Brevet FR2788152A1 — publié le 20000707

CONVERSION D'IMAGE NUMERIQUE EN IMAGE RADIOGRAPHIQUE SUR FILM La présente description concerne une invention relative d'une manière générale à l'imagerie radiographique, et plus particulièrement à la conversion d'images radiographiques numériques en images imprimées sur une matière analogue à un film, qui simulent des images radiographiques analogiques. L'image radiographique ou "à rayons X" classique est obtenue en plaçant l'objet dont on veut former une image entre un émetteur de rayons X et un détecteur de rayons X constitué par un film photographique. Les rayons X émis traversent l'objet pour exposer le film, le degré d'exposition du film aux divers points du film étant fortement déterminé par l'atténuation de l'objet sur le trajet des rayons X. Il est proposé d'utiliser des détecteurs numériques de rayons X à semi-conducteur, par exemple un groupe de photodiodes, à la place de détecteurs constitués par des films. Au terme de l'exposition aux rayons X, les charges générées aux divers points du détecteur sont lues et traitées pour générer une image numérique de l'objet sous une forme électronique, plutôt qu'une image analogique sur film photographique. L'imagerie numérique est avantageuse, car l'image peut ultérieurement être transmise par voie électronique à d'autres endroits, elle peut être soumise à des algorithmes diagnostiques pour déterminer des propriétés de l'objet, etc. Cependant, les images numériques posent des problèmes lorsque les radiologues les impriment pour les analyser. Comme les caractéristiques des détecteurs numériques sont nettement différentes de celles du film, les images ont un aspect très différents de celui d'images analogiques sur film, même si elles sont imprimées sur un film transparent. Cela est dû aux différences entre les courbes de réponse à l'exposition des détecteurs numériques et des détecteurs à film. Par exemple, les données numériques d'images générées par un détecteur peuvent être proportionnelles d'une manière linéaire au rayonnement reçu (ou à peu près), tandis que le film a une réponse non linéaire au rayonnement. De ce fait, le contraste n'est pas aussi grand sur les images numériques qu'avec un film radiographique. Pour éviter une erreur, un radiologue qui analyse une image numérique doit avoir constamment à l'esprit ces différences entre les images radiographiques analogiques et numériques. Par conséquent, on a exi besoin d'un moyen permettant de "traduire" des images numériques en images numériques simulant des images analogiques qui imitent les résultats d'images antérieures classiques sur film, et qui puissent être imprimées sur film transparent de façon à ressembler à des images radiographiques sur film. Cela doit permettre d'utiliser des tables lumineuses et d'autres outils couramment utilisés pour analyser des images analogiques sur film. L'invention, qui est définie par les revendications présentées à la fin de cette description, concerne un procédé pour convertir une image numérique en image numérique en simulant une image analogique sur film. Des valeurs d'entrée de pixels de l'image numérique d'origine sont obtenues, ces valeurs d'entrée (désignées par X) ayant une gamme dynamique comprise entre Xmin et Xmax. La gamme dynamique est divisée en un nombre entier N d'intervalles qui est au moins égal à 2. Dans chaque intervalle, la valeur X d'entrée pour chaque pixel est convertie en valeur de sortie Y = E(AiXPi + Bi), simulant une valeur analogique sur film, o Z désigne une sommation dans laquelle i est compris entre 1 et M, Ai, pi et Bi sont des nombres réels, et chaque intervalle a globalement des valeurs différentes de Ai, pi et Bi. Cela peut être réexprimé sous la forme M y= Ay' + Bi =AIXP' +B1 + A2Xp2 + B2+... + AiXPi'+ Bi+... +AMXPM + BM = AIXPl + A2Xp2 +... + AiXp' +... + AMXPM + B cette conversion étant appliquée à chacun des N intervalles, et chaque intervalle ayant globalement des valeurs différentes de Ai, pi et Bi. Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, on a estimé suffisant d'avoir M = 1. Dans ce cas, l'expression précédente se simplifie sous la forme Y=AXP+B cette conversion étant appliquée à chacun des N intervalles (là encore, chaque intervalle ayant généralement des valeurs différentes de A, p et B). On a également jugé qu'il convient d'établir la valeur de N à 3 en définissant de ce fait trois intervalles représentant des intervalles de réponse au rayonnement/à la lumière faible, moyen et fort, l'intervalle de réponse au rayonnement/à la lumière faible étant défini avec des valeurs d'entrée X X2 (avec X2 > XI), et l'intervalle de réponse à la lumière/au rayonnement moyen étant défini entre les deux. Les valeurs de XI et de X2 sont choisies de façon que les intervalles de réponse à la lumière/au rayonnement faible et fort couvrent une partie voulue des extrémités basse et haute de la gamme dynamique d'entrée, par exemple les 30% du bas et du haut de la gamme dynamique d'entrée. Dans les intervalles de réponse à la lumière forte, moyenne et faible, il est préférable que les paramètres A, p et B aient le comportement indiqué ci-après. Tout d'abord, p sera généralement supérieur à I pour les intervalles de l'extrémité basse de la gamme dynamique et inférieur à I pour les intervalles de I'extrémité haute de la gamme dynamique, la valeur de p diminuant dans chaque intervalle successif après le premier intervalle. En outre, si un ou plusieurs intervalles de réponse au rayonnement/à la lumière moyen sont définis, la valeur de p sera généralement approximativement de 1 dans ses intervalles afin de produire une réponse de sortie approximativement linéaire par rapport à l'entrée. Cependant, ces intervalles de réponse au rayonnement/à la lumière moyenne auront généralement un paramètre A supérieur à 1 de façon à amplifier l'entrée, en produisant de ce fait un plus grand contraste dans l'intervalle moyen. Deuxièmement, la valeur de A augmentera généralement dans chaque intervalle successif après le premier intervalle et sera généralement inférieure à 1 dans le premier intervalle pour mieux supprimer le bruit quantique à l'extrémité basse de la gamme dynamique. Enfin, on choisira la valeur de B afin d'assurer la continuité entre les intervalles et de créer également un niveau voulu de densité optique (c'est-à-dire de lumière/obscurité) en des points choisis sur la gamme dynamique de sortie. Après la détermination des valeurs Y de pixels de sortie pour chaque pixel de l'image numérique d'entrée, ces valeurs sont compilées pour générer une image numérique de sortie simulant une image analogique sur film. Cette image peut être affichée sur un écran, imprimée sur un support du type film translucide pour être utilisée de la même manière qu'une image analogique (sur film), ou utilisée d'une autre manière voulue. Bien que la forme préférée de réalisation de l'invention utilise M = 1 et N = 3, il faut souligner que des valeurs supérieures de M et N peuvent servir à simuler avec plus de précision la réponse non linéaire du film. Cependant, comme la conversion est de préférence automatisée sous une forme logicielle ou matérielle, des valeurs supérieures de M et N aboutiront généralement à un traitement plus complexe et plus long. De la sorte, compte tenu de l'état actuel de la technique, on considère que M = I et N = 3 constituent un compromis approprié entre la précision et le temps de traitement. D'autres avantages, aspects et objectifs de l'invention apparaîtront dans la description détaillée ci-après de l'invention, faite en référence aux dessins annexés. La Figure 1 est une courbe de valeurs de bits de poids faible pour des pixels d'une image numérique d'entrée par rapport à des valeurs de bits de poids faible pour une image numérique de sortie simulant une valeur analogique sur film selon l'invention. Comme indiqué plus haut, l'invention comporte un procédé pour convertir des images numériques obtenues à l'aide d'un détecteur radiographique sous une forme numérique qui simule une image analogique sur film. Dans la forme préférée de réalisation du procédé, la valeur de chaque pixel de l'image numérique - qui est reçue en entrée à partir d'une photodiode correspondante (ou d'un autre capteur) du détecteur- est convertie en valeur de sortie simulant une valeur analogique en fonction de sa valeur (niveau de gris) de bit de poids faible dans la gamme dynamique de l'image radiographique d'entrée (c'est-à-dire la gamme de gradation de nuances entre la plus claire et la plus foncée). La conversion, qui est de préférence réalisée par le processeur qui reçoit du détecteur les données de pixels, prend la forme suivante: M y = A A Yt'i + Bi i=1 o Y est la valeur de sortie simulant une valeur analogique du pixel, X est la valeur numérique d'entrée (un niveau de gris dans la gamme dynamique d'entrée), l0 M est un entier supérieur ou égal à 1, et A,, pi et Bi sont des constantes appropriées de nombres réels. Comme examiné plus en détail ci-après, lors de la réalisation de la conversion, la gamme dynamique de l'image numérique d'entrée est de préférence divisée en N régions (N étant un entier de préférence supérieur à 1). Une conversion différente (c'est-à-dire des valeurs différentes pour les constantes Ai, pi et B,) est alors appliquée de préférence à chaque région. En ce qui concerne les valeurs de A,, pi et Bi, celles-ci sont déterminées simplement en choisissant leurs valeurs de façon à obtenir une courbe de réponse voulue. Si on le souhaite, on peut appliquer des techniques de régression à des données expérimentales pour obtenir les valeurs de Ai, pi et Bi. Il faut souligner que comme la sortie peut être visualisée sur différents dispositifs de sortie, des valeurs différentes de Ai, pi et Bi peuvent convenir pour différentes versions de l'invention en utilisant différents types de dispositif de sortie pour obtenir une sortie simulant une image analogique plus appropriée. Par exemple, on peut envisager que pour deux systèmes d'imagerie radiographique équivalents à l'exception de leurs dispositifs de sortie d'image (les dispositifs de sortie ont par exemple des profondeurs différentes de couleurs de sortie), Ai, pi et Bi seront différents d'un système à l'autre. Comme la conversion consiste à imiter la courbe de réponse non linéaire du film, on peut s'attendre à ce que des valeurs plus élevées de M permettent à la conversion de concorder plus exactement avec cette réponse. Cependant, des valeurs plus élevées de M accroissent également la charge de calcul de la conversion, si bien qu'il y a un compromis entre l'amélioration de la sortie et les temps de traitement. Compte tenu de la vitesse actuelle des processeurs, on a jugé que la conversion donne des résultats totalement fiables si M = 1, c'est-à-dire si la conversion est simplifiée sous la forme Y=AXP +B pour chacune des N régions. Cependant, bien que la forme préférée de réalisation de l'invention soit actuellement M = 1, comme la vitesse des processeurs augmentera à l'avenir, on peut s'attendre à ce qu'il puisse devenir souhaitable d'accroître la valeur de M et d'obtenir une réponse plus précise de simulation sur film. De même, on a également jugé approprié d'utiliser N = 3, en définissant de ce fait dans la gamme dynamique d'entrée trois régions dans lesquelles la conversion doit être effectuée. Les équations ci- après décrivent les trois régions (dans lesquelles il est fait référence à la Figure correspondante 1 des dessins): initialement, on définit une région à lumière/rayonnement faible (qui correspond à des valeurs de lumière faible telles que celles des os sur une image de cage thoracique). On a constaté qu'une définition généralement bonne de la région à faible lumière est fournie par X Y= AXP' + BI et pour des dispositifs de sortie d'image ayant une profondeur de couleur de sortie de bits, Al, pl et BI ont les valeurs suivantes: A1 = 0,000103 B1 =0,0 pl = 2,5 Dans la région à faible lumière, la courbe de réponse du film à une lumière faible est simulée en appliquant une compression de gamme (effectuée par la petite valeur de Al, mise en évidence sur la Figure 1 par le faible niveau de réponse des valeurs de sortie par rapport aux variations des valeurs d'entrée), mais en assurant également une plus grande réponse à des niveaux de lumière croissants (ce qui s'effectue par la valeur de pi supérieure à 1). Outre la réalisation d'une simulation précise de la réponse du film à une lumière faible, la conversion supprime également le bruit quantique et électronique de niveau bas présent dans l'entrée en atténuant l'entrée à des niveaux de lumière extrêmement bas. Une région de forte lumière/fort rayonnement (qui correspond à des valeurs de lumière élevées telles que celles de la ligne de la peau sur une image de poitrine) peut alors être définie à l'extrémité haute de la gamme dynamique d'entrée. Une définition globalement bonne de la région à forte lumière est donnée par X B3 = - 287 p3 = 0,5 La courbe de réponse du film à une lumière forte est simulée en effectuant une compression de gamme sous la forme p3 diminution de la réponse de sortie à des valeurs d'entrée qui augmentent. La région à lumière/rayonnement moyen correspond à des valeurs moyennes de lumière telles que celles d'organes et de vaisseaux sur une image de cage thoracique. Pour des dispositifs de sortie de 10 bits, la conversion dans la région de lumière moyenne, qui est appliquée à des valeurs d'entrée XI dire dans les 40% du milieu de la gamme dynamique o les régions du haut et du bas occupent respectivement les 30% du haut et du bas de la gamme), est exprimée par Y = A2 Xp2 + B2 o A2= 1,56 B2 = - 308 p2 = 1 Si on choisit p2 = 1, la conversion pour la région à lumière moyenne est une conversion linéaire dans laquelle Y= A2 X + B2. L'amplification/expansion de gamme est réalisée en choisissant une pente A2 > 1, ce qui accentue le contraste de la région à lumière moyenne. Les valeurs pour les paramètres A, B et p ainsi que pour les valeurs limites QI et Q2 peuvent varier dans une certaine mesure par rapport à celles indiquées plus haut. Dans la région à faible lumière, qui sera globalement définie avec 5 1. Ainsi, la région de réponse à une faible lumière constituera la traîne, inclinée vers le haut, de la courbe de sortie/entrée représentée sur la Figure 1. Dans la région à lumière moyenne, il sera globalement souhaitable de réaliser un niveau de réponse approximativement linéaire en choisissant p2, 1, mais également de réaliser une expansion de la gamme en choisissant A2 > 1. En ce qui concerne la région à forte lumière, elle sera globalement définie comme correspondant aux 60% à 95% du haut de la gamme dynamique d'entrée (c'est-à-dire que 60 souhaitable à A3 > 1 (et généralement AI " 1), et p3 Il faut noter que dans l'image numérique de sortie simulant une image analogique sur film, la densité optique de l'image analogue à une image filmée - le rapport logarithmique décimal de l'intensité de la lumière incidente sur la densité de la lumière émise, mesure de l'opacité d'un support transparent - peut être établie à volonté au niveau de points sélectionnés sur la gamme dynamique en choisissant des valeurs appropriées pour A, B et p. Cela se fait d'une manière des plus simples en choisissant une valeur appropriée de B. Les valeurs de densité optique conseillées en Xi et X2 pour réaliser une image de grande qualité analogue à une image de film sont respectivement de 0,5 et 2,3, bien que des écarts atteignant plus + 75% par rapport à ces valeurs donnent encore des résultats adéquats. Il faut également souligner que les valeurs de B sont de préférence choisies afin que la courbe de sortie soit continue entre les N intervalles. Comme indiqué plus haut, des dispositifs de sortie différents peuvent nécessiter des valeurs différentes de A, p et B selon leur profondeur de bits de sortie. Plus généralement, lorsque on effectue les conversions, la fonction globale de transfert entre le détecteur et le dispositif d'affichage d'image (c'est-à-dire l'écran, l'imprimante ou autre dispositif servant à visualiser l'image simulant une image analogique sur film) doit être conservée présente à l'esprit; si un organe intermédiaire effectue une forme quelconque d'amplification ou d'atténuation, il peut être nécessaire de modifier les valeurs de A, B et p afin de réaliser la conversion voulue entre les valeurs d'image du détecteur d'entrée et les valeurs d'image de sortie simulant une image analogique sur film. Il est entendu que des formes préférées de réalisation de l'invention ont été décrites ci-dessus afin d'illustrer la manière de réaliser et d'utiliser l'invention. L'invention n'est pas destinée à être limitée à ces formes de réalisation, mais en revanche elle est destinée à n'être limitée que par les revendications énoncées plus loin. Ainsi, l'invention couvre toutes les autres formes de réalisation qui entrent directement ou d'une manière équivalente dans le cadre de ces revendications. Il o Revendications 1. Procédé pour convertir une image numérique en image simulant une image analogique sur film, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à: a. obtenir des valeurs d'entrée d'image numérique pour un certain nombre de pixels, chaque pixel ayant une valeur X d'entrée d'image numérique, la gamme de valeurs d'entrée pour tous les pixels définissant la gamme dynamique d'entrée; b. déterminer pour chaque pixel une valeur de sortie Y simulant une valeur analogique sur film: M Y = A,X'i+ B, i=1 o Ai, Pi et Bi sont des nombres réels, et M est un entier supérieur ou égal à 1; et c. imprimer une image sur un film translucide en fonction des valeurs de sortie des pixels. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étape de détermination d'une valeur de sortie Y simulant une valeur analogique sur film comporte: a. pour des pixels à valeur d'entrée X 1, b. pour des pixels à valeur d'entrée X > X2, o X2 est une valeur située dans la gamme dynamique et X2 > Xl, la détermination, pour chaque pixel, d'une valeur de sortie Y simulant une valeur analogique sur film: M Y = À A3iXP3i + B3i i=1 o A3, P3i et B3i sont des nombres réels, M est un entier supérieur ou égal à 1, et P3i 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que AlI 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que A3i > 1. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que X2 > X1, et comportant en outre l'étape consistant, pour des pixels à valeur d'entrée Xl 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que A2i > 1. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que A1 j 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que A3i > 1. 9. Procédé pour convertir une image numérique en une image numérique simulant une image analogique sur film, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à: a. obtenir des valeurs d'entrée d'image numérique à partir d'un certain nombre de pixels, chaque pixel ayant une valeur X d'entrée, la gamme de valeurs d'entrée pour tous les pixels définissant la gamme dynamique d'entrée; b. pour des pixels ayant des valeurs d'entrée X 1, c. pour des pixels ayant des valeurs d'entrée X Xl, déterminer pour chaque pixel une valeur de sortie Y simulant une valeur analogique sur film: Y = A3 Xp3 + B3, o A3, p3 et B3 sont des nombres réels et p3 d. générer une image de sortie en fonction des valeurs de sortie des pixels. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que A1 1. 1 1. Procédé selon la revendication 9, comportant en outre l'étape consistant à imprimer l'image de sortie sur un film translucide. 12. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que X2 > X", et comportant en outre l'étape consistant, pour des pixels à valeur d'entrée XI sur film: Y = A2 Xp2 + B2, o A2, p2 et B2 sont des nombres réels et p2 1. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que A2> I. 14.Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que A1 1. 15. Procédé pour convertir une image numérique en une image numérique simulant une image analogique sur film, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à: a. obtenir des valeurs d'entrée d'image numérique à partir d'un certain nombre de pixels, chaque pixel ayant une valeur X d'entrée comprise entre Xmin et Xmx, l'intervalle entre Xmin et Xmax, définissant la gamme dynamique des valeurs d'entrée; b. diviser la gamme dynamique en N intervalles, N étant un entier au moins égal à 1; c. pour chaque intervalle, déterminer pour chaque valeur d'entrée située dans celui-ci une valeur de sortie Y simulant une valeur analogique sur film: M Y = E A,x,+ B, i=1 o M est un entier supérieur ou égal à 1 X est la valeur d'entrée, Ai, Pi et Bi sont des nombres réels, et pi diminue à chaque intervalle après un premier intervalle voisin de Xmin; et d. générer une image de sortie en fonction des valeurs de sortie des pixels. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé par le fait que le/les terme(s) 1 5 Bi est/sont choisi(s) afin de réaliser une courbe continue pour Y lorsque X varie dans les N intervalles. 17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre l'étape consistant à imprimer l'image de sortie sur un film translucide. 18. Procédé selon la revendication 15, caractérisé par le fait que a. p,> I pour au moins un intervalle proche de Xmin; et b. pi 19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé par le fait que N > 3, et caractérisé par le fait que Pi = 1 pour au moins un intervalle compris entre Xmin et Xmax. 20. Procédé selon la revendication 15, dans lequel N > 3, et dans lequel Ai > I pour au moins un intervalle compris entre un premier intervalle voisin de Xmin et un dernier intervalle voisin de Xmy.