Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article présente les principaux facteurs de mérite d'un imageur, qui quantifient ses performances: la résolution au travers de la MTF, le bruit grâce au NPS, et enfin le rapport signal sur bruit et le facteur de mérite universel que constitue la DQE. Les grandes sources de bruit (quantique et électronique) sont décrites ainsi que leur influence sur le rapport signal sur bruit. L'article se conclut sur les autres paramètres importants pour un détecteur que sont le traînage, la vitesse, et les modes d'acquisition.
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This article describes the main parameters that quantify the performance of a detector: resolution through the MTF, noise through the NPS, and lastly the signal-to-noise ratio and the now universal factor of merit represented by the DQE. The main sources of noise (electrical and quantum) are described, together with their influence on the signal-to-noise ratio. The article ends with other key parameters for a detector such as lag, speed and acquisition modes.
Auteur(s)
-
Thierry LEMOINE : Directeur technique Thales microwave & Imaging subsystems, Vélizy, France
INTRODUCTION
Cet article présente les fondements théoriques des techniques de caractérisation des détecteurs de rayons X. Après un rappel très succinct mais indispensable d'analyse de Fourier, il introduit la notion de MTF (Modulation Transfer Function) qui mesure la performance en résolution d'un détecteur, en explicitant les contributions de ses différentes composantes (scintillateur et matrice de pixels notamment). Ensuite, les notions de bruits quantique et électronique sont présentées, ainsi que le paramètre qui permet de les synthétiser (le NPS ou fonction de Wiener). Les différentes contributions au NPS (Noise Power Spectrum) sont explicitées, y compris celles qui sont liées aux effets de sur-échantillonnage et au repliement de spectre dans le cas d'un détecteur pixellisé.
Une troisième partie définit la notion de rapport signal sur bruit, d'abord ramené à un pixel élémentaire. Elle est généralisée dans une quatrième partie lorsque sont introduits le NEQ (Noise-Equivalent Quanta) et la DQE (Detective Quantum Efficiency). Cette dernière est aujourd'hui un facteur de mérite universellement utilisé pour quantifier les performances d'un détecteur numérique, et elle ne mesure rien de moins que la dégradation du rapport signal-sur-bruit induite par le détecteur en fonction de la fréquence spatiale. Autrement dit, elle quantifie la perte d'information attribuable au détecteur ou, autre façon de la présenter, elle estime la dose perdue au niveau du détecteur, qu'il faudra compenser par un surplus de dose au niveau du patient pour atteindre une qualité d'image donnée : plus élevée sera la DQE, plus faible sera la dose à laquelle le patient sera exposé.
En toute fin de cet article, d'autres paramètres importants sont également introduits de façon plus succincte, en particulier la vitesse de lecture.
Les technologies de détecteurs plats, qu'ils soient à détection directe ou indirecte, constituent le fil conducteur de cet article, mais l'ensemble des notions présentées peut s'appliquer à toute sorte de détecteurs de rayons X, quitte à adapter ici ou là telle ou telle formule.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
X-ray detectors | DQE | MTS
DOI (Digital Object Identifier)
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SNR d'un pixel
En anglais
2. Bruit photonique et bruit électronique
C'est un fait connu de chacun d'entre nous : le cerveau humain n'est pas sensible qu'au signal « intelligible » qu'il reçoit, il ne sait pas faire abstraction du bruit « environnant » et plus précisément, c'est le rapport entre ces deux grandeurs qui importe pour lui. Définir ce qu'est le bruit est une tâche compliquée (et parfois subjective...) qui dépasse le cadre de cet article et nous nous contenterons de considérations générales. Tout signal X = s + n perçu par le cerveau (une image, un son...) est la somme d'une composante « interprétable », porteuse de sens, déterministe, s, et d'une composante qui n'est pas interprétable, qui semble être de nature stochastique et que nous appelons le bruit, n.
Nous reviendrons sur ces considérations dans [MED 205] où est abordé le problème de l'interprétation d'une image. Dans cet article, nous restreindrons notre propos aux signaux électriques X (une charge, une tension) délivrés par chaque pixel d'un détecteur exposé de façon répétitive à une dose uniforme et constante. En fonction du temps ou de la position du pixel dans l'image, ces signaux varient autour d'une valeur moyenne constante. Ce signal moyen s fourni par chaque pixel est proportionnel à la dose incidente (c'est donc une grandeur déterministe), mais s'y ajoute n qui est la résultante de nombreux phénomènes stochastiques. Notre objectif est de connaître s, sachant que la mesure X = s + n sur un pixel unique n'offre pas la possibilité de faire la part entre s et n. Mais si la valeur de n ne peut pas être extraite pixel par pixel, l'amplitude de ses fluctuations peut être estimée à partir d'un nombre important de mesures, et cette amplitude influe directement sur la perception du bruit dans l'image. Quantification de cette perception, le rapport signal sur bruit SNR(X) = « s/n » est une grandeur statistique, qui nécessite l'outil des variables aléatoires.
2.1 Variables aléatoires
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Bruit photonique et bruit électronique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - VAN METTER (R.), BEUTEL (J.), KUNDEL (H.) - Handbook of medical imaging. Physics and psycho-physics. - SPIE Press Monograph, part.1, vol. 1 (2000).
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(3) - DENDY (P.P.), HEATON (B.) - Physics for diagnostic radiology. - Taylor & Francis Editors (1999).
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(4) - BUSHBERG (J.T.), SEIBERT (J.A.), LEIDHOLDT (E.M.), BONNE (J.M.) - The essential physics of medical imaging. - Lippincott, Williams & Wilkins Editors LWW (2002).
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(5) - DOWSETT (D.J.), KENNY (P.A.), JOHNSTON (R.E.) - The physics of diagnostic imaging. - Hadder-Arnold Editors (2006).
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(6) - AUFRICHTIG (R.) - Perception and filtering of interventional X-ray fluoroscopy image se-quences. - UMI (1994).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Appareils électromédicaux – Caractéristiques des appareils d'imagerie à rayonnement X – Partie 1 : Détermination de l'efficacité quantique de détection - IEC 62220-1 - 2003
-
Équipement de diagnostic médical à rayonnement X – Conditions de rayonnement pour utilisation dans la détermination des caractéristiques - IEC 61267-1 ed2.0 - 2005
-
Local and metropolitan area networks – Specific requirements – Part 11 : Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 5 : Enhancements for Higher Throughput - IEE 802.11.N - 2009
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