DTSÉLECTRORADIOLOGIE

MÉDICALE

Traitement du signalImagerie Numérique

J. Benoliel

MCU - PH

Biophysique et Médecine Nucléaire

IMAGERIE MÉDICALETRAITEMENT DE L’IMAGE

Du signal analogique au signal numérique

Image numérique en Médecine

Traitements d’images

Formats d’images. PACS

SIGNAUX ANALOGIQUES & DIGITAUX

Interface

Analogique/Digital

Échantillonnage + Quantification

= Numérisation ou

Digitalisation

001010110101101110

Signaux Analogiques

continus

Signaux Digitauxdiscrets

LE SIGNAL ANALOGIQUE Il est mesurable et possède 2 types de composantes :

– Déterministe: connaissant f(r) à un instant donné, il est possible de prédire f(r) à un instant t suivant

– Aléatoire : signaux imprévisibles qui ajoutent un bruit au signal utile. On ne peut en faire qu’une description statistique.

Quelle est l’origine des signaux aléatoires ?

Interneorgane traitement

Externeorgane traitement

Vibrations circuits Parasites radioélectriques

d’origine humaine

Bruit thermique Parasites radioélectriques

d’origine naturelle (orages,..)Rapport Signal / Bruit Rapport de la puissance du signal utile à la

puissance du bruit qui pollue ce signal S/B = VS / VB

EXEMPLES

Médecine Nucléaire :– Signal fc du nombre de désintégrations/sec. Comptage

aléatoire, lié au phénomène radioactif. IRM :

– Signal fc d’un signal électrique. Une grande partie provient de mouvements électroniques parasites des circuits de détection.

Radiologie :– Signal fc d’un flux de photons X très important. Petite partie de

signaux aléatoires due au comportement de chaque photon vis-à-vis de la matière.

Conclusion :

Tout phénomène mesuré est à la fois déterministe, car il existe une valeur moyenne prévisible, et aléatoire, car, il existe des fluctuations plus ou moins importantes suivant la précision de mesure du phénomène

NUMÉRISATION (1)

Etape 1 :Echantillonnage ou Discrétisation Transforme tout signal continu en une suite discrète de

valeurs instantanées prises à des instants périodiques t+kTe

f(t) S(tk), avec tk= t+kTe, Te = période d’échantillonnage,

Fe = 1/ Te fréquence d’échantillonnage

Etape 2 :Numérisation ou Digitalisation Transforme la suite S(tk) en une suite de nombres

représentant les différents niveaux du signal.

Convertisseurs Analogiques / Digitaux =

circuit unique pour ces 2 opérations.

NUMÉRISATION (2)

Signal

Analogique

Signal

Numérique

Signal

Echantillonné

Système

Analogique

Système

Numérique

C.A.D.

Echantillonnage Quantification

Echantillonnage = Découpage du signal analogique en classes de signaux identifiables (Ex : téléphone et découpage de la voix en plages de temps

Problème majeur : Attention à l’échantillonnage afin de perdre le minimum d’informations et obligation de restituer le signal de départ.

NUMÉRISATION (3)Théorème de Shannon

Fc « Peigne » de DIRAC (t- nt) = 1 si t = t0 - nT

(t- nt) = 0 si t t0 - nT ≠

0 T 2T 3T 4T-T-2T-3T-4T

1

f(x)

0 T 2T 3T 4T-T-2T-3T-4T

F(x) = f(x) . (t)

Shannon : Retrouver le signal de départ ssi la fréquence d’échantillonnage >= 2 fois la fréquence max du signal de départ.

Nb de dents du « peigne » = nb de signaux différents échantillonnés

NUMÉRISATION (4)Exemple

5T4T3T2TT

5T4T3T2TT

5T4T3T2TT

Signal analogique périodique : T

= fréquence d’échantillonnage

Trop faible : une partie du signal est numérisée

Correcte : le signal est bien numérisé

EXEMPLE DE NUMÉRISATION

IMAGERIE MÉDICALETRAITEMENT DE L’IMAGE

Du signal analogique au signal numérique

Image numérique en Médecine

Traitements d’images

Formats d’images. PACS

IMAGE NUMÉRIQUE EN MÉDECINE

Visualisation d’un paramètre (signal) quantifié Important de connaitre le paramètre pour une

interprétation correcte de l’image.

Médecine NucléaireRépartition d’une

fonction biologique

IRMDifférence de temps

de relaxation

TDMAtténuation des rayons

X par les tissus

QUANTIFICATION DU SIGNAL Médecine Nucléaire

(X,Y)

1

2 3 4

9 7 8

5

X

Y

Emission

photons

IMAGE NUMÉRIQUE

Quantification :Chaque pixel représente une valeur numérique moyenne de l’intensité du signal détecté par la machine

Médecine Nucléaire : Nb d’impacts de photons repérés par les PM

10 25 2 6 0

2 270 14 135 0

2 356 53 241 2

0 58 23 68 15

Echantillonnage : Décomposition de l’image en « pixels » (picture element)

Matrice 4 x 5

IMAGES NUMÉRIQUESEchelles de couleurs

10 25 469 6 0

2 380 140 135 0

212 356 53 241 2

0 58 23 68 15

Image numérique

Echelle de couleurs

100

200

300

400

0

500

Image en « fausses couleurs »

FORMATS D’IMAGE

Format 256 x 256 = 65536 pixels

Format 64 x 64 = 4096 pixels

Exemple Echelle Couleur« Rainbow »

Exemple Echelle Couleur«Gray »

Exemple Echelle Couleur«Hot »

IMAGERIE MÉDICALETRAITEMENT DE L’IMAGE

Du signal analogique au signal numérique

Image numérique en Médecine

Traitements d’images

Formats d’images. PACS

BUT DU TRAITEMENT D’IMAGE

Modifier des caractéristiques de l’image afin de faire ressortir les aspects intéressants– Intensité, contraste– Taille orientation– Réduction du niveau de bruit de fond– Améliorer la détection du contour des objets.

Faire des analyses quantitatives sur l’image– Quantification d’un paramètre au sein de l’image

EXEMPLES TRAITEMENT D’IMAGE

TRAITEMENT D’IMAGE (1)

10 25 2 6

2 380 140 135

2 356 530 241

0 58 23 68

Image numérique zoomée

380 250 182 140

370 380 140 235

365 356 53 441

356 460 490 530

TRAITEMENT D’IMAGE (2) Scintigraphie Rénale

TRAITEMENT D’IMAGE (3)Ventriculographie

IMAGERIE MÉDICALETRAITEMENT DE L’IMAGE

Du signal analogique au signal numérique

Image numérique en Médecine

Traitements d’images

Formats d’images. PACS

P.A.C.SPicture Archiving and Communication Systems

Intérêts : * Sauvegarde automatique des images de toutes les unités d’imagerie

* Diffusion vers les unités cliniques

* Partie intégrante du dossier patient

Dossier médical informatisé

FORMATS D’IMAGES

Médecine Nucléaire

IRM

TDM

Taille matrice

acquisitionNb pixels

256 x 256

512 x 512

1024 x 1024

65536

262144

1048576

FORMATS D’IMAGES Taille d’ images :

Le nombre total de pixels (nb de lignes multiplié par nb de colonnes) est la définition de l'image. Le nombre de pixels pour une surface donnée (cm2 par exemple) est la résolution.

La taille de la matrice image est un compromis entre la résolution et la statistique de comptage. (128x128 ; 256x256 ou 512 x 512 en Médecine Nucléaire, 1024x1024 ou plus en IRM ou Radiologie X).

L'identificateur de l'image (header): Renseignements associés aux images qui précisent la nature de

l'image et de l'examenIdentification du patient, de l'examen (date, appareil

utilisé,..)Les données d'acquisition (isotope utilisé, taille de la

matrice, nb total d'images dans la série,..Des données particulières ( orientation des coupes,..)

Formats propriétaires Tous les constructeurs ont développé leur propre format d'images. En général

sur le même modèle, mais incompatibles entre eux.Différences au niveau de l'en-tête ou de la taille, ou du codage des informationsProblèmes pour la consultation, le transfert ou la superposition d'images de

constructeurs différents (imagerie multimodalité).

StandardisationRéflexion entre constructeurs et médecins nucléaires

Format INTERFILEFaciliter le transfert de données entre systèmes de MN.

Format DICOM• Développement d'autres techniques d'imagerie (IRM, tomodensitométrie)

Besoins nouveaux de format d'image:• Faciliter la communication de données numériques entre constructeurs• Faciliter l'archivage et la communication avec d'autres systèmes (PACS )• Création de base de données diagnostiques interrogeables à distance.Ce format prend en compte la manière dont s'effectuent les échanges. Il

utilise des normes de réseau standard (TCP/IP)

FORMATS D’IMAGES

FORMATS D’IMAGE STANDARDS

GIF Format très utilisé. Plus petite taille possible, max de 256 couleurs, INTERNET

JPEG Standard de la compression d’images, taille raisonnable, Jusqu’à 16 millions de couleurs, INTERNET

BMP Taille max, standard de Windows, Peu d’intérêt, intermédiaire entre un dessin et une transformation en Gif ou Jpeg.

Codage des couleurs par pixel

1 bit : 2 valeurs (0/1). Valable texte en N/B

8 bits : 28 = 256 couleurs GIF

24 bits: 224 = 16 777 216 couleurs JPEG

FORMATS D’IMAGE STANDARDS

AVANTAGES INCONVÉNIENTS

Formats propriétaires

Uniquement sur la machine dédiée

Non transférables

GIF, JPEG Tout logiciel PC, Internet, compressé

Logiciels spécifiques

INTERFILE Tous constructeurs, faciles à mettre en, œuvre

Uniquement médecine

nucléaire.

DICOM Toutes modalités. Transferts, PACS

Licence chère, lourd à mettre en œuvre, indispensable

400 kOc

40 kOc

COMPRESSION D’IMAGES

Différents algorithmes de compression sans pertes

STOCKAGE D’IMAGES

Législation : n’existe que pour les dossiers papier (30 ans).

Problème : Comment garder a long terme des documents informatiques, sachant que la durée de vie des supports (disques optiques, bandes magnétiques, CD, DVD,..) est très aléatoire !

PACS : Stockage et diffusion d’images dans l’hôpital