Traitement d'image par rayons X

Traitement des images radiographiques : comment les rayons X sont-ils produits ?

Les rayons X sont produits à l'aide d'un tube à rayons X, que tu peux voir sur l'image ci-dessous. Il s'agit d'un tube à vide qui peut convertir une entrée électrique en rayons X. Sa chambre à vide contient une cathode ou un filament, qui est une électrode chargée négativement, et une anode rotative, qui est une électrode chargée positivement.

Voici une explication simplifiée du processus de production des rayons X :

1. Les électrons sont déchargés d'un filament chaud au niveau de la cathode ou de la borne négative. Ce phénomène est également connu sous le nom d' émission thermionique . L'émission thermionique se produit lorsque de grandes quantités d'énergie thermique sont transférées aux électrons dans les métaux, et que les électrons sont déchargés du métal.
2. Le faisceau d'électrons est dirigé vers l'anode chargée positivement.
3. Une tension d'environ 200 kiloélectronvolts (keV) se produit entre les deux électrodes.
4. Lorsque les électrons arrivent à grande vitesse sur l'anode, ils perdent environ 1 % de leur énergie cinétique lors de l'impact, qui est émise sous forme de photons de rayons X. L'énergie est libérée par les électrons de l'enveloppe externe, qui se déplacent vers des niveaux d'énergie inférieurs.
5. L' énergie restante est convertie en chaleur. L'anode en tungstène tourne à 3000 tours par minute pour être refroidieet minimiser la surchauffe.

Calculer l'énergie d'un rayon X

Lorsqu'un électron accélère, il gagne une énergie égale à un électronvolt (eV). Nous pouvons calculer l'énergie maximale gagnée à l'aide de l'équation ci-dessous. Note que e est la charge d'un électron mesurée en coulombs (1,6 ⋅ ^10-9C), V est la tension aux bornes de l'anode en volts, h est la constante de Plank en joules par seconde (6,63 ⋅ ^10-34J-s), _fmax est la fréquence maximale en Hertz (Hz), et c est la vitesse de la lumière en mètres par seconde (3 ⋅^108m/s).

\[E_{max} = eV = h \cdot f_{max} = \frac{hc}{\lambda_{min}}\]

Nous pouvons trouver la fréquence maximale et la longueur d'onde minimale d'un rayon X en réarrangeant les équations ci-dessus :

\[f_{max} = \frac{eV}{h} \lambda_{min} = \frac{hc}{eV}\]

Qu'est-ce que le traitement numérique des images radiologiques ?

Letraitement numérique des images est le processus qui, dans les images radiographiques numériques, permet d'améliorer ou de supprimer des parties spécifiques d'une image afin de fournir un diagnostic clair.

Comment les images radiographiques sont-elles formées ?

Comme nous l'avons mentionné plus haut, les rayons X se forment lorsque des électrons très énergétiques subissent l'impact d'une anode et libèrent de l'énergie sous forme de photons. Ces photons sont partiellement absorbés lorsqu'ils traversent des matériaux. La quantité d'absorption dépend du type de matériau ou de substance.

Une cassette, qui contient un film résistant à la lumière et un écran fluorescent intensifiant, est placée derrière la zone d'intérêt.

• Lorsque les rayons X pénètrent dans le corps au niveau des tissus mous, comme les organes et les muscles, ces tissus ne peuvent pas absorber les radiations, de sorte que les rayons X traversent le corps en laissant la cassette derrière eux. Le patient est exposé à de grandes quantités de radiations, et le film apparaît donc noir à ces endroits.
• Lorsque les rayons X pénètrent dans le corps par les tissus durs, comme les os, ces tissus absorbent de grandes quantités de radiations, ce qui laisse le film exposé à beaucoup moins de radiations. Par conséquent, le film apparaît blanc ou gris.
• L'écran renforçateur est fluorescent et émet une lumière qui crée l'image sur le film radiographique.

De nos jours, la cassette est remplacée par un ordinateur. La radiographie numérique (DR ) est une approche moderne qui produit instantanément une image radiographique numérique sur un ordinateur en utilisant des plaques sensibles aux rayons X pour obtenir des données pendant l'examen. Les données recueillies sont instantanément transférées sur un ordinateur sans utiliser de cassette. La DR permet d'augmenter la qualité de l'image et de gagner du temps.

L'importance de l'atténuation des rayons X

On parle d'atténuation des rayons X lorsque le nombre net de photons pénétrant dans la matière est réduit par absorption et diffusion.

Voicil'équation qui permet de calculer l'intensité des rayons X transmis à travers une substance par rapport à l'intensité du faisceau initial:

\[I = I_0 \cdot e^{-\mu X}\]

L'intensité du faisceau réfléchi I et du faisceau incident _I0 est mesurée en W/m2⁽ watt par mètre carré), le coefficient d'absorption μ est mesuré en ^m-1, et la distance parcourue à travers une substance x est mesurée en m. L'intensité diminue avec la distance d'absorption. C'est un problème car la qualité de l'image repose sur les rayons X réfléchis.

Facteurs de qualité des images radiographiques

Le traitement numérique des images radiographiques est un processus qui permet d'obtenir des images radiographiques numériques de haute qualité en termes de maximisation des détails importants ou de suppression des détails indésirables dans l'image, selon les exigences requises pour un diagnostic correct. La partie la plus critique du traitement de l'image est réalisée lors de la fabrication d'un appareil de radiographie, mais d'autres traitements sont nécessaires. Certains de ces facteurs de traitement des images numériques sont énumérés ci-dessous.

• Lecontraste est la différence de degré d'obscurité entre lesstructures. Un contraste plus important signifie que l'image sera plus claire en ce qui concerne les différences entre les tissus. On augmente le contraste en utilisant un niveau efficace de dureté des rayons X, généralement des rayons X durs pour les os et des rayons X mous pour les tissus. Parfois, le patient reçoit également un agent de contraste, c'est-à-dire une substance qui modifie temporairement l'interaction du corps du patient avec les rayons X.
• Lanetteté mesure la clarté des bords de la structure d'une image radiographique. Une plus grande netteté signifie que les bords de chaque structure peuvent être vus avec plus de clarté. La netteté est améliorée en utilisant un faisceau de rayons X étroit, en diminuant la taille des pixels ou en réduisant la diffusion des rayons X à l'aide d'une grille en plomb. Modifier l'énergie des rayons X en kV en fonction du contraste est également nécessaire pour imager une partie spécifique du corps. Chaque partie du corps a des capacités de contraste différentes en raison de sa composition. Par exemple, les poumons ont un contraste physique élevé en raison de l'air.
• L'amélioration spatiale est une technique de traitement numérique qui consiste à utiliser des filtres spatiaux pour mettre en évidence ou minimiser des caractéristiques spécifiques d'une image en fonction de sa fréquence spatiale. La fréquence spatiale mesure la fréquence des différents tons qui apparaissent dans une image. Les zones texturées d'une image (où les tons n'apparaissent pas lisses sur de petites surfaces) ont des fréquences spatiales élevées, et les zones aux tons lisses et aux variations tonales relativement légères sur de petites surfaces ont des fréquences spatiales faibles.
• Réduction du son. Une partie des rayons X est interceptée par l'appareil à rayons X lui-même ou par des objets situés à proximité. C'est ce que l'on appelle la diffusion et les bruits extérieurs ont un impact sur l'image radiographique. Le bruit doit être réduit pour que l'image radiographique soit claire et ne contienne pas d'informations non pertinentes.

Algorithmes de traitement des images radiographiques

Différents algorithmes sont utilisés pour appliquer les techniques de traitement d'image mentionnées ci-dessus. Il s'agit d'une procédure automatique utilisée pour améliorer la qualité de l'image radiographique. Certains algorithmes utilisés pour appliquer les techniques de traitement des images numériques sont énumérés ci-dessous.

• Lesfiltres passe-bas sont utilisés pour l'amélioration spatiale, qui met l'accent sur les zones à basses fréquences spatiales. Pour ce faire, on laisse passer les basses fréquences spatiales tout en bloquant les hautes fréquences spatiales. Les filtres passe-bas sont utilisés pour lisser l'apparence d' une image.
• Lesfiltres passe-haut sont utilisés pour l'amélioration spatiale et fonctionnent en mettant l'accent sur les zones à hautes fréquences spatiales. Pour ce faire, ils laissent passer les hautes fréquences spatiales tout en bloquant les basses fréquences spatiales. Les filtres passe-haut sont utilisés pour accentuer les détails fins d'une image.
• Lesfiltres directionnels ou de détection des contours améliorent les caractéristiques linéaires ou les caractéristiques orientées dans des directions spécifiques. Ces filtres sont utilisés en géologie pour la détection des structures géologiques linéaires.
• L'étirement du contraste linéaire est un filtre qui évalue la luminosité maximale et minimale d'une image et étend ce rapport à une plus grande surface. Il y a donc beaucoup de zones de luminosité maximale et minimale. Cela met en évidence le contraste de l'image en ayant des ombres sombres et claires plus claires.