| Détecteurs numériques - Introduction |
| SOMMAIRE |
 Principe
de la numérisation |
| Principes
de fonctionnement des capteurs plans |
| Performances
respectives |
Le film radiographique possède de grands avantages : Résolution
spatiale élevée de l'ordre de 10 pl/mm, jusqu'à 20
pl/mm en mammographie
Grand champ d'exploration
Fonctions d'acquisition, de visualisation, de transmission et de stockage.
Mais ses insuffisances sont bien connues: Faible dynamique (102)
Absence de traitement de l'image
Pas d'imagerie dynamique.
La mise au point de détecteurs numériques tend à
éliminer ces insuffisances tout en s'efforçant de conserver
les avantages du film.
L'image numérique est une image formée d'unités
élémentaires (pixels : picture éléments) répartis
sur une matrice.
En imagerie médicale, cette matrice peut comporter 2562,
5122, 10242, voire 20482 pixels. C'est
la taille de la matrice
Chaque pixel de cette matrice est affecté d'un chiffre refletant l'absorption des rayons X au niveau du pixel considéré.Ce chiffre est traduit en un niveau de gris visible. Chaque pixel peut prendre une valeur de gris parmi 256 (en général).Ce nombre de niveau de gris constitue la profondeur de la matrice
La
numérisation de l'image consiste en une première étape:
l'échantillonnage.
Chaque modalité numérique aboutit à l'obtention
d'un signal électronique dont la valeur va être mesurée
à une certaine fréquence (fréquence d'échantillonnage).
Plus la fréquence d'échantillonnage est élevée
(plus la valeur du signal est mesurée à des intervalles proches),
mieux on pourra rendre compte de petites variations dans ce signal, et
donc plus on pourra être précis dans la visualisation des
petits détails.
Cette étape de l'échantillonnage détermine dons
la précision des détails, donc le nombre de pixels (taille
de la matrice) donc la résolution spatiale.
Le théorème de Shannon précise que la fréquence d'échantillonnage doit au minimum être double de la plus haute fréquence à extraire du signal (voir transformée de Fourrier) sous peine d'introduire des erreurs dans le rendu de l'image sous forme d'aliasing (repliement du spectre)
La taille du pixel est liée à la taille de la matrice
et à la taille du champ d'exploration, elle détermine donc
la résolution spatiale (plus il est petit, meilleure est la résolution
spatiale)
La
deuxième étape correspond à la quantification,
Il s'agit d'attribuer un nombre de niveau de gris parmi lesquels chaque
pixel pourra prendre une valeur (correspond à la profondeur de la
matrice)
Chaque pixel prends une valeur en fonction de l'amplitude de la réponse
du détecteur.
La profondeur de la matrice s'exprime sous la forme 2n bits:
Si le codage s'effectue sur 8 bits, l'image peut
comporter 28 niveaux de gris, soit 256 niveaux de gris (médecine
nucléaire)
n = 9 : 512 niveaux -
n = 10 : 1024 niveaux - n = 11 : 2048 niveaux
- n = 12 : 4096 niveaux
Le nombre de niveaux de gris détermine la résolution
en contraste, s'il est insuffisant, un bruit de quantification peut
apparaître (même niveau de gris des pixels, malgré une
valeur différente)
L'affectation des niveaux de gris en fonction des valeurs de pixels s'effectue à travers la gradation de l'image, qui s'effectue grâce aux courbes LUT.
Exemple d'une numérisation (ERLM)
Lexique
de la radiographie numérique
Principes
de fonctionnement des capteurs plans
L'absorption des rayons X conduit à la libération d'électrons par effet photo-électrique.
1- Ces électrons peuvent être convertis en photons visibles dans un matériau scintillateur : c'est le principe de SCINTILLATION
Ex: Ecrans renforçateurs
Amplificateur
de luminance
ERLM (luminescence
photostimulée)
Détecteurs
plans utilisant une matrice de silicium amorphe.
2- Ils peuvent être
convertis directement en charges électriques dans un matériau
photoconducteur : c'est la PHOTOCONDUCTION.
Ex: Détecteurs au Sélénium
L'absorption des rayons X dépend de la densité du matériau et de son numéro atomique (varie avec la puissance 4)
Le silicium (Z 14) présente une faible absorption des rayons
X, par contre il absorbe très bien les photons visibles.
Il va donc être utilisé en association avec un écran
scintillateur dont le rôle est d'absorber les photons X.
Le Sélénium (Z 34) présente un pouvoir d'arrêt
34 fois supérieur au Silicium, et demande des rayons X de haute
énergie (Haute tension) pour que son rendement soit suffisant.
Il sera utilisé dans les techniques de conversion directe.
Offre
industrielle (RSNA 2003)
Offre
industrielle (RSNA 2004)
Exemple d'évaluation des détecteurs plans
(Comité d'Evaluation et de Diffusion des Innovations Technologiques
- CEDIT - AP.HP)
Le système Charpak: un nouveau détecteur révolutionnaire
?
Les
PACS - Etat du marché et offre industrielle
Résolution spatiale
Représente la taille du plus petit détail décelable.
En taille de pixel ou en paire de ligne par mm ou par cm.
Film:
10 pl/mm (20 pl/mm en mammo.)
Intensificateur d’image: 4 à 5 pl/mm au centre
ERLM:
3 à 5 pl/mm
Thoravision:
3 pl/mm
La perte de RS en numérique est compensée par une meilleure dynamique et par une meilleure sensibilité.
La notion de fréquence de coupure n'a plus lieu d'être en imagerie numérique, la résolution spatiale étant limitée par la taille du pixel.
Théorème de Nyquist
Fréquence maximale = 1/2. distance entre les pixels (ou 1/2 . taille des pixels)La résolution spatiale des modalités fonctionnant sur le principe de la photoconduction est supérieure à celle utilisant la conversion indirecteex: si les pixels font 62,5m , fréquence max = 1/2.62,5 = 8 cycles / mm.
Les fréquences supérieures sont traduites par de l'aliasing (se replient et viennent recouvrir les fréquences plus faibles.)
Résolution en contraste
La résolution en contraste ou en densité correspond à
la plus petite variation de contraste décelable.
La majorité des examens necessitent davantage une bonne résolution
à bas contraste plutôt qu’une RS élevée.
Elle correspond au rapport de l’amplitude du signal non atténué sur l’amplitude du signal le plus atténué.
Film radiographique : 102
Ampli de luminance : 103
ERLM, capteurs plans : 104
Sensibilité
Elle correspond à la plus petite variation d’absorption des rayons
X mesurable.
Elle est faible avec les couples écran-films, et très
élevée avec les amplificateurs de luminance (scopie à
très faible dose)
Fonction de Transfert de Modulation (FTM)
Elle représente la variation de contraste en fonction de la fréquence
spatiale de l’objet, pour un contraste objet donné.
C’est une fonction décroissante, proche de 1 (contraste 100%)
pour des fréquences spatiales très faibles, et tendant vers
0 pour des FS élevées.
La notion de fréquence de coupure n'est plus applicable, la
résolution spatiale est déterminée par la taille du
pixel.
Dans le cas des détecteurs plans, la RS est moins bonne que pour
un film, mais l’amélioration de la FTM permet d’avoir, pour des
fréquences objet inférieures au PRS, un bien meilleur contraste
(courbe au dessus de celle du film).
Des logiciels spécifiques (technique du masque flou) permettent
d’augmenter artificiellement la fréquence de coupure de la FTM.
N.E.Q. (Noise Equivalent Quanta)
Caractérise le nombre de photons réellement utilisés
par le détecteur
Un détecteur idéal présente une sensibilité
telle
qu’il absorbe tous les photons incidents.
Le rapport signal sur bruit est proportionnel à la racine carrée
du nombre de photons incidents (SNR inc. = racine carrée de N incidents)
En réalité, le R S/B réel est inférieur
au R S/B idéal.
Le NEQ = R S/B réel2
Efficacité quantique de détection (EDQ)
L’EDQ compare le rapport S/B en entrée, et le RS/B en sortie.(R
S/B de l'image numérique et R S/B du faisceau incident)
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 (efficacité
du récepteur à détecter les photons incidents et utilisation
du signal)
DQE = SNR réel2 / SNR incident2 = NEQ / N inc.
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.
Les ERLM de nouvelle génération atteignent un EDQ de 60%
- FUJI: lecture de la lumière
transmise à travers le support
- AGFA: structure en aiguilles de la couche active
(canalise la lumière et empèche sa diffusion)
une diode de lecture par ligne dans la cassette (plus de manipulation de
cassette)
Amplificateurs: 60 à
70%
Détecteurs plans: serait supérieur
à 60%.
Dans un ordre décroissant: Si , Se , CCD avec guide lumière
, CCD sans guide
Lexique
de la radiographie numérique
Capteurs
numériques grands champs en radiologie conventionnelle, A.SUPIOT
- C.VEDOVINI , Projet DESS "TBH",
Université
de Technologie de Compiègne
Rapport d'étudiants
Liens vers les constructeurs