Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article aborde les techniques de reconstruction d'images tomographiques, de plus en plus utilisées sur des équipements de radiologie conventionnelle (le « CBCT » et la tomosynthèse). Cet article s'efforçant de donner un état de l'art des questions traitées, les techniques algébriques y sont décrites au même titre que les techniques analytiques (FBP). On trouve également quelques pages sur les techniques de tomosynthèse.
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This article deals with 3D tomographic reconstruction, a feature more and more often included in new generations of conventional X-ray equipment (“CBCT” and tomosynthesis). The article focuses especially on the state-of-the-art: algebraic techniques are thus described together with conventional analytic ones (FBP). The reader will also find a section on tomosynthesis techniques.
Auteur(s)
-
Thierry LEMOINE : Directeur technique Thales Microwave & Imaging Subsystems, France
INTRODUCTION
La tomographie, ou imagerie 3D, date du début des années 1930, mais elle s'est d'abord peu développée car les techniques analogiques à base de films se prêtaient mal à son implémentation. Les choses ont considérablement changé avec l'apparition des CT-Scanners (Computed Tomography Scanners) dans les années 1970, basés sur l'utilisation de calculateurs. Et trois décennies durant, l'imagerie 3D par rayons X a été le monopole de ce type d'équipements. Dans les années 1990 et suite à l'apparition de détecteurs numériques de radiographie (amplificateurs de brillance couplés à une caméra CCD, puis détecteurs plats), des équipes de recherche ont initié les premiers travaux visant à adapter l'imagerie 3D aux équipements de radiologie traditionnelle, et c'est pourquoi elle est abordée ici. Vu la complexité des techniques de reconstruction tomographique, nous ne ferons que les effleurer, quitte à renvoyer le lecteur intéressé vers une bibliographie fournie mais hélas essentiellement en langue anglaise. Rappelons que par 3D, il faut entendre « imagerie volumique » (dont des coupes (slices) sont présentées sur un écran) et non pas « imagerie stéréoscopique » donnant une impression de relief. L'imagerie 3D permet néanmoins, couplée à des techniques de segmentation, de restituer des vues dans l'espace d'organes particuliers (réseau vasculaire, ossature, etc.). Ce type de traitement d'image haut niveau ne sera pas abordé.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
tomography | X-ray image processing
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Problème de la dose en tomographie3. Reconstructions algébriques
Depuis des années, des efforts importants portent sur la mise au point de techniques de reconstruction algébriques comme alternatives aux techniques analytiques de type FBP, avec comme principal objectif une réduction sensible de la dose pour le patient, au prix de calculs beaucoup plus lourds car ces méthodes sont itératives. Elles peuvent sembler plus intuitives que les méthodes analytiques, mais leur apparente simplicité masque une grande complexité des calculs, un très grand nombre d'approches possibles (indice que l'expérience n'a pas permis d'en effectuer le tri), et bien qu'utilisées depuis des décennies en médecine nucléaire (PET et plus récemment SPECT), elles font toujours l'objet de recherches à la pointe des mathématiques. Outre qu'elles permettent une gestion du bruit plus fine que les méthodes analytiques, elles offrent une meilleure description de l'ensemble « patient – système de radiographie » au travers d'une « matrice de projection » [A]. On peut ainsi espérer mieux compenser des manques d'informations : absence de projections, images tronquées ou artefacts liés à la présence de corps métalliques qui tendent à masquer certaines parties de l'anatomie. Par voie de conséquence, elles sont moins sensibles à un défaut de linéarité du détecteur (16 à 18 bits peuvent suffire au lieu de 18 à 20 bits pour un CT traditionnel) et certains auteurs estiment qu'elles peuvent mieux rendre compte du durcissement du faisceau par les tissus.
Les méthodes algébriques sont utilisées en médecine nucléaire pour cartographier les densités de traceurs radioactifs : un bruit quantique trop élevé est mal géré par les méthodes analytiques et de plus, le nombre de pixels et de projections est faible par rapport au CT-scanner, ce qui allège grandement les calculs. A contrario, la non-disponibilité d'une puissance de calcul suffisante a longtemps limité leur emploi en CT et en CBCT, mais l'évolution des processeurs GPU réduit la pertinence de cet argument.
3.1 Principe mathématique des reconstructions algébriques
À la différence des méthodes analytiques, dans les méthodes algébriques le faisceau de rayons X n'est pas assimilable à une droite mathématique, mais à une nappe pourvue d'une largeur et d'une épaisseur. Autre différence, la décomposition en voxels est effectuée d'entrée de jeu. Nous considérerons...
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Reconstructions algébriques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BUZUG (T.M.) - Computed tomography : from photon statistics to modern cone-beam CT. - Springer (2010).
-
(2) - KALENDAR (W.A.) - Computed tomography : fundamentals, system technology, image quality, applications. - Publicis (2011).
-
(3) - HSIEH (J.) - Computed tomography : principles, design, artifacts, and recent advances. - SPIE Press (2003).
-
(4) - ZENG (Z.L.) - Medical image reconstruction : a conceptual tutorial. - Springer (2010).
-
(5) - FITZPATRICK (J.P.), SONKA (M.) - Handbook of medical imaging. - Medical Image Processing and Analysis. SPIE Press, vol. 2 (2000).
-
(6) - WERNICK (M.N.), AARSVOLD (J.N.) - Emission tomography : the fundamentals of pet and spect. - Elsevier (2004).
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