| Le bruit |
| SOMMAIRE |
 Le
bruit quantique |
| Spectre
de Wiener |
| Rapport
signal sur bruit |
| Le
D.Q.E. |
Bien qu'ayant reçu une exposition apparemment homogène de rayons X , un film présente des différences minimes de densité.
Ces variations de densité sont dues :
- Au grain du film:
Dû à la distribution hétérogène des cristaux d'AgBr dans l'émulsion.- Au grain des ecrans:
Augmente avec la rapidité du film.
N'est visible que lors de l'observation avec un grossissement de 5 à 10 fois.
Dû à des défauts de structure de la couche luminescente.- Au grain (bruit) quantique.
Est minime avec des ecrans de qualité.
Facteur le plus important.
Il est dû à la fluctuation statistique du nombre
de photons X absorbés par l'écran
(chaque portion de surface de l'écran n'utilise pas exactement
la même quantité de rayons X).
Si N est le nombre de photons théoriquement utilisé
par l'écran,
chaque partie de l'écran utilise N +- VN
photons.
Le bruit de fluctuation présente un contraste propre (étant
constitué de différences de densité)
qui est égal à 1/ (2
VN)
Le bruit limite la visibilité des structures à bas contraste , alors que la visibilité des structures à haut contraste est limitée par la netteté (résolution spatiale)
Le contraste de l'image doit être de 3 à 5 fois supérieur
au contraste de fluctuation
Pour diminuer l'importance du bruit (de
la fluctuation de photons)
il convient d'augmenter N (augmenter le nombre de photons utilisés
par l'écran)
ex: Si N = 100 , VN = 10 chaque portion
de l'écran peut utiliser de 90 à 110 photons.(bruit
= 10%)
Si N = 10000, VN = 100 chaque portion de l'écran peut
utiliser de 9900 à 10100 photons (bruit = 1%)
Le bruit n'est visible que si la qualité radiologique est
grande (haut contraste)
L'utilisation d'écrans épais diminue sa visibilité
car la diffusion de la lumière émise dans la couche luminescente
tend à homogénéiser le bruit.
Augmentation
de la rapidité sans action sur le bruit
Il convient d'augmenter le pouvoir de captation des rayons X:
- En augmentant l'épaisseur de la
couche fluorescente
L'effet s'ajoute au phénomène de diffusion
précédemment décrit.
Mais augmentation du flou de détection.
- En améliorant le coefficient d'absorption
du luminophore
C'est le cas lors de l'utilisation des terres rares,
dont l'énergie de liaison électonique de la couche K
est particulièrement adaptée aux énergies du radiodiagnostic
(effet photo-électrique)
ex:
Un écran A présente une absorption de 20% des photons
X
Un écran B présente une absorption de 40% des photons
X (2 fois plus rapide)
Si l'on utilise 100 photons:
A absorbe 20% , soit 20 photons (100 X 20%) pour donner une densité d.
B est 2 fois plus rapide et nécessite 2 fois moins d'exposition
pour donner d , soit 100/2 = 50 photons.
B absorbe 40% , soit 20 photons (50 X 40%)
A et B ont donc utilisé le même nombre de photons
(20) , N n'a pas changé , le bruit non plus.
Augmentation
de la rapidité avec action sur le bruit (augmentation)
- Augmentation de l'efficacité de
conversion du luminophore
- Augmentation de la rapidité du
film
Ces deux méthodes conduisent à la production de
l'image avec moins de photons X.
(donc diminution de N , donc augmentation du bruit)
ex:
Deux écrans A et B présentent le même coefficient d'absorption de 20%.
A présente une efficacité de conversion de 1
B présente une efficacité de conversion de 2 (2
fois plus rapide)
Si l'on utilise 100 photons:
A absorbe 20%, soit 20 photons absorbés.
Son EC = 1 , on obtient 20 photons lumineux.
B est 2 fois plus rapide, nécessite 2 fois moins d'exposition,
soit 50 photons.
B absorbe 20%, soit 10 photons absorbés.
Son EC = 2 , on obtient 20 photons lumineux (10 X 2)
Pour la même densité (obtenue par 20 photons lumineux)
on utilise un nombre de photons X inférieurs ,
donc N diminue, donc le bruit augmente.
Dans le cas d'une rapidité du film multipliée par
2 , le cas est identique
(nécesite deux fois moins de photons lumineux pour obtenir une
densité donnée.)
Cas des écrans aux terres rares
Ceux-ci sont plus rapides car :
- leur absorption est supérieure (pas d'action sur le bruit)
- leur efficacité de conversion est supérieure (augmentation
du bruit)
L'augmentation de l'énergie des photons X (kV) provoque
l'augmentation du bruit quantique ,
car le facteur d'intensification des écrans augmente avec le
kilovoltage (nécessite moins d'exposition pour obtenir la même
densité)
Le spectre de Wiener mesure le bruit total enregistré par
le film:
- grain du film
- grain quantique.
- le grain des écrans étant considéré comme
nul.
Cette notion traduit le bruit en fonction de la fréquence spatiale.
L'augmentation de la fréquence spatiale provoque une diminution
du contraste
(diffusion de la lumière dans les écrans renforçateurs)
,
donc une diminution de la visibilité du bruit.
Le grain du film et le grain quantique (dû à N) restent inchangés.
C'est donc la FTM des écrans qui
conditionne la visibilité du bruit.
gradient du film 2
Bruit total = bruit du film +
K. ------------------------ FTM (écran/film)
N absorbés
Pour différencier le grain du film, on réalise :
- une exposition du film entre ses écrans
on obtient le grain du film et le grain quantique
- une exposition du film séparé des écrans
par 13 ou 14 mm
il y a fusion de l'émission lumineuse
on visualise uniquement le grain du film.
Représentation
schématique
On représente:
- le bruit total
- le bruit du film
- la capacité du système à enregistrer le
bruit à de grandes fréquences spatiales (limité par
les écrans)
Le bruit total et le bruit du film sont appelés "bruit
blanc" , car ils restent inchangés à toutes les fréquences
spatiales.
La FTM limite l'enregistrement de toutes les structures , y compris
le bruit.
La fréquence de coupure est d'à peu près
6 à 10 pl/mm avec les écrans renforçateurs courants.
Comparaison
de deux spectres de Wiener
Système A : écran fin , film rapide
Système B : écran plus épais , film moins rapide.
Le système A présente un bruit du film supérieur
(film plus rapide)
et un spectre de bruit enregistré supérieur car
il est plus rapide (nécessite moins de photons X , donc N inférieur)
La FTM relative peut être évaluée en fonction
de la fréquence de coupure ,
c'est à dire la fréquence spatiale à laquelle
le système n'enregistre plus le bruit et où on visualise
uniquement le bruit du film.
Le système A est supérieur au système B ,
car il enregistre le bruit à une fréquence spatiale supérieure.
Le rapport signal sur bruit indique le "poids" du bruit par rapport à celui du signal utile.
R S/B = Signal / bruit;
On utilise également le rapport contraste sur bruit (R C/B = contraste/bruit)
Le R S/B influe directement sur la résolution en contraste (capacité à visualiser de gros détails mais peu contrastés par rapport à leur environnement)
Effet du R S/B sur la capacité à détecter un signal
A: Petit signal et bruit important:
Il est
impossible de déterminer avec certitude où se trouve le signal
utile
B: Augmentation du signal , bruit identique (donc R S/B supérieur)
On peut localiser
le signal dans le bruit de fond.
C: Signal identique à A , mais réduction du bruit
(R S/B supérieur également)
Le signal est
localisable dans le bruit de fond.
Quand le bruit d'une image est réduit, des signaux de plus
petite amplitude sont perceptibles.
Les images à bas bruit permettent une meilleure résolution
en contraste.
Dans les chaines d'imagerie où existent des appareils susceptibles
d'ajouter du bruit à l'image (bruit électronique...) ,
il est nécessaire de caractériser cet apport supplémentaire:
On calcule le DQE (Detected quantum efficiency)
( efficacité quantique détectée?)
R S/B sortie
DQE = ---------------------
R S/B entrée
Dans un soucis de standardisation de la mesure (Energies variables
des rayonnements) on utilise une source d'Am 241 ,
qui émet un rayonnement gamma à 57,5 keV)
Un système parfait (qui n'ajoute pas de bruit) aurait un
DQE= 100%
Ceci n'existe pas , les meilleurs systèmes atteignent
un DQE de 60 à 80%.
La relation avec le QDE est la suivante:
Un système qui n'apporterait pas de bruit verrait son DQE
approcher son QDE
(Chaque photon incident est absorbé , transmis sans supplément
de bruit)
En réalité il y a toujours apport de bruit , et le DQE est égal à 50 à 80% du QDE.
Un DQE élevé permet d'obtenir moins de bruit au
même niveau d'exposition, ou une exposition inférieure pour
un même niveau de bruit.
Ce paramètre caractérise bien les détecteurs numériques,
car il prend en compte l’absorption du rayonnement, la sensibilité,
le bruit, la résolution.
Il exprime le rendement d’utilisation des photons X incidents.
Couple écran-film: 20% dans une plage très limitée
ERLM: 20 à 25% dans une plage d’exposition plus
large, avec une plus grande sensibilité.
Amplificateurs: 60 à 70%
Détecteurs plans: serait supérieur à 60%.