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DTS ÉLECTRORADIOLOGIE MÉDICALE Traitement du signal Imagerie Numérique J. Benoliel MCU - PH Biophysique et Médecine Nucléaire.

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1 DTS ÉLECTRORADIOLOGIE MÉDICALE Traitement du signal Imagerie Numérique J. Benoliel MCU - PH Biophysique et Médecine Nucléaire

2 IMAGERIE MÉDICALE TRAITEMENT DE LIMAGE Du signal analogique au signal numérique Image numérique en Médecine Traitements dimages Formats dimages. PACS

3 SIGNAUX ANALOGIQUES & DIGITAUX Interface Analogique/Digital Échantillonnage + Quantification = Numérisation ou Digitalisation Signaux Analogiques continus Signaux Digitaux discrets

4 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 quune description statistique. Quelle est lorigine des signaux aléatoires ? Interne organe traitement Externe organe traitement Vibrations circuitsParasites radioélectriques dorigine humaine Bruit thermiqueParasites radioélectriques dorigine naturelle (orages,..) Rapport Signal / Bruit Rapport de la puissance du signal utile à la puissance du bruit qui pollue ce signal S/B = V S / V B

5 EXEMPLES Médecine Nucléaire : –Signal fc du nombre de désintégrations/sec. Comptage aléatoire, lié au phénomène radioactif. IRM : –Signal fc dun signal électrique. Une grande partie provient de mouvements électroniques parasites des circuits de détection. Radiologie : –Signal fc dun 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

6 NUMÉRISATION (1) Etape 1 :Echantillonnage ou Discrétisation Transforme tout signal continu en une suite discrète de valeurs instantanées prises à des instants périodiques t+kT e f(t)S(t k ), avec t k = t+ kT e, T e = période déchantillonnage, Fe = 1/ T e fréquence déchantillonnage Etape 2 :Numérisation ou Digitalisation Transforme la suite S(t k ) en une suite de nombres représentant les différents niveaux du signal. Convertisseurs Analogiques / Digitaux = circuit unique pour ces 2 opérations.

7 NUMÉRISATION (2) Signal Analogique Signal Numérique Signal Echantillonné Système Analogique Système Numérique C.A.D. EchantillonnageQuantification 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 léchantillonnage afin de perdre le minimum dinformations et obligation de restituer le signal de départ.

8 NUMÉRISATION (3) Théorème de Shannon Fc « Peigne » de DIRAC (t- nt) = 1 si t = t 0 - nT (t- nt) = 0 si t t 0 - nT 0T2T3T4T-T-2T -3T -4T 1 f(x) 0T2T3T4T-T-2T -3T -4T F(x) = f(x). (t) Shannon : Retrouver le signal de départ ssi la fréquence déchantillonnage >= 2 fois la fréquence max du signal de départ. Nb de dents du « peigne » = nb de signaux différents échantillonnés

9 NUMÉRISATION (4) Exemple 5T4T3T2TT 5T4T3T2TT 5T4T3T2TT Signal analogique périodique : T = fréquence déchantillonnage Trop faible : une partie du signal est numérisée Correcte : le signal est bien numérisé

10 EXEMPLE DE NUMÉRISATION

11 IMAGERIE MÉDICALE TRAITEMENT DE LIMAGE Du signal analogique au signal numérique Image numérique en Médecine Traitements dimages Formats dimages. PACS

12 IMAGE NUMÉRIQUE EN MÉDECINE Visualisation dun paramètre (signal) quantifié Important de connaitre le paramètre pour une interprétation correcte de limage. Médecine Nucléaire Répartition dune fonction biologique IRM Différence de temps de relaxation TDM Atténuation des rayons X par les tissus

13 QUANTIFICATION DU SIGNAL Médecine Nucléaire (X,Y) X Y Emission photons

14 IMAGE NUMÉRIQUE Quantification : Chaque pixel représente une valeur numérique moyenne de lintensité du signal détecté par la machine Médecine Nucléaire : Nb dimpacts de photons repérés par les PM Echantillonnage : Décomposition de limage en « pixels » (picture element) Matrice 4 x 5

15 IMAGES NUMÉRIQUES Echelles de couleurs Image numérique Echelle de couleurs Image en « fausses couleurs »

16 FORMATS DIMAGE Format 256 x 256 = pixels Format 64 x 64 = 4096 pixels

17 Exemple Echelle Couleur « Rainbow »

18 Exemple Echelle Couleur «Gray »

19 Exemple Echelle Couleur «Hot »

20 IMAGERIE MÉDICALE TRAITEMENT DE LIMAGE Du signal analogique au signal numérique Image numérique en Médecine Traitements dimages Formats dimages. PACS

21 BUT DU TRAITEMENT DIMAGE Modifier des caractéristiques de limage 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 limage –Quantification dun paramètre au sein de limage

22 EXEMPLES TRAITEMENT DIMAGE

23 TRAITEMENT DIMAGE (1) Image numérique zoomée

24 TRAITEMENT DIMAGE (2) Scintigraphie Rénale

25 TRAITEMENT DIMAGE (3) Ventriculographie

26 IMAGERIE MÉDICALE TRAITEMENT DE LIMAGE Du signal analogique au signal numérique Image numérique en Médecine Traitements dimages Formats dimages. PACS

27 P.A.C.S Picture Archiving and Communication Systems Intérêts :* Sauvegarde automatique des images de toutes les unités dimagerie * Diffusion vers les unités cliniques * Partie intégrante du dossier patient Dossier médical informatisé

28 FORMATS DIMAGES Médecine Nucléaire IRM TDM Taille matrice acquisition Nb pixels 256 x x x

29 FORMATS DIMAGES 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'examen Identification 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,..)

30 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 informations Problèmes pour la consultation, le transfert ou la superposition d'images de constructeurs différents (imagerie multimodalité). Standardisation Réflexion entre constructeurs et médecins nucléaires Format INTERFILE Faciliter 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 DIMAGES

31 FORMATS DIMAGE STANDARDS GIFFormat très utilisé. Plus petite taille possible, max de 256 couleurs, INTERNET JPEG Standard de la compression dimages, taille raisonnable, Jusquà 16 millions de couleurs, INTERNET BMP Taille max, standard de Windows, Peu dintérêt, 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 : 2 8 = 256 couleurs GIF 24 bits: 2 24 = couleurs JPEG

32 FORMATS DIMAGE 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

33 400 kOc 40 kOc COMPRESSION DIMAGES Différents algorithmes de compression sans pertes

34 STOCKAGE DIMAGES Législation : nexiste 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 dimages dans lhôpital


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