Traitement de signal, matériel et logiciel, pour nouveaux détecteurs de radiologie médicale numérisée

= Signal processing, hardware and software, for new scanned medical X-ray detectors

• Auteur / Autrice : Sébastien Christopher Coello
• Direction : Christophe Odet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation, Systèmes, Signal et Images
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service d'électronique des détecteurs et d'informatique (Saclay)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : TRIXELL (Moirans, Isère)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs

Commutation (électricité)

Photons

Imagerie médicale -- Appareils et matériel

Résumé

L'imagerie bi-énergie permet la séparation des tissus mous et des os à partir de deux acquisitions en projection. Ces deux acquisitions sont différenciées par l'énergie moyenne des photons incidents pour chacune des images. Pour obtenir ces deux images, deux systèmes d'acquisition ont été considérés dans cette thèse. L'objectif est, pour chacun de ces systèmes, d'étudier les performances (biais, bruit) des images bi-énergies obtenues avec ces systèmes. Dans un premier temps, un système d'acquisition à tension fixe a été étudié. La différenciation énergétique est réalisée par commutation d'une épaisseur de cuivre en sortie du tube. Ainsi, le temps entre deux acquisitions n'est plus limité par la commutation de la tension mais par le temps de lecture du détecteur. De plus, un algorithme de réduction du bruit basé sur l'équation de diffusion a été implémenté pour compenser la faible séparation spectrale induite par le système d'acquisition. Le système proposé, associé avec l'algorithme proposé, a permis d'obtenir des images bi-énergie avec un niveau de bruit comparable à celui obtenu avec un système d'acquisition référence extrait de l'état de l'art. Dans un deuxième temps, l'utilisation d'un capteur à base de semi-conducteur a été étudiée pour l'acquisition simultanée des images en projection. Une modélisation des phénomènes physiques ayant lieu lors du dépôt de charges et de leurs transports a été utilisée pour estimer le phénomène de mélange entre canaux d'énergie. L'objectif a été de caractériser ce mélange entre canaux et d'étudier son évolution en fonction des caractéristiques physiques et de la géométrie du capteur ainsi que de la source. Finalement, une comparaison des performances des images bi-énergie a été faite entre les types de système d'acquisition pour l'imagerie bi-énergie, permettant de positionner le capteur à base de semi-conducteur par rapport à l'existant.

Dual-energy imaging generates images of bones and soft-tissues from two projection images. Acquired images are differenciated by the mean energy of incident photons considered for each image. To obtain both images, two acquisition systems have been considered for this thesis work. For each system, the objective has been to study performance (bias and noise) of dual-energy images and to compare with state-of-the-art image performances. In a first part, an acquisition system with fixed voltage has been studied. Energy differentiation is realised by switching a copper filter in front of the x-ray tube. By doing this, the inter-exposure time is reduced to the panel readout time, leading to possible real time dual-energy imaging. Moreover, a noise reduction algorithm based on heat diffusion equation has been used to reduce noise in acquired images. Finally, the combination of proposed acquisition system and noise reduction algorithm gives rise to images with the same noise level as the one obtained with state-of-the-art dual-kVp acquisition technique. In a second part the study focused on the use of semiconductor detector to instantaneously acquire both images. A model for the physical phenomena occurring during charge deposit and transport has been developed to study the crossover between energy channels. The objective has been to characterize the crossover and to study its evolution with the physical and geometrical properties of the detector and the source. Finally, dual-energy image noise has been calculated for one shot technique with semi-conductor detectors and dual-kVp acquisition system, leading to a comparison of image quality achievable with both systems