IMAGE NUMERISEE -INTRODUCTION IMAGE ANALOGIQUE IMAGE NUMERIQUE NUMERISATION DE L’IMAGE DIFFERENTS TRAITEMENTS INTERRETS Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Déf.: représentation d’un objet, d’un être, d’un paysage.. IMAGE Déf.:  représentation d’un objet, d’un être, d’un paysage.. Elle se présente comme une distribution bidimensionnelle d’intensité lumineuse. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

En médecine l’objet = patient IMAGE MEDICALE En médecine l’objet = patient L’image médicale se présente comme une distribution spatiale d’intensité de gris. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Variation d’une grandeur physique qui peut être enregistrée SIGNAL Variation d’une grandeur physique qui peut être enregistrée Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE RADIANTE: Modulation du rayonnement par le milieu traversé Du SIGNAL à l’IMAGE IMAGE RADIANTE: Modulation du rayonnement par le milieu traversé Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Du SIGNAL à l’IMAGE Types de détecteurs: Film Radiographique Amplificateur de de luminance ERLM Détecteurs Plans Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

FORMATION de l’IMAGE ÉMETTEUR OBJET signal modulé CAPTEUR AFFICHAGE Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGERIE MEDICALE: très grande diversité Plusieurs méthodes d’imagerie médicale : - Radiologie Échographie Tomodensitométrie IRM Médecine Nucléaire Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGERIE MEDICALE: très grande diversité modes d’Acquisitions : Projections Coupes volume 2D, 3D, séquences temporelle Statique ou Dynamique Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGERIE MEDICALE: très grande diversité Procèdes Physiques: RX Ultrasons Les rayons gamma Le Magnétisme du noyau des atomes ….. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE IMAGE ANALOGIQUE: L’image sur film ou sur écran de télévision est dite analogique, de même que toute image photographique, est analogue à l’objet qui l’a formée. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE L’image devenant numérique se prête aisément aux traitements, au transfert et à l’archivage. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE IMAGE NUMERIQUE Toute image est susceptible d’être numérisée. L’ensemble des mesures faites en tout les points de l’image constitue une image numérisée. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

NUMERISATION : trois phases IMAGE NUMERISEE NUMERISATION : trois phases (La transformation d'un signal analogique en signal numérique est appelée numérisation) Échantillonnage: consiste à passer d'un signal continu ,en une suite discrète de valeurs (valeurs mesurées à intervalles réguliers). Quantification: faire correspondre une valeur discrète à la valeur mesuré de l’échantillon par rapport aux niveaux de quantification (niveaux de gris ou couleur). Codage binaire: 1 / 0 , vrai / faux, présent / absent…. pour coder et stocker dans la mémoire de l’ordinateur la valeur et les coordonnées de chaque point Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE ECHANTILLONNAGE Découpage de l’image en pixels : le choix optimal de pas Dx et Dy (pas d’échantillonnage) est conditionné par le théorème de SHANON, ce choix est optimal si aucune informations n’est perdue: la fréquence d'échantillonnage (s-1) ou (cm-1) doit être au moins deux fois plus grande que la plus grande fréquence contenue dans le signal. Plus la fréquence d’échantillonnage est élevée plus l’image obtenue est fidèle à l’original.(densité de points mesurés) (la fréquence d'échantillonnage, c'est à dire le nombre de pixels par unité de surface doit être suffisante pour préserver l'information utile.) une image analogique avec 0.2mm de résolution (distance minimale devant séparer deux points de l’image analogique pour être visibles séparément sur l’image numérisée) il faut échantillonner 2 fois pour 0.2 mm 10 pixels au mm Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE QUANTIFICATION Soit une image représentée par un tableau de NxN, est codé sur R niveaux de gris, 64, 256 ou pour des nécessités de calcul sur 24 bits, généralement R et N sont de puissance de de 2. R = 2r b = N x N.r le nombre de bits nécessaire à son stockage. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE CODAGE BINAIRE Les nombres fournis par la quantification sont transformés en nombres binaires, bits et octets, ces nombres sont facilement stockés ou transmis ou traités. Cette phase de la numérisation est réalisée par un CAN: convertisseur Analogique Numérique. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE Matrice: tableau formé par la disposition en rangées et colonnes des éléments numérisés, chaque élément de cette matrice est appelé pixel abréviation pour « picture element » La profondeur de la matrice, c’est le nombre de valeurs par adresse pour représenter une mesure. . La numérisation binaire (1,0) chaque puissance de 2 s’appelle un « bit »(abréviation de l’anglais binary digit = nombre binaire ). 21= 10 ; 22 = 4 = 100 ;..... ......................... 2 8 = 256 = 1 suivi de 8 zéros 8 bits = 1 octet = 256 niveaux de gris inutile de dépasser pour une image qui doit être examinée par l’œil (ou par couleur RVB) Une matrice 256 x 256 = 65536 pixels de chacun 8 bits = 1 octet, peut être stockée dans une mémoire ayant une capacité de 256 x 256 x 8 = 524288 bits soit 512 kbits (1 kbits =1024 bits ) Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE Matrice R = 24 4bits Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH 8 x 8 = 64 R = 24 4bits Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE R = 24 4 bits Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH b = N x N.r b = 8x8x4 b = 256 bits Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE NUMERISATION  Découpage de l’image en petits éléments (Pixel) Mesures de ces éléments et Affectation des valeurs discrètes en fonctions des niveaux de quantification choisis Codage et stockage de ces valeurs dans la mémoire de l’ordinateur Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

ORIGINE DES IMAGES NUMERISEES Numérisation de documents analogiques déjà utilisés Numérisation immédiatement après l'acquisition : caméra à la sortie de L’A L (amplificateur de luminance), c’est la technique de FLUOROGRAPHIE Utilisation des écrans à mémoires photostimulables ERLM formats: 512, 1024, 1700, 2000 Reconstruction d'images calculées en scanographie, IRM en format 256, 512 ou échographie de format plus réduit 128, 256. L’IRM, la, TDM ou Les gamma-caméras produisent toujours des images numérisées en format 256 ou 512 Utilisation des CAPTEURS PLANS : nouvelle technologie Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe de la FLUOGRAPHIE LA FLUOROGRAPHIE associe à un ampli de luminance une caméra de télévision et un convertisseur analogique/numérique(CAN). Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe de la FLUOGRAPHIE L’AMPLIFICATEUR DE LUMINANCE C’est un tube à vide comportant deux groupes d’écrans et des électrodes d'accélération et focalisation : l’écran primaire , composée de deux parties accolées: une couche sensible aux RX convertissant ces photons X en photons lumineux et une photocathode qui libère des électrons par effet photoélectrique sous l’effet de la lumière - l’écran secondaire, ou l’anode convertit l’image électronique en image lumineuse. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe de la FLUOGRAPHIE Le tube analyseur est constitué d’une photocathode dont la résistance en chaque point est modifiée par l’éclairement de l’écran secondaire de l’AL. Un faisceau d’électrons, en parcourant la photocathode ligne par ligne, lit l’image de l’écran secondaire de l’AL en donnant à la sortie du tube analyseur une variation continue de tension électrique ligne par ligne proportionnellement à l’éclairement de chaque point de l’écran secondaire. C’est le signal vidéo visualisable sur l’écran. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe de la FLUOGRAPHIE la numérisation du signal vidéo consiste à prélève sur chaque ligne 1024 valeurs de tensions régulièrement réparties ( échantillonnage). 1024 pointligne sur 1024 lignes  matrice 10242 Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe de la FLUOGRAPHIE Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe de la FLUOGRAPHIE Chaque valeurs de tension prélevée est transformée en nombre par le CAN (convertisseur Analogique Numérique) et codée en général sur 10 bits, 210=1024 niveaux possible. Pour chaque pixel il sera codé la valeur et les coordonnées x,y. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe de la FLUOGRAPHIE Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe de la FLUOGRAPHIE Une caméra CCD peut remplacer le tube analyseur. C’est une caméra utilisant un capteur CCD (Charge Coupled Device) ou (Dispositif de Transfert de Charges). Qui est un circuit intégré convertissant directement une image optique en un signal électronique. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe de la FLUOGRAPHIE La surface de la caméra CCD est constituée d’un réseau de pixels. Chaque pixel produit des électrons (charge) quand il reçoit des photons. le nombre d'électrons produits par un pixel est proportionnel au nombre de photons reçus. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe de la FLUOGRAPHIE La matrice est lue pixel par pixel ligne par ligne à travers une ligne de transfert. La charge de chaque pixel est d’abord amplifié puis codée sur 8,12,14 ou 16 ..bits par un CAN. le signal est ensuite envoyé à l’ordinateur sous forme d’un fichier contenant l’intensité de chaque pixel à afficher à l’écran. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe des ERLM Écrans RadioLuminescents à Mémoire Appelés aussi: Plaques Phosphores Plaques Photostimulables à mémoires PPM Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe des ERLM La cassette est munie d’un écran radio-luminescent ayant la capacité de conserver en mémoire l’énergie absorbée suite à une irradiation. Cette énergie accumulée constitue l’image latente. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe des ERLM Après un balayage par faisceau laser de la cassette, l’énergie retenue est restituée sous forme de lumière. La quantité de lumière restituée point par point est proportionnelle à l’énergie des rayons X absorbée par chaque point. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe des ERLM La lumière libérée lors de la lecture par le faisceau laser est transformée par un Photomultiplicateur en tension électrique proportionnelle à l’énergie absorbée. Ce signal électrique va être numérisé pour servir à la construction de l’image. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe des ERLM Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe des ERLM Le retour à l’état initial de la plaque s’effectue par l’exposition de quelques secondes sous une lumière visible, permettant ainsi sa réutilisation. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

ou aussi détecteurs matriciels CAPTEURS PLANS OU DETECTEUR PLANS ou aussi détecteurs matriciels Ils représentent la plus récente évolution. Ce sont de capteurs de grande surface qui sont installés sur les tables de radiologie standard. L’image radiologique est immédiatement numérisée et transmise à la console de travail pour traitement avant impression.. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

CAPTEURS PLANS Ces capteurs sont appelés à remplacer, en dynamique, l’ensemble amplificateur de brillance-caméra. Ce qui permet des équipements plus légers et ergonomiques et polyvalents (statique et dynamique) Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

CAPTEURS PLANS Constitués d’une matrice électronique qui transforme l’énergie des rayons X en un signal électrique point par point. Les capteurs plans utilisent des techniques différentes pour la conversion des rayons X en charges électrique. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

CAPTEURS PLANS Modes de conversion -les capteurs directs (sélénium) où les photons sont transformés en énergie électrique qui est ensuite mesurée. - capteurs indirects (scintillateurs) ou les photons X sont d’abord transformés en énergie lumineuse qui est ensuite transformée en énergie électrique, laquelle est finalement mesurée et numérisée. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe des CAPTEURS PLANS Méthode indirects Un écran scintillateur convertit les rayons X en lumière visible. Cette lumière active une matrice de photodiodes en silicium amorphe en produisant un courant électrique. Le signal électrique est ensuite numérisé. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe des CAPTEURS PLANS Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe des CAPTEURS PLANS Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe des CAPTEURS PLANS Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe des CAPTEURS PLANS Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Principe des CAPTEURS PLANS Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Les caractéristiques des systèmes de numérisation -La résolution spatiale correspond au plus petit détail perceptible. Elle est déterminée par la taille du pixel qui dépend elle-même de la taille de la matrice d’acquisition et du champ de vue. Elle est estimée à partir de la FTM (Fonction de transfert de modulation ) -A la résolution spatiale correspond également une fréquence spatiale exprimée en nombre de paire de lignes par millimètre (pl/mm). Voir exemple. -Le contraste est défini par la plus petite différence de densité optique perçue entre deux points voisins de l’image. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Fonction De Transfert De Modulation La Fonction de Transfert de Modulation (FTM) est une courbe qui relie la variation de contraste de l’image à la fréquence spatiale de l’objet (définie par un nombre de paires de lignes par millimètres= la résolution linéaire). Elle rend compte des possibilités de visualiser un contraste donné de l’image Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Fonction De Transfert De Modulation Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

Caractéristiques essentielles des systèmes de numérisation l'efficacité quantique de détection L’Efficacité Quantique de Détection (EQD ou DQE) , ce paramètre prend en compte l’absorption du rayonnement X, la sensibilité, le bruit, la résolution. Il est lié au pouvoir d’arrêt du milieu détecteur ainsi qu’au nombre d’événements secondaires créés par photons X absorbés. Il montre l’aptitude d’un système à convertir fidèlement l’image radiante sans la distordre en comparant le rapport signal sur bruit en sortie par rapport à son entrée : EQF = (S/B)sortie / (S/B) entrée -La sensibilité : plus petite variation d'absorption des rayons X que l'on arrive à mesurer. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE TDM En TDM on cherche à reconstituer une coupe du corps humain à partir de projections multiples. On définit une grille (Matrice) qui divise la coupe en petits éléments de volume appelés voxels. On calcule par des méthodes de reconstruction d’images le coefficient d’atténuation de chaque voxel Ces valeurs numériques seront transformés en valeurs analogiques pour la visualisation. (correspondance des coefficients d’atténuations avec des niveaux de gris) Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE La résolution spatiale de l’image dépend du nombre de pixels (La résolution spatiale est définie comme la dimension du plus petit élément qu'il est possible d’observer) Résolution en densité dépend de la profondeur de chaque pixel (nbre de bits utilisés pour le codage 8, 10 ou 12 bits) c’est le relief de l’image ou le contraste. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE TRAITEMENT DES IMAGES NUMERIQUES L’mage numérique est stockée, dans la mémoire de l’ordinateur, sous forme de chiffres, il est alors possible d’effectuer de multiples opérations et manipulations. Ces traitements vont permettre d’améliorer la qualité d’affichage et d’extraire le maximum d’informations contenues dans l’image numérique et qui sont utiles au diagnostic. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

MANIPULATION DES HISTOGRAMMES IMAGE NUMERISEE MANIPULATION DES HISTOGRAMMES L’Histogramme d’une image numérisée est la représentation de la répartition du nombre de pixels en fonction de leur niveau d’intensité.  la dynamique d’une image c’est l’ensemble de valeurs que peuvent prendre les pixels. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE Image trop Sombre Image trop claire Image manque de contraste Manque de nuances intermédiaires Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE Étalement d’histogramme Novembre 2005 DYNAMIQUE DISPONIBLE UTILISEE Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE Étalement d’histogramme Novembre 2005 DYNAMIQUE DISPONIBLE UTILISEE Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE AGGRANDISSEMENT par démultiplication des pixels par interpolation : en calculant la moyenne des pixels voisins Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE DEMULTIPLICATION DES PIXELS 14 12 11 13 10 9 8 6 5 14 Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE INTERPOLATION : moyenne des pixels voisins 14 12 11 13 10 9 8 6 5 10 9,5 9 9,75 8 8,5 6,5 10,5 Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE OPERATIONS ARITHMETIQUES Soustraction  addition Multiplication et division Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE 14 12 11 13 10 9 8 6 5 +2 addition -2 soustraction 16 14 13 15 12 11 10 8 7 12 10 9 1 8 7 6 4 3 Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH Image plus claire Image plus sombre

SOUSTRACTION Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE 14 12 11 13 10 9 8 6 5 :3 division x3 multiplication 42 36 33 39 30 27 24 18 15 5 4 3 2 Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH Image plus contrastée Image moins contrastée

IMAGE NUMERISEE REGION D’INTERET (ROI) (Region of interest) on trace avec un curseur la limite de la zone à étudier pour faire apparaître les informations Caractéristiques telles que le nombres de pixels la somme de leurs valeurs . Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

REGION D’INTERET (ROI) (Region of interest) Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE MESURE DE DISTANCES ET D’ANGLES: Nous connaissons les dimensions d’un pixel, en fonction de la taille de la matrice et du champs observé, dès lors il est possible de mesurer une distance ou un angle. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE FILTRAGES Filtres passe-bas: réduction de bruit Filtre passe-haut: rehaussement de bord Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE 1 -1 5 1/5 Filtre Passe -Haut Filtre Passe -Bas 1 -1 5 1/5 Filtre Passe -Haut Filtre Passe -Bas Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE EXTRACTION DE DONNÉES à partir d'une série d'images Évolution dans le temps Reconstruction 3D Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

RECONSTRUCTION 3D Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH Scanner: SCOOT BOITE ACQUISITION RECONSTRUCTION DES COUPES  « REFORMAT » VUE 3D : valeur des coefficients d’atténuation par VOXEL par l’ordinateur l'impression de volume est fournie par une rotation de cette image ; Une des modalités de représentation de 3D est :  MIP (Maximum Intensity Projection) : sur une ligne perpendiculaire à l'écran, seules sont présentées les images selon leur densité maximale ; Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE COMPRESSION D’IMAGES NUMÉRISÉES Réduire le volume des données pour réduire: le coût de stockage le temps de transmission En éliminant les informations redondantes ou inutiles… Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE Le numérique permet : Création d’images par reconstruction directe Traitement des images:contraste, mesures… Reproductibilité Archivage d’images et accessibilité Transmission Exploitation des données de masse de manière anonyme. Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH

IMAGE NUMERISEE INTERETS DE LA NUMERISATION Économie des films et de produits chimiques Économie de dose Reproductibilité Traitements des images Réseau : visualisation archivage et transmission Novembre 2005 IFMEM J.KHAIRALLAH