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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Techniques multi-énergie
En anglais
1. Détectivité et contraste : théorie de Robert F. Wagner
Dans les années 1970-1980, la communauté scientifique s'est attachée à définir un facteur de mérite quantifiant de façon objective la performance d'un détecteur de rayons X. Universellement acceptée et utilisée, la DQE a été la réponse apportée à ce problème mais elle ne peut suffire à qualifier un « système » de radiologie complet composé du détecteur, de la source..., mais aussi du radiologue, du patient, et cela pour une modalité donnée (mammographie, angiographie, etc.). S'accorder sur un facteur de mérite « élargi » mobilise beaucoup d'énergie depuis une vingtaine d'années. Si elle fait toujours l'objet de débats et si elle n'est toujours pas en 2015 introduite pour qualifier des produits commerciaux, une réponse se dessine assez nettement. La DQE et la MTF restent les facteurs de mérite idéaux lorsqu'il s'agit de comparer deux détecteurs de même nature. Et pour qui veut quantifier l'impact de la source, du détecteur, du traitement d'image, les notions de DQE et de MTF généralisées (e DQE et e MTF) peuvent être utiles (§ 1.11). Mais l'idéal serait d'évaluer les systèmes de radiologie pour une tâche précise, et aussi de comparer des systèmes de natures différentes (imagerie X « 2D » vs. Imagerie X « 3D » (scanner) vs. tomosynthèse par exemple, ou IRM vs. CT, etc.). Les facteurs de mérite précédents (DQE, eDQE) cèdent alors la place à un indice de détectivité
. Complexe à mesurer dans des conditions cliniques (ce que font les méthodes ROC), cet indice peut être calculé à partir de modèles qui prennent en compte la nature du diagnostic à réaliser (recherche d'une tumeur, d'une fracture, etc.) et le processus cérébral de décision du radiologue. C'est pourquoi on introduit des « model observers » par opposition aux observateurs humains (les radiologues) qu'ils prétendent reproduire avec une (relative) bonne fidélité.
1.1 Analyse ROC
C'est...
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Détectivité et contraste : théorie de Robert F. Wagner
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GREEN (D.M.), SWETS (J.A.) - Signal detection theory and psychophysics. - Peninsula Publishers (1966).
-
(2) - VENNART (W.) - Medical imaging – The assessment of image quality. - ICRU report, 54 (1996).
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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).
-
(6) - BELANGER (B.) - Recent developments in fluoroscopic imaging systems for interventional procedures, advances in medical physics. - Madison Medical Physics Publishing,...
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