Generalities sur scanner et ses generation

Bases Méthodologiques
de l’imagerie médicale
Pr. Jean-Pierre TASU,
CHU et Université de Poitiers

Objectifs
 Connaître les notions de :
 Bit, octet
 Pixel, voxel, matrice,
 Imagerie 2D, 3D et 4D
 Echelle de gris, échelle de couleur
 Résolution spatiale,
 Bruit, rapport signal sur bruit,
 Contraste, contraste sur bruit, détectabilité
 Fonction de transfert de modulation
 DQE
 Norme DICOM
 Compression numérique,
 Signal, échantillonage
 Fonction porte,
 Transformation de Fourier
 Filtre passe bas et passe haut

 Caractéristiques d’une image numérique et les
propriétés des systèmes
 Stockage et échange des images numériques
 Notion sur le signal en imagerie
Plan du cours

Caractéristique d’une image numérique
Une image médicale est
numérique

- C’est à dire codé 0 ou 1 (binaire)
- 1 bit = 0 ou 1, ouvert ou fermé, noir ou blanc
- 2 bits = 2 x 2 possibilités (00/01/10/11)
- 8 bits = 28 soit 256 possibilités (soit 256 valeurs différentes à
partir d’un codage 0000000 à 1111111)
- 8 bits = 1 octet
-1 kilo octet = 1 Ko = 2 10 octets
-1 méga octet = 1 Mo= 2 20 octets
-1 giga octet = 1 Go = 2 30 octets
En informatique, l’information est codé de façon binaire ;

Aspects
dimensionnels
(2D, 3D, 4D)

taille du pixel
~ 1 mm champ de vue
~ 20 cm
Pixel = unité élémentaire de l’image (picture x element)
Matrice : nombre de pixels dans le champ de vue (ici 200)
- souvent 2n (64, 128, 256, 512…) ou proche (192 = 3x64)

n Pixel, champ de vue et matrice se déduisent l’un de
l’autre selon la formule;
Pixel = Champ de vue/ Matrice
n Exemple;

Dans les pays anglo saxons, on parle parfois de DPI (dot per
inch) pour donner la taille du pixel :
150 DPI = 0,168 mm
300 DPI = 0,084 mm
Ainsi un système d’imagerie 43 x 43 cm avec une matrice
3000 (9 millions de pixels de 0,143) est proche de 150 DPI.
1 inch =2,54 cm

En imagerie il peut y avoir deux approches :
2 multi-coupes vrai 3D
pas de distinction si nette…
Dimensions de l’image

VOXEL = Volume x Element
Volume élémentaire d’une image 3D (ou d’une 2D en
considérant l’épaisseur de coupe)

Résolution temporelle : nombre d’images intégralement acquises
par unité de temps
si une image est acquise en 200 ms : 5 images / seconde (par abus
de langage : « résolution » de 200 ms)
Attention aux interpolations (ex.: image cardiaque en IRM) ou
rafraichissement partiels de l’image (« keyhole ») = fausse
amélioration de la résolution temporelle
La 4D : temps
t
Résolution temporelle vraie
Résolution temporelle apparente

Le signal dans
l’image
Signal, contraste, bruit, RS

signal
= intensité du pixel
nombre caractérisant
la mesure physique
Unité Hounsfield par ex.
Signal :

127
141
141
0
78
147
…
…
chaque pixel est codé en 8 bits (28=256 possibilités)
253
À chaque valeur, on donne une correspondance en niveau de gris

256 niveaux
8 niveaux
2 niveaux de gris
L’œil humain voit environ 200-
250 niveaux de gris….
Attention, même si le système propose 256 niveaux de gris, l’écran n’est
pas toujours capable de les afficher…

2000 niveaux de
densité différents
signal
physique
niveau
de gris
Principe du fenêtrage
en TDM :
2000 niveaux HU
256 niveaux de gris
Sir Godfrey Hounsfield
250
niveaux
soit
8
bits

En imagerie couleur, le codage se fait en rouge vert bleu (RVB) :
- Le codage couleur se fait sur un octet (= 8 bits)
- Chaque pixel peut avoir 3 octets soit 24 bits (donc 0 à 255
pour le rouge, le vert ou le bleu)
- soit 256x 256 x 256 valeurs = plus de 16 millions de couleurs
possibles par pixels
Palette de couleur en 24 bits
L’œil humain voit
environ 2 millions de
couleurs….

Le contraste dans
l’image

1 2
1 2
Contraste
I I
I I



K
0 - 1
C = 1
K
0,5 -1
C = 0,33
K
0,75 -1
C = 0,14
K
0,9 -1
C = 0,05
Contraste :

K K
On peut jouer avec le contraste en imagerie numérique :
K K

Le bruit
Les rapports S/B, C/B

+ =
Certain = déterministe
Aléatoire
Bruit :
Signal :

1- le bruit est le signal aléatoire provenant du système,
de l’environnement…
2- Il est TOUJOURS présent +++
3- Il VARIE dans le temps +++
Bruit :

Bruit + objet = image finale
t1
t2
t3

Attention ! Le bruit n’est pas un parasite

n
0

Variation au cours du temps
temps
signal

Rapport signal sur bruit (RSB) = Signal to noise ratio (SNR)
valeur du signal
écart-type du signal dans le temps sur 1pixel
Signal
RSB



 Écart type (= Racine Carrée de la Variance)
Impose de répéter les acquisitions

valeur du signal
écart-type du signal dans une région vide de signal
RSB 
En pratique, on utilise une valeur estimée :
moyenne  signal
écart-type  bruit
RSB

Le rapport contraste-sur-bruit (RCB)
1 2
I I
RCB



C’est donc la différence du signal dans deux zones
rapportée à l’écart type du bruit

contraste
/ bruit 1 0,6 0,3 0,1
0,1
0,25
0,5
1,0
10
4
2
1
6
2,4
1,2
0,6
3
1,2
0,6
0,3
1
0,4
0,2
0,1
détectabilité des lésions :
RCB > 1

La détectabilité se définit par le produit du
contraste et du rapport S/B
B
S
I
I
I
I
ité
Détectabil 









2
1
2
1
Signal, contraste, détectabilité, RS

n Attention ; détectabilité≠ résolution spatiale
< Au TEP scanner, résolution spatiale de 1 cm mais détection
possible de lésions plus petites si elles fixent beaucoup
< En TDM, des lésions supra centimétriques hypodenses
peuvent ne pas être vues dans un foie de stéatose
< ETC...
Signal, contraste, détectabilité, RS

La résolution spatiale

 Intuitivement, la résolution spatiale est la
capacité à voir les détails de l’objet
Donc, ce serait un peu comme la détectabilité, non?
En gros, c’est la taille des pixels, non??

La taille du pixel est
évidement un facteur

Paramètres Résolution spatiale Résolution en contraste
Bruit rapport S/B
Foyer du tube à
rayons X
Pixel
Champ de vue
Matrice
Filtration
Lissage
Accentuation
Filtration temporelle

Résolution spatiale = capacité d’un système à séparer un certain nombre
de lignes (ou paires de lignes) par unité de longueur
1 cm
- 5 par cm = 5 cm-1
Par abus de langage : 1/5 = 0,2 cm
soit une résolution spatiale de 2 mm
La résolution spatiale définie en paire de lignes est à contraste maximum;
ce n’est pas le cas en imagerie…

BRUIT
CONTRASTE
RÉSOLUTION SPATIALE
Comment pourrait-on résumer les
caractéristiques du système?

La FTM
La Fonction de Transfert de Modulation, (FTM en Français ou MTF en
Anglais), est ;
- une présentation synthétique qui caractérise un système en tenant
compte du contraste et de la résolution d’un système
- souvent illustrée sous forme d’une courbe
100%
Fréquence ou
paire de lignes
50%
contraste
15 30 45 60
10%
La résolution spatiale du système est la
fréquence correspondant à 10% de contraste
2ième Définition de la résolution spatiale
Mais on n’a pas introduit le bruit généré par le
système

-L'efficacité quantique de détection (désignée en anglais DQE pour
Detective Quantum Efficiency) est une mesure combinant les effets du
bruit et du contraste d'un système d'imagerie, exprimée en fonction du
niveau de détail ou de la fréquence spatiale.
- Se déduit de la FTM
- Très utilisée en imagerie numérique pour comparer les système
L’efficasité quantique de détection
10%
En pratique ;
-Système parfait ; 100% (ou 1)
-Réalité; entre 50 et 80% (0,5 à 0,8)
3ième définition de la
résolution spatiale

Détecteur DRX plus 3543 Détecteur DRX 1

DICOM (digital imaging and communication in medecine)
- norme de format du fichier d’images médicales
- Crée en 1985
- NEMA : National Electric Manufacturers Association
+ ACR : American College of Radiologists
- un seul fichier
- DICOM régit aussi
les échanges d’images entre machines
l’archivage
la préparation de l’arrivée du patient
…
Stockage et échanges des images

12 128 34 67 0 1 12 67
0 123 87 99 3 3 21 33
88 221 75 56 8 9 45 43
98 137 88 96 5 0 0 32
...
largeur x = 256
hauteur y = 256
largeur pixel = 2,3 mm
hauteur pixel = 2,3 mm
nombre d’octets = 2 / pixel
modalité = IRM
champ magnétique = 3 T
nom patient = bidule truc machin
...
soit un seul fichier

HL7 (Health Level seven international)
- Système de partage d’échange et d’intégration des
informations médicales
- Crée en 1987
- Données cliniques, administratives et financières
- Permet la communication entre les systèmes
informatiques hospitaliers (SIH)

HL7
HL7 Hospital
Shéma d’un système d’imagerie moderne

La compression

Compression non destructive : repérer les similitudes
Au lieu de
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
écrire :
100  0 !

IL S AGIT DU BUS PRINCIPAL QUI RELIE LE
MICROPROCESSEUR AU RESTE DES COMPOSANTS EN
PARTICULIER A LA MEMOIRE VIVE RAM C EST LE BUS LE
PLUS RAPIDE EN DEHORS DU BUS INTERNE AU
MICROPROCESSEUR ACTUELLEMENT AUTOUR DE 1 GO S
CE BUS EST RELIE A D AUTRES BUS PLUS LENTS PAR L
INTERMEDIAIRE DE PONTS BRIDGES DANS DES CIRCUITS
APPELES CONTROLEURS DE BUS
345
caractères

IL S AGIT DU BUS PRINCIPAL QUI RELIE LE
K AU RESTE DES COMPOSANTS EN
PARTICULIER A LA MEMOIRE VIVE RAM C EST LE BUS LE
PLUS RAPIDE EN DEHORS DU BUS INTERNE AU
K ACTUELLEMENT AUTOUR DE 1 GO S CE
BUS EST RELIE A D AUTRES BUS PLUS LENTS PAR L
APPELES CONTROLEURS DE BUS
MICROPROCESSEUR  K

IL S AGIT DU Z PRINCIPAL QUI RELIE LE
K AU RESTE DES COMPOSANTS EN
PARTICULIER A LA MEMOIRE VIVE RAM C EST LE Z LE
PLUS RAPIDE EN DEHORS DU Z INTERNE AU
BUS EST RELIE A D AUTRES Z PLUS LENTS PAR L
APPELES CONTROLEURS DE Z
BUS  Z

K AU RJE DES COMPOSANTS EN
PARTICULIER A LA MEMOIRE VIVE RAM C J LE Z LE
BUS J RELIE A D AUTRES Z PLUS LENTS PAR L
APPELES CONTROLEURS DE Z
EST  J

K AU RJE DES COMPOSANTS EN
PARTICULIER A LA MEMOIRE VIVE RAM C J W Z W
K ACTUELWMENT AUTOUR DE 1 GO S CE
BUS J RELIE A D AUTRES Z PLUS WNTS PAR L
APPEWS CONTROWURS DE Z
LE  W

K AU RJE DX COMPOSANTS EN
PARTICULIER A LA MEMOIRE VIVE RAM C J W Z W
INTERMEDIAIRE DE PONTS BRIDGX DANS DX CIRCUITS
ES  X

PARTICULIER A LA MEMOY VIVE RAM C J W Z W
INTERMEDIAY DE PONTS BRIDGX DANS DX CIRCUITS
IRE  Y

PARTICULIF A LA MEMOY VIVE RAM C J W Z W
PLUS RAPIDE EN DEHORS DU Z INTFNE AU
INTFMEDIAY DE PONTS BRIDGX DANS DX CIRCUITS
APPEWS CONTROWURS DE ZF
ER  F

281
caractères
345  281 = compression de 19 %
PARTICULIF A LA MEMOY VIVE RAM C J W Z W
PLUS RAPIDE EN DEHORS DU Z INTFNE AU
INTFMEDIAY DE PONTS BRIDGX DANS DX CIRCUITS
APPEWS CONTROWURS DE ZF
Compression non destructive : l’image initiale est
parfaitement restituée

Compression destructive : exemple du JPEG
JEPG = Joint Photographic Experts Group

/200

Notion de signal
n Signal = toutes grandeurs physiques susceptibles
de variations
n Signaux
– Certains; fonction sinus…
– Aléatoires; bruit par exemple
– Analogiques; infinités d’états
– Numériques; nombre limité et discret d’états

Notion de signal
Réalité
Représentation de la réalité
f(t)
Signal

 Tous systèmes dégradent la réalité
SYSTÈME
Notion de signal
Téléphone
cerveau

SYSTEME: DEFORMATION & BRUIT
Déformation
constante
+ Bruit: Aléatoire
ex: téléphone
Notion de signal
La FONCTION qui permet de connaître la déformation est la
CONVOLUTION

Une convolution est le produit de 2 fonctions
Par exemple la fonction « son »
Par exemple la fonction « propriétés du micro »
Notion de signal

Notion de signal et de systèmes
la fonction « son »
la fonction « propriétés du micro »

n La convolution permet d’obtenir ;
– Le son résultant de l’enregistrement du micro (signal
sonore x fonction du micro)
Notion de signal
La convolution du signal d’entrée
par la fonction micro donne le
signal de sortie

EXEMPLE DE CONVOLUTION APPLIQUEE AUX
MODELES DES COMPARTIMENTS
injection
élimination rénale
courbe plasmatique
iv iv perf
n La convolution permet par exemple d’obtenir ;
– La courbe plasmatique d’un produit de contraste
Notion de signal
t
t
t

Mais il existe aussi une autre approche
possible du signal…
Notion de signal

L’approche spectrale
Notion de signal
Le son est une
fréquence
résultant de
plusieurs
fréquences

Notion de signal
-
1
0
1
-
1
0
1
-
1
0
1
-
2
-
1
0
1
2
3
L’opération qui permet de passer de l’espace temporel à l’espace
fréquentiel est la transformation de Fourier Joseph
Fourier
Exemple de 3 fréquences fondamentales
t
f

La Transformation de Fourier : c’est quoi?
LA TF restitue la fréquence (le son) de chaque instrument
Produit une fréquence (un son), somme de la fréquence de
chaque instrument
Notion de signal

Notion de signal
TF d’un sinus d’une fonction porte
Un Dirac
Signal mesure

Notion de signal
TF d’une fonction tronquée
TF
TF

Espace image Espace k de Fourier
Chorale de radiologues….
TF
TF-1
y
x
f
t
Notion de signal
En imagerie, l’information est donc disponible sous 2 formes;

Dans l’espace k, la répartition des informations n’est pas
identiques à l’espace image :
Notion de signal
k
Y
kX
TF
Y
X

Dans l’espace k, la répartition des informations n’est pas
identiques à l’espace image :
Notion de signal
TF

Pour corriger les défauts des systèmes on applique des filtres
- filtre passe bas (laisse passer les basses fréquences)
- filtre passe haut (qui laisse passer les hautes fréquences)
Notion de signal
TF
TF
Un filtre passe bas
préserve les
contrastes mais
diminue la netteté
Un filtre passe haut
accentue la netteté
et diminue le
contraste

M.COULOMB & Col. : La radiographie numérique. Feuillets de radiologie.1992 ,
contraste
fréquence
Fonction de transfert de modulation
de l’image

contraste
fréquence
FTM de l’image
contraste
fréquence
FTM de l’image
contraste
fréquence
FTM de l’image
Filtre mou, passe bas
Image de contours
Image native
contraste fréquence
FTM de l’image
Filtre dur, passe haut

Amélioration de la netteté
(filtre passe haut)
Sans filtre

Applications du filtrage ;
Amélioration de la netteté
(filtre passe haut)
TDM poumon filtre dur (passe haut)
TDM standard (basse bas)
Amélioration des contrastes
(filtre passe bas)
Notion de signal

Signal d’entrée Signal de sortie
système
Convolution
Spectre de
fréquences
Spectre de
sortie
TF TF-1
TF-1 TF
Notion de signal
Convolution

Les autres paramètres d’un système
utilisant les rayons X

Autres paramètres de quantification d’un système à rayons X ;
- La sensibilité qui correspond à la plus petite variation d'absorption
des rayons X que l'on arrive à mesurer. Elle se mesure en μGy
typiquement.
- La dynamique vraie de l'image correspond au rapport de l'amplitude
du signal non atténuée sur l'amplitude du bruit du signal le plus
atténué
- Résistance à l’exposition aux rayons X (= durée de vie)
- Uniformité de réponse (sur la surface du détecteur)
- Linéarité de la réponse (selon l’énergie des photons X)
Les autres paramètres définissant un système

Conclusion
 Les notions vues dans ce cours sont INDISPENSABLES
à l’utilisation optimale de l’imagerie médicale moderne
 J’espère avoir montré que cela ne nécessite pas d’être
mathématicien…

Generalities sur scanner et ses generation

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Similaire à Generalities sur scanner et ses generation

Similaire à Generalities sur scanner et ses generation (20)

Dernier

Dernier (20)

Generalities sur scanner et ses generation