Radiologie numérique
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Radiologie numérique Cédric de Bazelaire, Hôpital Saint-Louis, AP-HP Université Denis Diderot Paris VII 1 Imagerie Analogique versus Numérique Analogique 2 Acquisition et traitement combinés Numérique Acquisition et traitement distincts Numérisation d’un signal Radiologie numérique 3 Numérisation d’une image Echantillonnage Matrice 4 Résolution spatiale Taille des pixels Numérisation d’une image Echantillonnage Matrice 5 Résolution spatiale Taille des pixels Numérisation d’une image Echantillonnage Matrice Résolution spatiale Quantification Intensité de signal 6 Contraste Numérisation d’une image Echantillonnage Matrice Résolution spatiale Quantification Intensité de signal Contraste Codage 7 Tiff, Jpeg,… DICOM Acquisition des images Radiologie numérique 8 Radiologie Numérique Computed Radiography Direct Radiography Ecran radioluminésce nt à mémoire Conversion Indirecte Scintillateur Scintillateur Détecteur plein champs Détecteur plein champs Conversion Directe Détecteur plein champs Compteur de photons ERLM(CR) 3 étapes Scintillateur Lecture laser RX eStockage ee- lumière Photomultiplicateur Mesure l’intensité de la lumière 10 Amplification Signal numérique ERLM(CR) 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) 11 ERLM(CR) Guide de lumière Photomultiplicateur 12 Collecte la lumière Mesure l’intensité de lumière Conversion en signal électrique Amplification Conversion en signal numérique Stockage ERLM(CR) Temps d’échantillonnage Largeur du laser Pitch Temps de lecture long Caractéristiques 13 30 à 40 sec / film 36 x 43 cm Lent Flexible (RX au lit) Résolution spatiale limitée Qualité limité ERLM(CR) Détecteurs CR à aiguilles CsBr:Eu2+ Guide la lumière Détecteur fins 14 Améliore les performances (DQE) ERLM(CR) Détecteurs CR à aiguilles CsBr:Eu2+ Guide la lumière Détecteur fins 15 Améliore les performances (DQE) ERLM(CR) Double lecture Transparent support 16 Remplace support opaque en support transparent Permet la détection de lumière dans les deux directions Améliore les performances (DQE, FTM) Radiologie Numérique Computed Radiography Direct Radiography Ecran radioluminésce nt à mémoire Conversion Indirecte Scintillateur Scintillateur Détecteur plein champs Détecteur plein champs Conversion Directe Détecteur plein champs Compteur de photons Direct Radiography – Conversion indirecte 3 étapes Scintillateur Lumière charges électriques TFT (Thin-Film-Transistor) 18 lumière Photodiodes RX Convertit la charge électrique de chaque pixel en signal valeur numérique Direct Radiography – Conversion indirecte Scintillateur Absorbe RX et conversion en lumière Iodure de césium activé au thallium : Fragile Oxysulfure de gadolinium : Solide Structurés à aiguilles 19 « fibre optique » Pas de dispersion latérale Direct Radiography – Conversion indirecte Photodiodes Silicium amorphe hydrogéné Convertit lumière en charges électriques 1 Photodiodes = 1 pixel Capacité TFT (Thin Film Transistor) 20 Stockage des charges Charges converties en valeur numérique et comptées Direct Radiography – Conversion indirecte CCD (Charge-CoupledDevice) Transforme lumière en charges électriques Stockage des charges électriques Détecteurs de petite taille CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Chaque pixel contient une photodiode et un transitor amplificateur Fabrication complexe mais détecteurs de grandes tailles 21 Direct Radiography – Conversion indirecte Bonne résolution spatiale 100 à 200 µm Rapide Temps d’acquisition en moins de 10 secondes Pas de persistance Pixel mort Bonne DQE +++ 22 Liés à l’irradiation Réduction de dose+++ Direct Radiography – Conversion indirecte Barrettes de CCD Scanner High spatial résolution spatiale (100μm) RX fortement collimatés Pas de grille anti diffusante Réduit le bruit Artéfacts de mouvements liés au scanner CCD 23 200 ms pour chaque pixel Mammographie Radiologie Numérique Computed Radiography Direct Radiography Ecran radioluminésce nt à mémoire Conversion Indirecte Scintillateur Scintillateur Détecteur plein champs Détecteur plein champs Conversion Directe Détecteur plein champs Compteur de photons Direct Radiography – Conversion Directe 2 étapes Photoconducteur TFT 25 RX paires e- / trou Stockage des charge dans une capacité Lecture des charges stockées dans chaque pixel Conversion du signal électrique en valeurs digitales Direct Radiography - Direct conversion Détecteur Sélénium amorphe Polarisation par haut voltage Electrode collectrice 26 RX Paire e- / trou Pas de dispersion latérale Collecte les charges 1 détecteur = 1 pixel Capacité TFT Direct Radiography - Direct conversion Haute résolution spatiale Rapide 27 Lecture : 5 sec Rémanence : 20 sec Systèmes fixes < 100µm Tables Radio de thorax Mammographie DQE < conversion indirecte FTM > conversion indirecte Direct Radiography – Conversion Directe Système à Balayage : Compteur de photons Direct Radiography – Conversion Directe Système à Balayage : Compteur de photon Haute résolution spatiale 2 collimations 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 Pas de grille antidiffusante = réduction de dose+++ Éliminer le bruit par seuillage Complexes 29 Electroniques Synchronisation mécanique tube à rayon X et du détecteur Direct Radiography – Conversion Directe Système plein champ – Chambre de Charpak Système 320 fils Diamètres : 10 μm Espacés de 1,2 mm Particle Caractéristiques Amplification Les électrons induits accélérés ionisent d’autre atomes Peu d’irradiation 30 millisecondes par ligne 6 to 12 sec par image 30 Pas de grille anti diffusante Pas de rémanence Cathode Artéfacts de mouvement Grand format (no stitching) Anode Digital Radiology Computed Radiography Direct Radiography Radioluminescent screen with memory Indirect Conversion Scintillator Scintillator Full Field Flat Detector Full Field Flat detector Conversion Direct Full Field Flat detector Photon counter Comparison 32 Post traitement de l’image Radiologie numérique 33 Post traitement de l‘image 34 Traitement des données brutes Améliorer la qualité des images Post traitement Rehaussement de contours Réduction du bruit Correction des artéfacts Rehaussement du contraste Spécifique pour chaque région anatomique Couplé au détecteur et ne peut pas être modifié Résolution spatiale 35 Ne peut pas être améliorée en post traitement. Critères de qualité Radiologie numérique 36 Grande plage d’expositition Densité optique Analogique Os Liquide Graisse Air Exposition 37 Objectifs contradictoires Analyse de tous les tissus Grande plage d’exposition Densité optique Analogique Contraste Plage d’exposition étroite Exposition 38 Objectifs concordants Large plage d’exposition Contraste Densité optique Numérique Exposition 39 Critères de qualité de l’image Densité Optique (Qualité) Sous optimale Densité Optique Optimale pour diagnostic Film Surexposition inutile Digital Exposition 40 Critères de qualité de l’image RESOLUTIO N 41 Résolution spatiale Résolution spatiale Indique la taille de la plus petite structure fortement contrastée d (mm) Freq=1/2d (pl/mm) Fréquence spatiale Un objet de dimension d est associé à la fréquence spatiale 1/2d 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) 42 Résolution spatiale Fréquence spatiale dépend Caractéristique du détecteur Taille des pixels Fréquence de coupure 43 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 Fréquence spatiale dépend Caractéristique du détecteur Taille des pixels Diffusion de RX et des photons dans les détecteurs 44 Conversion directe > conversion indirecte Scintillateurs structurés > non-structurés Contraste Critères de qualité de l’image CONTRAST 45 RESOLUTIO N Critères de qualité de l’image NOISE CONTRAST 46 RESOLUTIO N Bruit Bruit Variations constatées qui se superposent aux variations introduites par l’atténuation des rayons X entre la source et le détecteur. Bruit quantique 47 Ecart-type de la distribution de la valeur du signal mesuré dans une région homogène de l’image Bruit=σSignalRoi Bruit Le bruit limite la détectabilité à bas contraste. Multiples causes Bruit stochastique (aléatoire) Bruit électronique 48 Tube à rayons X Détecteurs Détecteur Matrice TFT Critères de qualité de l’image NOISE CONTRAST 49 RESOLUTIO N SNR SNR 50 Moyenne du signal : μ Déviation standard du bruit : σ SNR = μ/σ (dB) Critères de qualité de l’image NOISE CONTRAST 51 RESOLUTIO N Noise Power Spectrum: NPS Noise Power Spectrum Ecart-type de l’intensité du signal pour les différentes fréquences spatiales contenues dans l’image White noise 52 Blue noise (CT) Critères de qualité de l’image NOISE CONTRAST 53 RESOLUTIO N Modulation Transfer Function : MTF Caractérise la résolution spatiale Traduit la perte de contraste entre l’entrée et la sortie du système en fonction de la fréquence spatiale 54 Modulation Transfer Function : MTF Traduit la perte de contraste entre l’entrée et la sortie du système en fonction de la fréquence spatiale. Dépends Du détecteur De la taille des pixel De la fréquence de coupure MTF Cutoff Frequency Spatial Frequency (pl/mm) 55 Critères de qualité de l’image NOISE CONTRAST 56 RESOLUTIO N Detective Quantum Efficiency : DQE Altération du SNR (dB) entre l’entrée et la sortie du système Fonction de la fréquence spatiale DQE(f)=(Sf/Bf)2sortie / (Sf/Bf)2entrée Capacité du détecteur à utiliser les photons. Dépend Dose de RX 57 kVe MAS Fréquence spatiale FTM Detective Quantum Efficiency : DQE Altération du SNR (dB) entre l’entrée et la sortie du système Fonction de la fréquence spatiale DQE(f)=(Sf/Bf)2sortie / (Sf/Bf)2entrée Capacité du détecteur à utiliser les photons. Dépend Dose de RX 58 kVe MAS FTM Qualité Globale et dose d’irradiation Concept qui englobe La résolution spatiale Le contraste Le bruit Object test Inclusions variables Radiographié 59 diamètres : résolution spatiale épaisseurs : contraste Réglages cliniques Déterminer pour chaque niveau de contraste, l’objet de plus petit diamètre visible. Take home messages 60 Take home messages 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 être 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 être évaluées à 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 être évaluée à l’aide d’objets-tests spécialement conçus. 61 Quiz!!! 62 Un capteur à détection n’utilise pas…en France? Quelle estplan l’incidence dudirecte cancer du sein 10scintillateur 000 cas par an A: de B: de rayon X C: de photodiode D: de Sélénium 100 000 casamorphe par an Un capteur à détection n’utilise pas… Quelle estplan l’incidence dudirecte cancer du sein en France? 10scintillateur 000 cas par an A: de B: de rayon X C: de photodiode D: de Sélénium 100 000 casamorphe par an Dans un est capteur plan à détection indirecte le scintillateur Quelle l’incidence du cancer du sein en France? A: transforme les Rayons X en 10 000 cas par an B: guide les photons lumineux C: est placé sous la photodiode D: contient du cas Silicone 100 000 par an courant électrique Dans un est capteur plan à détection indirecte le scintillateur Quelle l’incidence du cancer du sein en France? A: transforme les Rayons X en 10 000 cas par an 10scintillateur 000 cas parlumineux an B: les photons A: guide de C: est placé sous la photodiode D: contient du cas Silicone 100 000 par an courant électrique La résolution spatiale ne dépend pas…du sein en France? Quelle est l’incidence du cancer par an A: de10la000 taillecas de champ B: quantification C: du contraste D: du100 post000 traitement cas par an La résolution spatiale ne dépend pas…du sein en France? Quelle est l’incidence du cancer 10lascintillateur 000 cas parlumineux an B: A: de taille les photons du de champ A: guide de B: quantification C: du contraste D: du100 post000 traitement cas par an Quel est le critère de jugement le plus complet pour évaluer un Quelle est l’incidence du cancer du sein en France? système d’imagerie numérique? 000 casspatiale par an A: La10résolution B: La FTM C: La résolution en contraste D: La100 DQE 000 cas par an Quel est le critère de jugement le plus complet pour évaluer un Quelle est l’incidence du cancer du sein en France? système d’imagerie numérique? 000 casspatiale par an A: La10résolution B: La FTM C: La résolution en contraste D: 10 000 cas par anan B: A: de La la DQE taille les de champ lumineux A: guide de scintillateur 100 000photons cas par Lequel de ces trois paramètres n’intervient pas dans la Quelle est l’incidence du cancer du sein en France? numérisation d’une image? 10 000 cas par an A: L’échantillonage B: Le format C: La résolution temporelle D: La100 quantification 000 cas par an Lequel de ces trois paramètres n’intervient pas dans la Quelle est l’incidence du cancer du sein en France? numérisation d’une image? 10 000 cas par an A: L’échantillonage B: Le format D: DQE 10 000 cas par anan B: C: A: de La la résolution taille les de temporelle champ lumineux A: guide de scintillateur 100 000photons cas par D: La100 quantification 000 cas par an Quelle la l’incidence meilleur mesure la résolution spatiale? Quelleest est du de cancer du sein en France? 000decas par an A: La10taille pixels C: La taille de la matrice B: la distance minimale entre deux objets bien contrastés D: La100 DQE 000 cas par an Quelle la l’incidence meilleur mesure la résolution spatiale? Quelleest est du de cancer du sein en France? 000decas par an A: La10taille pixels B: La la distance B: distance minimale minimale entre entre D: C: guide La résolution DQE temporelle 10 000 cas par an B: A: de la taille les photons de champ lumineux A: de scintillateur 100 000 cas par an deux objets visibles C: La taille de la matrice D: La100 DQE 000 cas par an deux objets visibles Parmi avantages de l’imagerie numérique, onen ne France? retient pas… Quellelesest l’incidence du cancer du sein 000 casdepar an A: La10réduction l’irradiation B: le rendement C: L’archivage D: La100 résolution spatiale 000 cas par an Parmi avantages de l’imagerie numérique, onen ne France? retient pas… Quellelesest l’incidence du cancer du sein 000 casdepar an A: La10réduction l’irradiation B: le rendement C: L’archivage B: la distance minimale entre D: D: C: résolution DQE spatiale temporelle 10 000 cas par an B: A: guide de La la résolution taille les de spatiale champ lumineux A:La de scintillateur 100 100 000 000photons cas cas par par an an deux objets visibles L’imagerie permet réduiredu l’irradiation à… Quelle estnumérique l’incidence du de cancer sein en grâce France? 000 cas par an A: La10DQE C: La mauvaise dynamique B: l’augmentation du nombre des clichés non réussis D: La100 taille de cas capteur 000 par an L’imagerie permet réduiredu l’irradiation à… Quelle estnumérique l’incidence du de cancer sein en grâce France? B: la distance minimale entre 10 000 cas par an A: La D: D: C: résolution résolution spatiale temporelle 10 000 cas par an B: A: guide de La la DQE taille les de champ lumineux A: de scintillateur 100 100 000 000photons cas cas par par an an deux objets visibles B: l’augmentation du nombre des C: La mauvaise dynamique D: La100 taille de cas capteur 000 par an clichés non réussis En imagerie ondu retient combien de types détecteur Quelle est numérique l’incidence cancer du sein en de France? A: 1 10 000 cas par an B: 3 C: 2 D: 4 100 000 cas par an En imagerie ondu retient combien de types détecteur Quelle est numérique l’incidence cancer du sein en de France? A: 1 10 000 cas par an B: 3 C: 2 B: la distance minimale entre D: D: C: 4 La résolution résolution DQE spatiale temporelle 10 000 cas par an B: A: guide de 4 la taille les de champ lumineux A:La de scintillateur 100 100 000 000photons cas cas par par an an deux objets visibles Quel paramètre n’est pas lié contraste Quelle est l’incidence duaucancer du sein en France? 10 000 cas par an A: FTM B: SNR C: NPS D: DQE 100 000 cas par an Quel paramètre n’est pas lié contraste Quelle est l’incidence duaucancer du sein en France? 10 000 cas par an A: FTM B: SNR B: la distance minimale entre D: D: C: 4 Format La résolution résolution DQE spatiale temporelle 10 000 cas par an B: A: guide de NPS la taille les de champ lumineux A:La de scintillateur 100 100 000 000photons cas cas par par an an deux objets visibles D: DQE 100 000 cas par an
