Analyse multiparamétrique de l'imagerie de transmission de rayons X : application a un tomographe medical bi ou triphotonique

= Multi parameter analysis of X-rays transmission imaging : application to a medical triple or dual photon energy tomodensimeter

• Auteur / Autrice : Pierre-Olivier Kotzki
• Direction : Robert Goutte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie biologique et médical.Composants, signaux et systèmes
• Date : Soutenance en 1991
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LTSU - Traitement de Signal et Ultrason (Lyon, INSA1982-1995)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tomodensitométrie

Densitométrie osseuse

Absorptiométrie photonique

Résumé

Après avoir rappelé les bases physiques du phénomène d'atténuation des rayons X par la matière, les possibilités de décomposition des coefficients d'atténuation en fonction du mode d'interaction sont mises en évidence. Il est montré qu'il n'existe pas de formule univoque de décomposition en fonction des effets Compton et photoélectrique. En revanche, la décomposition des coefficients en fonction de deux milieux de référence (les tissus mous et l'os pour le domaine bio-médical) est beaucoup plus stable. Les applications potentielles et ses deux modes de décomposition biphotonique sont mises en évidence, en particulier dans les domaines de la caractérisation tissulaire, de la recomposition spectrale et de l'absorptiométrie biphotonique. Dans ce cadre, un prototype expérimental de tomodensimètre biphotonique, dédié à la mesure de la masse osseuse en g/cm3, a été mis au point. Le choix de l'algorithme de reconstruction tomographique est discuté. Les meilleurs résultats sont obtenus avec une méthode itérative du type gradient conjugué, notamment en l'absence d'étalonnage interne et en présence de structures parasites en dehors du cercle de reconstruction. Enfin, le problème de l'intérêt d'une décomposition triphotonique est abordé car les tissus humains présentent une troisième phase : la graisse. Il est démontré que ce type de décomposition est basé sur:•la résolution d'un système de 3 équations à 3 inconnues dont le mauvais conditionnement affecte grandement la précision de la méthode.

The author is reminding us of the physical principles of X-rays attenuation and ability to express the mass attenuation coefficients as a sum of terms characterizing the attenuation mode. It is shown that there is no single decomposition which takes into account the Compton and photoelectric effects. On the other hand, the expression of the mass attenuation coefficients as a sum of terms depending on two reference tissues is much more stable. The possible applications and the two ways of dual photon energy decomposition are described, especially in the field of tissue characterization, spectral recomposition and dual photon energy absorptiometry. With respect to this application, an experimental dual photon energy tomodensimeter dedicated to the measurement of the bane mineral content (in g/cm3) has been perfected. The choice of the tomographic reconstruction algorithm is discussed. The best results have been achieved using an iterative method such as conjugated gradient, especially with no internal calibration and with bone parasitic structures located out of the reconstruction circle. Finally, the interest of triple photon energy decomposition is questioned because a third phase is existing within human tissues : fat. It is shown that triple photon energy absorptiometry requires the solution of a linear system of equations whose determinant is too near to zero to provide an acceptable precision.