax
Mammographie
DQE < conversion indirecte
FTM > conversion indirecte
Radiologie Numérique
Computed Radiography
Ecranradioluminéscent à
mémoire
Scintillateur
DirectRadiography
Conversion
Indirecte
Scintillateur
Conversion Directe
Détecteur pleinchamps
Compteur de photon
Direct Radiography – Conversion Directe
Système à Balayage : Compteur de photons
Direct Radiography – Conversion Directe
Système à Balayage : Compteur de photon
31
Haute résolution spatiale
2 collimations
Pas de grille antidiffusante = réduction de dose+++
Taille des détecteurs : 50 μm
DQE > 90%
Silicium : trés bonne réponse spectrale
Capable de compter jusqu’à 2 millions de photons RX par
seconde et par pixel de 50 μm
Le signal électrique est nettement supérieur au bruit
Éliminer le bruit par seuillage
Complexes
Electroniques
Synchronisation mécanique tube à rayon X et du détecteur
Direct Radiography – Conversion Directe
Système plein champ – Chambre de Charpak
32
Système 320 fils
Diamètres : 10 μm
Espacés de 1,2 mm
Caractéristiques Amplification
Les électrons induits accélérés ionisent d’autre atomes
Peu d’irradiation Pas de grille anti diffusante
Pas de rémanence 30 millisecondes par ligne
6 to 12 sec par image Artéfacts de mouvement
Grand format (no stitching)
Cathode
Anode
Particle
Post traitement de l’image
Radiologie numérique
33
Post traitement de l‘image
34
Post traitement des données brutes
35
Améliorer la qualité des images Rehaussement de contours
Réduction du bruit
Correction des artéfacts
Rehaussement du contraste
Post traitement
Spécifique pour chaque région anatomique
Couplé au détecteur et ne peut pas être modifié
Résolution spatiale Ne peut pas être améliorée en post traitement.
Critères de qualité
Radiologie numérique
36
Analogique
37
Objectifs contradictoires
Analyse de tous les
tissus
Grande plage d’exposition
Contraste
Plage d’exposition étroite
Exposition
Densité optique
Os
Graisse
Air
Liquide
Numérique
38
Objectifs concordants
Large plage d’exposition
Contraste
Exposition
Densité o
ptique
Critères de qualité de l’image
39
RESOLUTIO
N
Résolution spatiale
40
Résolution spatiale
Indique la taille de la plus
petite structure fortement
contrastée
Fréquence spatiale
Un objet de dimension d
Si d=0,1 mm
1/(2 x 0,1) = 5 pl/mm
Radio standard : 2,5 pl/mm (200 µm)Mammographie : 5 pl/mm (100 µm)
d (mm)
Freq=1
2𝑑(pl/mm)
Résolution spatiale
41
Fréquence spatiale
dépend
Caractéristique du
détecteur
Taille des pixels
Fréquence de coupure
FNyquist=1/(2*pixel size)
pl/mm
Si pixel = 1 mm
1/(2*1)=0,5 pl/mm
Les objets dont la
fréquence spatiale est
supérieure ne sont pas
visualisés (aliasing)
Résolution spatiale
42
Fréquence spatiale
dépend
Caractéristique du
détecteur
Taille des pixels
Diffusion de RX et des
photons dans les
détecteurs
Conversion directe >
Conversion indirecte
Scintillateurs structurés >
non-structurés
Critères de qualité de l’image
43
RESOLUTIO
NCONTRAST
Contraste
44
Quantification
Propriété intrinsèque
d'une image qui quantifie
la différence de
luminosité entre les
parties claires et
sombres d'une image
Le contraste d'une photo
se traduit par la largeur
de son histogramme qui
représente l'écart de
luminosité entre les
pixels les plus clairs et
les pixels les plus foncés
Critères de qualité de l’image
45
NOISE
RESOLUTIO
NCONTRAST
Bruit
46
Bruit
Variations constatées qui se
superposent aux variations
introduites par l’atténuation
des rayons X entre la source
et le détecteur.
Bruit quantique
Ecart-type de la distribution
de la valeur du signal
mesuré dans une région
homogène de l’image
Bruit=σSignalRoi
Bruit
47
Le bruit limite la détectabilité
à bas contraste.
Multiples causes
Bruit stochastique (aléatoire)
Tube à rayons X
Détecteurs
Bruit électronique
Détecteur
Matrice TFT
Critères de qualité de l’image
48
NOISE
RESOLUTIO
NCONTRAST
SNR
49
SNR
Moyenne du signal (μ)
Déviation standard du
bruit (σ)
SNR = μ/σ (dB)
Critères de qualité de l’image
50
NOISE
RESOLUTIO
NCONTRAST
Noise Power Spectrum: NPS
51
Noise Power Spectrum
Ecart-type de l’intensité
du signal pour les
différentes fréquences
spatiales contenues dans
l’image
White noise Blue noise (CT)
Critères de qualité de l’image
52
NOISE
RESOLUTIO
NCONTRAST
Modulation Transfer Function : MTF
53
Caractérise la résolution
spatiale
Traduit la perte de
contraste entre l’entrée et
la sortie du système en
fonction de la fréquence
spatiale
Modulation Transfer Function : MTF
54
Dépends
Du détecteur
De la taille des pixel
De la fréquence de coupure
Cutoff
Frequency
Spatial Frequency (pl/mm)
MTF
Critères de qualité de l’image
55
NOISE
RESOLUTIO
NCONTRAST
Detective Quantum Efficiency : DQE
56
Altération du SNR (dB) entre l’entrée et la sortie du système en fonction de la fréquence spatiale
DQE(f)=(Sf/Bf)2sortie /
(Sf/Bf)2entrée
Capacité du détecteur à utiliser les photons.
Dépend
Dose de RX
kVe
MAS
Fréquence spatiale
FTM
Qualité Globale et dose d’irradiation
57
Concept qui englobe
La résolution spatiale
Le contraste
Le bruit
Object test
Inclusions variables
diamètres : résolution
spatiale
épaisseurs : contraste
Radiographié
Réglages cliniques
Déterminer pour chaque
niveau de contraste, l’objet
de plus petit diamètre
visible.
Take home messages
58
Take home messages
59
De par leurs caractéristiques, les détecteurs numériques ont le potentiel d’améliorer la qualité de l’image produite pour une dose moindre par rapport aux détecteurs analogiques.
Les écrans radioluminescents à mémoire (ERLM), de technologie dite CR (Computed Radiography), enregistrent une image latente et peuvent de ce point de vue etre qualifiés de détecteurs passifs. Le système de lecture permet de convertir l’image latente en image numérique.
La technologie dite DR (Direct Radiography) regroupent des détecteurs numériques à conversion indirecte ou à conversion directe et comprend à la fois des détecteurs plans plein champ ou des systèmes à balayage.
Les performances des détecteurs numériques peuvent etre évaluéesà partir de descripteurs tels que la fonction de transfert de modulation (FTM), le spectre de bruit (NPS) et l’efficacité quantique de détection (EQD).
Les performances des détecteurs ne présentent pas toujours un lien direct avec la qualité clinique de l’image qui peut etre évaluée à l’aide d’objets-tests spécialement concus.
Quiz!!!
60
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
Un capteur plan à détection directe n’utilise pas…
100 000 cas par an
A: de scintillateur
C: de photodiode
B: de rayon X
D: de Sélénium amorphe
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
Un capteur plan à détection directe n’utilise pas…
100 000 cas par an
A: de scintillateur
C: de photodiode
B: de rayon X
D: de Sélénium amorphe
A: de scintillateur
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
Dans un capteur plan à détection indirecte le scintillateur
100 000 cas par an
A: transforme les Rayons X en
courant électrique
C: est placé sous la photodiode
B: guide les photons lumineux
D: contient du Silicone
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
Dans un capteur plan à détection indirecte le scintillateur
100 000 cas par an
A: transforme les Rayons X en
courant électrique
C: est placé sous la photodiode
B: guide les photons lumineux
D: contient du Silicone
10 000 cas par anA: de scintillateurB: guide les photons lumineux
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
La résolution spatiale ne dépend pas…
100 000 cas par an
A: de la taille de champ
C: du contraste
B: quantification
D: du post traitement
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
La résolution spatiale ne dépend pas…
100 000 cas par an
A: de la taille de champ
C: du contraste
B: quantification
D: du post traitement
B: guide les photons lumineux10 000 cas par anA: de scintillateurA: de la taille du champ
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
Quel est le critère de jugement le plus complet pour évaluer un
système d’imagerie numérique?
100 000 cas par an
A: La résolution spatiale
C: La résolution en contraste
B: La FTM
D: La DQE
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
Quel est le critère de jugement le plus complet pour évaluer un
système d’imagerie numérique?
100 000 cas par an
A: La résolution spatiale
C: La résolution en contraste
B: La FTM
D: La DQE10 000 cas par anA: de la taille de champB: guide les photons lumineux10 000 cas par anA: de scintillateurD: La DQE
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
Lequel de ces trois paramètres n’intervient pas dans la
numérisation d’une image?
100 000 cas par an
A: L’échantillonage
C: La résolution temporelle
B: Le format
D: La quantification
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
Lequel de ces trois paramètres n’intervient pas dans la
numérisation d’une image?
100 000 cas par an
A: L’échantillonage
C: La résolution temporelle
B: Le format
D: La quantification100 000 cas par anD: La DQE10 000 cas par anA: de la taille de champB: guide les photons lumineux10 000 cas par anA: de scintillateurC: La résolution temporelle
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
Quelle est la meilleur mesure de la résolution spatiale?
100 000 cas par an
A: La taille de pixels
C: La taille de la matrice
B: la distance minimale entre
deux objets bien contrastés
D: La DQE
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
Quelle est la meilleur mesure de la résolution spatiale?
100 000 cas par an
A: La taille de pixels
C: La taille de la matrice
B: la distance minimale entre
deux objets visibles
D: La DQE
C: La résolution temporelle100 000 cas par anD: La DQE10 000 cas par anA: de la taille de champB: guide les photons lumineux10 000 cas par anA: de scintillateurB: La distance minimale entre
deux objets visibles
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
Parmi les avantages de l’imagerie numérique, on ne retient pas…
100 000 cas par an
A: La réduction de l’irradiation
C: L’archivage
B: le rendement
D: La résolution spatiale
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
Parmi les avantages de l’imagerie numérique, on ne retient pas…
100 000 cas par an
A: La réduction de l’irradiation
C: L’archivage
B: le rendement
D: La résolution spatialeB: la distance minimale entre
deux objets visiblesC: La résolution temporelle100 000 cas par anD: La DQE10 000 cas par anA: de la taille de champB: guide les photons lumineux10 000 cas par anA: de scintillateurD: La résolution spatiale
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
L’imagerie numérique permet de réduire l’irradiation grâce à…
100 000 cas par an
A: La DQE
C: La mauvaise dynamique
B: l’augmentation du nombre des
clichés non réussis
D: La taille de capteur
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
L’imagerie numérique permet de réduire l’irradiation grâce à…
100 000 cas par an
A: La DQE
C: La mauvaise dynamique
B: l’augmentation du nombre des
clichés non réussis
D: La taille de capteur
100 000 cas par anD: La résolution spatialeB: la distance minimale entre
deux objets visiblesC: La résolution temporelle100 000 cas par anD: La DQE10 000 cas par anA: de la taille de champB: guide les photons lumineux10 000 cas par anA: de scintillateurD: La DQE
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
En imagerie numérique on retient combien de types de détecteur
100 000 cas par an
A: 1
C: 2
B: 3
D: 4
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
En imagerie numérique on retient combien de types de détecteur
100 000 cas par an
A: 1
C: 2
B: 3
D: 4100 000 cas par anD: La résolution spatialeB: la distance minimale entre
deux objets visiblesC: La résolution temporelle100 000 cas par anD: La DQE10 000 cas par anA: de la taille de champB: guide les photons lumineux10 000 cas par anA: de scintillateurD: 4
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
Quel paramètre n’est pas lié au contraste
100 000 cas par an
A: FTM
C: NPS
B: SNR
D: DQE
Quelle est l’incidence du cancer du sein en France?
10 000 cas par an
Quel paramètre n’est pas lié au contraste
100 000 cas par an
A: FTM
C: Format
B: SNR
D: DQE100 000 cas par anD: 4100 000 cas par anD: La résolution spatialeB: la distance minimale entre
deux objets visiblesC: La résolution temporelle100 000 cas par anD: La DQE10 000 cas par anA: de la taille de champB: guide les photons lumineux10 000 cas par anA: de scintillateurD: NPS