Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article s'intéresse à la finalité de tout système d'imagerie, la qualité d'image au travers des techniques permettant de la mesurer et de l'améliorer. Il introduit les techniques ROC comme outil idéal de quantification pour une modalité médicale donnée, et il détaille les méthodes de modélisation de cet outil grâce à l'indice de détectivité. Les impacts des diffusés et de la source de photons X sur la qualité d'image sont alors précisés. Dans un deuxième temps, les principales techniques d'amélioration faisant aujourd'hui l'objet de recherches sont exposées : la détection multi-énergie, le comptage de photons et la spectroscopie, et enfin l'imagerie par contraste de phase qui exploite les propriétés de réfraction des rayons X dans les tissus biologiques.
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This article deals with the main objective of an imaging system, namely image quality, through various ways to quantify and improve it. It introduces the ROC techniques as the ideal quantification method for a given medical task, and then describes how these can be approximated using the detectivity index. The impact of scatters and of the X-ray source is then described. In a second step, disruptive technologies to improve image quality, today the focus of researchers worldwide, are explained: multi-energy detection, photo-counting and spectroscopy, and finally phase contrast imaging, which exploits the refraction properties of X-ray photons in biological tissues.
Auteur(s)
-
Thierry LEMOINE : Directeur technique Thales microwave and imaging subsystems, France
INTRODUCTION
Cet article s'intéresse à la chaîne complète de radiographie par rayons X et à la qualité de l'image finale. Des composants autres que le détecteur participent à la qualité de l'image : la source et la grille anti-diffusés principalement. Et la qualité doit être mesurée non pas en considérant une image de bruit (ce que fait la DQE d'un détecteur), mais à partir de l'observation de radiographies de patients : rentrent en compte les caractéristiques intrinsèques des pathologies que le radiologue recherche dans l'image, les caractéristiques corporelles du patient, ainsi que le processus mental de décision de l'observateur. La première partie de cet article s'intéresse à la modélisation de l'ensemble de ces paramètres, afin de parvenir à un facteur de mérite qui permette d'estimer la qualité d'un système de radiologie dans son ensemble (considérée du point de vue de la qualité d'image). Noté d ′, ce facteur de mérite est appelé indice « détectivité ». Il peut être calculé sur la base d'éléments objectifs décrivant la chaîne radiologique (la DQE du détecteur, les caractéristiques de la source de rayons X, etc.), mais il fait aussi des hypothèses sur la performance de l'observateur : comme il n'existe aucun modèle universel pour le décrire, l'article distingue différents cas pratiques (observateur idéal, semi-idéal, etc.). Une extension des concepts de DQE, MTF et NPS est aussi déduite, qui quantifient la performance d'un système de radiologie complet, mais sans prise en compte de l'observateur ni de la pathologie.
La suite de l'article est consacrée à trois ruptures technologiques actuellement envisagées, dont certains experts considèrent qu'elles feront progresser significativement l'imagerie par rayons X à partir des années 2020 : il s'agit de l'imagerie spectroscopique par intégration puis par comptage de photons, et de l'imagerie par contraste de phase. L'imagerie spectroscopique par intégration (ou détection multi-énergie) est connue et implémentée depuis les années 1990. Quant au comptage et au contraste de phase, il existe en 2015 des cas pratiques d'utilisation (dans certains prototypes de CT-scanners pour le comptage multi-énergie, dans les sources de lumière de type « synchrotron » pour le contraste de phase) et il ne s'agit donc pas de sujets de recherche exploratoire. Mais les difficultés rencontrées pour les adapter à la radiologie conventionnelle sont très importantes et il faut considérer ces technologies comme étant au stade de la recherche appliquée.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
spectroscopy | image quality | phase contrast
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Glossaire – Définitions
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4. Conclusion
Cet article fait le point sur les sujets à la pointe de la recherche en imagerie médicale par rayons X : le facteur de qualité d'une image médicale et deux techniques dont on espère qu'elles généreront un saut qualitatif dans la qualité d'image à l'horizon des années 2020 : l'imagerie spectroscopique et le contraste de phase.
La construction d'un facteur de qualité d'une image passe à la fois par une extension du concept de DQE au système de radiologie complet (qui prend en compte les diffusés, la taille de la tache focale de la source, et les traitements d'image) et par une modélisation de la pathologie recherchée et du processus cérébral de décision du radiologue. C'est un sujet qui mobilise les équipes de recherche depuis les années 1980, et pour lequel un consensus se dégage autour d'un indice de détectivité. Cet indice n'est pas encore utilisé dans l'industrie, mais il l'est de plus en plus souvent par les équipes de recherche universitaires pour qualifier une nouvelle technologie de radiologie (détecteur, algorithme de reconstruction 3D, etc.). On peut penser qu'il se généralisera.
L'imagerie spectroscopique par comptage de photons fait l'objet de premières réalisations en CT-scanner, pour améliorer le pouvoir discriminant de ces équipements entre tissus ayant des coefficients de Hounsfield très proches : c'est donc une amélioration des techniques « double-énergie » DECT. Ce pouvoir discriminant explique qu'elle soit aussi considérée dans le domaine de la sécurité (scanners de bagages). Le cas de la radiologie conventionnelle est plus compliqué, car les contraintes de coût sont plus importantes, couplées à la nécessité de réaliser des détecteurs matriciels de grande taille avec des petits pixels.
Le contraste de phase et l'imagerie « dark field » sont deux techniques embryonnaires et plus controversées. Des réalisations prometteuses ont vu le jour sur des lignes de lumière dans des synchrotrons, qui ont montré des images de grande qualité. Mais le gain en détectivité de pathologies médicales reste à démontrer sur des équipements de radiologie conventionnelle, car il n'existe pas en 2015 de solution permettant de porter ces technologies dans un environnement hospitalier. De surcroît, la dose induite pour le patient reste objet de débats.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GREEN (D.M.), SWETS (J.A.) - Signal detection theory and psychophysics. - Peninsula Publishers (1966).
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(4) - FITZPATRICK (M.), BEUTEL (J.) - Handbook of medical imaging. - Spie Editions, vol. 1, part 2 (2000).
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(5) - MYERS (K.J.), KYPRIANOU (I.S.), PARK (S.) - Wagner unified theory of image quality, advances in medical physics. - Madison Medical Physics Publishing, vol. 3 (2010).
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(6) - BELANGER (B.) - Recent developments in fluoroscopic imaging systems for interventional procedures, advances in medical physics. - Madison Medical Physics Publishing,...
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