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Article

1 - CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES

  • 1.1 - Tomographie
  • 1.2 - Représentation des coupes : voxels
  • 1.3 - Nombres de Hounsfield (CT values)
  • 1.4 - Projections, rétroprojections (backprojections) et pondération
  • 1.5 - Faisceau parallèle et faisceau en éventail

2 - RECONSTRUCTIONS ANALYTIQUES : FILTERED BACKPROJECTION (FBP)

  • 2.1 - Projection ou transformée de Radon
  • 2.2 - Filtered backprojection
  • 2.3 - Échantillonnage
  • 2.4 - MTF du processus de reconstruction analytique
  • 2.5 - Prise en compte du bruit et filtre d'apodisation
  • 2.6 - Artefacts de reconstruction en FBP
  • 2.7 - Reconstruction multi-slice CT (MSCT) et CBCT en FBP

3 - RECONSTRUCTIONS ALGÉBRIQUES

  • 3.1 - Principe mathématique des reconstructions algébriques
  • 3.2 - Algorithmes itératifs et fonction « objectif »
  • 3.3 - Méthodes projectives
  • 3.4 - Traitement du bruit : méthodes statistiques (ou bayésiennes)
  • 3.5 - Prise en compte de la compressibilité de l'image : compressed sensing

4 - PROBLÈME DE LA DOSE EN TOMOGRAPHIE

5 - CT-SCANNERS

6 - CBCT (CONE BEAM CT) À BASE DE DÉTECTEURS PLATS (FPD)

7 - TOMOSYNTHÈSE

8 - CONCLUSION

9 - GLOSSAIRE – DÉFINITIONS

Article de référence | Réf : MED204 v1

Conclusion
Imagerie médicale par rayons X - Traitements d'image 3D

Auteur(s) : Thierry LEMOINE

Date de publication : 10 juin 2015

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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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ABSTRACT

X-ray medical imaging. 3D image processing

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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KEYWORDS

tomography   |   X-ray image processing

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-med204


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8. Conclusion

L'imagerie par rayons X étant par nature une imagerie volumique (chaque élément de volume traversé par les rayons laisse une trace dans l'image proportionnelle à son coefficient d'absorption), elle est intrinsèquement 3D mais il a fallu l'apport des techniques numériques pour tirer profit de cette caractéristique. Cette étape est définitivement franchie depuis la mise sur le marché vers 2000 de détecteurs numériques plats (FPD). Ainsi les techniques 3D, jadis réservées aux seuls CT-scanners, essaiment-elles sur de nombreux équipements de radiologie traditionnelle (tomosynthèse, notamment en mammographie, CBCT en chirurgie dentaire) et interventionnelle (C-arms, équipements de radiothérapie de type IGRT). De plus en plus souvent, les praticiens réclament l'accès à des images 3D, car elles permettent de s'affranchir des effets d'empilages de tissus qui nuisent à la lisibilité d'une image 2D, par exemple en radiographie pulmonaire ou en mammographie.

Outre qu'elles requièrent des équipements plus sophistiqués et plus onéreux, le principal inconvénient des techniques 3D est d'augmenter la dose efficace pour le patient par rapport à une simple radiographie. Pour cette raison, de nombreux travaux de recherche visent à réduire la dose (de même que pour les CT-scanners) soit en reconstituant l'image avec des projections plus bruitées (moins de dose par projection), soit en reconstituant l'image avec moins de projections, et dans tous les cas en réduisant la quantité d'informations mesurées en vue d'une reconstruction tomographique. Ce déficit d'information doit être compensé par l'introduction d'informations introduites a priori ou a posteriori, et c'est ce que permettent les techniques de reconstruction algébriques. Encore au stade de la recherche, les méthodes de compressed sensing font un pas supplémentaire dans cette direction, rendu prometteur par l'accessibilité à des coûts relativement faibles de processeurs de calcul de plus en plus puissants, notamment les GPU mis au point pour l'industrie des jeux vidéo.

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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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