Brevet FR2960762A1 — publié le 20111209

« Procédés et systèmes d'imagerie et de caractérisation d'un tissu osseux » La présente invention concerne un procédé d'imagerie d'un tissu osseux et un procédé de caractérisation d'un tissu osseux mettant en oeuvre un tel procédé. Elle concerne également des systèmes mettant en oeuvre de tels procédés. Le domaine de l'invention est le domaine médical et plus précisément le domaine de l'étude des tissus osseux avec des appareils d'imagerie comprenant un émetteur de rayons de particules chargées. L'invention s'applique plus particulièrement au domaine de l'imagerie médicale de haute précision et de l'étude de la texture des os. Actuellement, il existe de nombreux appareils d'imagerie de tissus osseux. Ces appareils comprennent une source de particules chargés prévue pour émettre un rayonnement et éventuellement un récepteur doté d'un capteur. Le tissu osseux est positionné entre l'émetteur et le récepteur. Les procédés mis en oeuvre dans ces appareils comprennent une émission d'un rayonnement de particules chargées qui viennent frapper le tissu osseux. Les particules chargées traversent plus ou moins le milieu étudié en fonction de sa densité. L'atténuation est plus importante dans un milieu osseux que dans les tissus mous. L'image obtenue par ces procédés est une image en niveaux de gris et le niveau de gris en un point de l'image obtenue dépend de la quantité de particules frappant le capteur en ce point. Une difficulté majeure de l'imagerie des tissus est d'obtenir une image suffisamment précise avec un niveau de signal sur bruit optimisé sans utiliser de doses importantes de particules chargées dans les rayons émis par l'émetteur. En effet, lorsque la dose émise par l'émetteur est trop faible, d'une part le rayonnement arrivant sur le capteur est très atténué après avoir traversé le milieu à radiographier, ce qui donne des images peu -2- contrastées, d'autre part l'image réalisée comporte trop de bruits causés par les tissus mous entourant l'os et ne donne pas une précision suffisante. Au contraire, lorsque la dose émise est trop importante cela peut d'une part causer des risques médicaux sur le sujet et d'autre part entraîner la saturation du capteur, ce qui nuit à la précision de l'image obtenue. Un but de l'invention est de pallier aux inconvénients cités ci-dessus. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé et système d'imagerie d'un tissu osseux permettant de s'affranchir de l'absorption des tissus mous. Enfin, un autre but de l'invention est de proposer un procédé et système d'imagerie permettant de réaliser une image d'un tissu osseux reproductible dans le temps. L'invention propose de remédier aux inconvénients précités par un procédé d'imagerie d'un tissu osseux avec un appareil d'imagerie comprenant un émetteur de rayons, ledit procédé mettant en oeuvre un capteur de rayons, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - acquisition d'une première image en niveaux de gris dudit tissu osseux avec ledit appareil d'imagerie, ledit émetteur étant configuré avec au moins un paramètre d'émission réglable portant sur au moins une caractéristique d'émission dudit émetteur, - sélection d'une région d'intérêt sur ladite première image en niveaux de gris dudit tissu osseux, - détermination d'une valeur de niveaux de gris dans ladite région d'intérêt selon une relation prédéterminée, - détermination d'une nouvelle valeur dudit au moins un paramètre d'émission en fonction de ladite valeur de niveaux de gris et d'au moins un seuil prédéterminé selon une relation prédéterminée, et - acquisition d'une deuxième image avec ledit appareil d'imagerie configuré avec la nouvelle valeur dudit au moins un paramètre d'émission. -3- L'invention propose ainsi de régler au moins un paramètre d'émission en fonction des niveaux de gris dans la région d'intérêts en réalisant une première acquisition préalable avant la deuxième acquisition définitive. Ainsi, le procédé selon l'invention permet de réaliser une imagerie d'un tissu osseux qui est indépendant des tissus mous entourant l'os car en définissant un niveau de gris dans la région d'intérêt par rapport à un seuil prédéterminé, l'invention permet de s'en affranchir Par ailleurs, en réglant l'émission des particules chargées en se basant sur un seuil de niveau de gris prédéterminé, le procédé selon l'invention permet de réaliser une imagerie du tissu osseux reproductible dans le temps pour un même sujet. Ainsi, pour un même sujet, même si la composition et l'épaisseur du tissu mou entourant la région d'intérêt évoluent en fonction du temps, les images obtenues de la région d'intérêt présenteront les mêmes niveaux de gris. De plus, pour une même partie du corps, l'épaisseur et la composition du tissu mou étant dépendant de chaque sujet, le procédé selon l'invention permet de réaliser une imagerie du tissu osseux d'un sujet personnalisé pour chaque sujet humain ou animal. Enfin, le procédé selon l'invention permet de régler la dose de particules émises en évitant d'obtenir une image en niveaux de gris comportant trop de bruit. Il permet également d'éviter de saturer le capteur avec une dose d'émission trop importante. Avantageusement, la valeur de niveau de gris prédéterminée est la valeur moyenne de niveaux de gris dans la région d'intérêt. Cela permet de centrer les niveaux de gris et ainsi d'obtenir la même précision dans les deux sens, à savoir sur les niveaux de gris évoluant vers le blanc et sur les niveaux de gris évoluant vers le noir. Selon un exemple de réalisation particulier et nullement limitatif, la détermination de la nouvelle valeur du paramètre d'émission est réalisée selon la relation linéaire suivante : Pn= Pi*S/valeur de niveaux de gris déterminée -4- avec Pn la nouvelle valeur du paramètre d'émission, et Pi la valeur initiale du paramètre d'émission et S la valeur du seuil prédéterminé. Une telle relation linéaire est facile à mettre en oeuvre. Une autre relation linéaire ou non linéaire peut être utilisée. Dans un exemple de réalisation particulier et particulièrement avantageux, la valeur seuil du niveau de gris peut être la valeur moyenne des niveaux de gris du capteur utilisé plus ou moins une tolérance prédéterminée. Ainsi, le procédé selon l'invention permet également de s'affranchir du type de capteur utilisé. L'imagerie d'un tissu osseux réalisée avec le procédé selon l'invention est alors reproductible quel que soit le capteur utilisé. Une telle caractéristique est particulièrement importante car il existe de nombreux capteurs pour l'imagerie d'un tissu osseux et tous les appareils d'imagerie n'utilisent pas les mêmes capteurs. La tolérance prédéterminée peut être comprise entre 0 et 10% et plus particulièrement entre 5 et 10%. Cette tolérance permet une liberté de réglage de l'émetteur tout en se plaçant autour de la valeur moyenne des niveaux de gris du capteur utilisé et en garantissant une bonne précision de mesure et une bonne reproductibilité. Avantageusement, la région d'intérêt est sélectionnée à l'aide d'au moins un repère anatomique dudit tissu osseux. Ainsi, la région d'intérêt est également reproductible dans le temps puisqu'elle peut être choisie précisément à chaque séance d'imagerie en se basant sur les particularités anatomiques du sujet. Ainsi, le procédé selon l'invention permet de réaliser une imagerie du tissu osseux d'un sujet personnalisé pour chaque sujet humain ou animal. L'au moins un paramètre d'émission peut être un débit de dose des rayons émis. Le débit de dose dans le rayonnement émis peut être ainsi réglé automatiquement en fonction des niveaux de gris déterminé dans la région d'intérêt et du seuil prédéterminé. - 5 Le procédé selon l'invention peut mettre en oeuvre un intervalle de valeurs de niveaux de gris prédéterminé. Dans ce cas, on considérera qu'il existe deux seuils, à savoir un seuil minimum et un seuil maximum qui correspondent aux valeurs extrêmes de l'intervalle en question. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de caractérisation d'un tissu osseux, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - acquisition d'une image avec le procédé selon l'invention, et - analyse microarchitecturale de la région d'intérêt. L'analyse microarchitecturale peut comprendre, de manière non exhaustive, une caractérisation de texture par une analyse fractale, une analyse de la matrice de longueurs de plage et/ou une analyse de la matrice de cooccurrence. Le procédé de caractérisation selon l'invention peut en outre comprendre une ou plusieurs étapes de traitement d'image appliquées sur l'image en niveau de gris obtenue lors de la deuxième acquisition avant, après ou pendant l'étape d'analyse microarchitecturale. Les procédés d'imagerie et de caractérisation selon l'invention peuvent être appliqués à l'imagerie ou la caractérisation d'un tissu osseux du corps d'un sujet humain ou animal, mort ou vivant. Le procédé d'imagerie selon l'invention peut également être appliqué à la radiogrammétrie. La radiogrammétrie est une méthode évaluant la densité osseuse à partir d'une image radiologique telle que fournie par le procédé d'imagerie selon l'invention. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un système d'imagerie d'un tissu osseux comprenant : - des moyens d'imagerie pour réaliser une image en niveaux de gris dudit tissu osseux, lesdits moyens d'imagerie comprenant au moins -6- un émetteur de rayon dont au moins un paramètre d'émission est réglable, - des moyens de sélection d'une région d'intérêt sur l'image dudit tissu osseux réalisée par les moyens d'imagerie, - des moyens de calcul pour calculer au moins une valeur de niveaux de gris dans ladite région d'intérêt sélectionnée et la valeur dudit au moins un paramètre d'émission en fonction de ladite valeur de niveaux de gris calculée et d'au moins une valeur seuil prédéterminée, et - des moyens de commande dudit émetteur pour régler la valeur dudit paramètre d'émission. Selon encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un système de caractérisation d'un tissu osseux comprenant : - un système d'imagerie selon l'invention, et - des moyens d'analyse microarchitecturale. Le système de caractérisation selon l'invention peut en outre comprendre des moyens de traitement d'image. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une représentation sous la forme d'un diagramme des étapes d'un exemple de procédé d'imagerie selon l'invention ; la figure 2 est une représentation sous la forme d'un diagramme des étapes d'un exemple de procédé de caractérisation selon l'invention ; la figure 3 est une représentation schématique d'un exemple de système d'imagerie selon l'invention ; la figure 4 est une représentation schématique d'un exemple de système de caractérisation selon l'invention ; et la figure 5 est un exemple d'images obtenues avec le procédé selon l'invention appliquée sur un doigt d'un sujet humain. -7- La figure 1 est une représentation sous la forme d'un diagramme des étapes d'un exemple de procédé d'imagerie selon l'invention. Le procédé 100 représenté sur la figure 1 comprend une première étape 102 pour régler les valeurs initiales des paramètres d'émission de la source d'émission de l'appareil d'imagerie. Ces paramètres comprennent par exemple la tension en kV (kilovolts) et le débit de dose en émission en mAs (milli Ampère seconde). Les valeurs initiales de ces paramètres peuvent être déterminées en fonction de mesures déjà réalisées sur le même patient ou de valeurs indiquées dans la littérature. Lors d'une étape 104 une première acquisition du tissu osseux est réalisée. Cette première acquisition fournit une première image 106 en niveaux de gris du tissu osseux qui dans le présent exemple est un doigt de la main d'un sujet. Cette première image 106 est ensuite utilisée pour définir ou sélectionner une région d'intérêt 110 lors d'une étape 108. La région d'intérêt 110 est dans le cas de l'exemple présent un rectangle dont le positionnement est défini à l'aide de deux repères anatomiques. Le procédé comprend lors d'une étape 112 une mesure de la moyenne des valeurs de niveaux de gris des pixels à l'intérieur de la région d'intérêt 110. La valeur de la moyenne des valeurs de niveaux de gris des pixels à l'intérieur de la région d'intérêt 110 est ensuite comparée à une valeur seuil lors d'une étape 114. Cette valeur seuil est dans le cas du présent exemple la valeur médiane de l'échelle de niveau de gris du capteur utilisé plus ou moins une tolérance (5 à 10% en fonction du capteur). Si la valeur moyenne des niveaux de gris dans la région d'intérêt 110 n'est pas conforme aux attentes, on détermine, lors d'une étape 116, la nouvelle valeur du débit de dose en émission à utiliser pour une deuxième acquisition à partir de la valeur moyenne du niveau de gris dans la région d'intérêt 110 et de la valeur initiale du débit de dose en émission utilisée pour la première acquisition. Dans l'exemple présent la valeur de la tension en émission reste fixe pour les deux acquisitions et seule la valeur du débit de dose est modifiée. -8- Pour déterminer la nouvelle valeur du débit de dose à appliquer, la transformation suivante est appliquée : Nouvelle valeur du débit de dose = (Valeur initiale du débit de dose x la valeur médiane de l'échelle de niveau de gris du capteur utilisé) / Moyenne des niveaux de gris dans la région d'intérêt Cette transformation linéaire n'est bien sûr pas limitative et peut être remplacée par une transformation non linéaire définie par l'homme du métier. La nouvelle valeur du débit de dose est alors appliquée à l'émetteur lors de l'étape 116. Une deuxième acquisition est alors réalisée lors d'une étape 118 qui fournit une image 120 qui est indépendante des tissus mous entourant l'os dans le tissu osseux. Bien entendu si la valeur moyenne des niveaux de gris dans la région d'intérêts est conforme à la valeur seuil plus ou moins la tolérance prédéterminée, le processus d'acquisition s'arrête et la première image 106 est l'image finale. La figure 2 est une représentation sous la forme d'un diagramme des étapes d'un exemple de procédé de caractérisation d'un tissu osseux selon l'invention. Le procédé de caractérisation 200 représenté sur la figure 2 comprend toutes les étapes du procédé 100 d'imagerie de la figure 1. La région d'intérêt 110 de l'image 120 obtenue par le procédé d'imagerie 100 est ensuite analysée lors d'une étape 202. L'analyse réalisée lors de cette étape 202 est une analyse microarchitecturale de la texture de la région d'intérêt, par exemple une analyse fractale qui est bien connue en tant que telle de l'homme du métier et ne sera donc pas détaillée ici. La figure 3 est une représentation schématique d'un exemple de système d'imagerie 300 selon l'invention. -9- Le système d'imagerie 300 est mobile. Il comprend un émetteur 302 de rayons de particules chargées et un récepteur 304 muni d'un capteur 306. Le capteur 306 est relié à un module 308 de génération d'image en niveaux de gris. Les images générées par le module de génération d'image 308 sont affichées sur un écran d'affichage 310. Le système 300 comprend en outre des moyens 312 de sélection d'une région d'intérêt sur l'image affichée sur l'écran d'affichage 310. Le système 300 comprend par ailleurs un module 314 de calcul pour calculer la valeur de niveaux de gris moyen dans la région d'intérêt sélectionnée et la valeur d'au moins un paramètre d'émission, par exemple le débit de dose, en fonction de la valeur de niveaux de gris moyen dans la région d'intérêt et d'au moins une valeur seuil prédéterminée et d'une relation prédéterminée. La valeur du débit de dose calculée est fournie à un module 316 de commande qui permet de modifier et d'ajuster le débit de dose à l'émission au niveau de l'émetteur 302. La figure 4 est une représentation schématique d'un exemple de système de caractérisation selon l'invention. Le système de caractérisation 400 représenté sur la figure 4 comprend tous les moyens du système d'imagerie 300 de la figure 3. Le système de caractérisation 400 comprend en outre un module 402 d'analyse microarchitecturale de la région d'intérêt de l'image obtenue lors de la deuxième acquisition. La figure 5 est un exemple d'images obtenues avec le procédé selon l'invention appliqué sur un doigt d'un sujet humain. Le capteur utilisé dans cet exemple est un capteur avec des pixels codés sur 12 bits, ce qui implique que les valeurs de niveau de gris de l'image vont de 0 à 4095. La première acquisition de la radiographie d'une main est réalisée avec les réglages prédéterminés 50 kV pour la tension d'émission et 8 mAs - 10 - pour le débit de dose. Cette première acquisition fournit l'image 502 de la figure 5. Une région d'intérêt 110 est positionnée. Après positionnement de la région d'intérêt 110, le niveau de gris moyen est mesuré à la valeur de 2300 dans la région d'intérêt 110. Pour le capteur utilisé, la valeur de niveau de gris moyen doit être comprise entre 1950 et 2150, sachant que la valeur cible est 2050. La valeur mesurée n'est pas incluse dans cet intervalle et l'image est légèrement surexposée. Une nouvelle valeur du débit de dose est calculée selon la relation donnée plus haut, à savoir : o 8 x 2050 / 2300 = ^' 7 mAs Une deuxième acquisition est réalisée en utilisant cette nouvelle valeur du débit de dose en gardant la tension d'émission inchangée à 50kV. La deuxième acquisition fournit l'image 504 de la figure 5. La valeur moyenne des niveaux de gris de la région d'analyse est de 1990, ce qui est conforme aux exigences de mesure de la microarchitecture. L'invention n'est bien sur pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. REVENDICATIONS1) Procédé (100) d'imagerie d'un tissu osseux avec un appareil d'imagerie comprenant un émetteur de rayons (302), ledit procédé mettant en oeuvre un capteur de rayons (304), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - acquisition (104) d'une première image (106) en niveaux de gris dudit tissu osseux avec ledit appareil d'imagerie, ledit émetteur (302) étant configuré avec au moins un paramètre d'émission réglable portant sur au moins une caractéristique d'émission dudit émetteur, - sélection (108) d'une région (110), dite d'intérêt, sur ladite première image (106) en niveaux de gris dudit tissu osseux, - détermination (112) d'une valeur de niveaux de gris dans ladite région d'intérêt (110) selon une relation prédéterminée, - détermination (116) d'une nouvelle valeur dudit au moins un paramètre d'émission en fonction de ladite valeur de niveaux de gris et d'au moins un seuil prédéterminé selon une relation prédéterminée, et - acquisition (118) d'une deuxième image (120) avec ledit appareil d'imagerie configuré avec la nouvelle valeur dudit au moins un paramètre d'émission. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de niveau de gris prédéterminé est la valeur moyenne de niveaux de gris dans la région d'intérêt (110). 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la détermination de la nouvelle valeur du paramètre d'émission est réalisée selon la relation linéaire suivante : Pn= Pi*S/valeur de niveaux de gris déterminée avec Pn la nouvelle valeur du paramètre d'émission, et Pi la valeur initiale du paramètre d'émission et S la valeur du seuil prédéterminé.- 12 - 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur du seuil correspond à la valeur moyenne des niveaux de gris du capteur (306) utilisé, plus ou moins une tolérance prédéterminée. 5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tolérance prédéterminée est comprise entre 0 et 10%. 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 10 caractérisé en ce que la région d'intérêt (110) est sélectionnée à l'aide d'au moins un repère anatomique dudit tissu osseux. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'au moins un paramètre d'émission est un débit de 15 dose des rayons émis. 8) Procédé (200) de caractérisation d'un tissu osseux, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - acquisition d'une image avec le procédé (100) selon l'une 20 quelconque des revendications précédentes, et - analyse (202) microarchitecturale de la région d'intérêt (110). 11) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'analyse microarchitecturale (202) comprend une analyse de texture de type analyse 25 fractale, et/ou analyse par matrice de longueurs de plage et/ou analyse par matrice de cooccurrence. 12) Application du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes à l'imagerie ou la caractérisation d'un tissu osseux du corps 30 humain ou animal. 13) Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 à la radiogrammétrie.5- 13 - 12) Système (400) d'imagerie d'un tissu osseux comprenant : - des moyens d'imagerie (302,304,306,308) pour réaliser une image (106,120) en niveaux de gris dudit tissu osseux, lesdits moyens d'imagerie comprenant au moins un émetteur (302) de rayon dont au moins un paramètre d'émission est réglable, - des moyens (312) de sélection d'une région d'intérêt (110) sur l'image (106) dudit tissu osseux réalisée par les moyens d'imagerie (302,304,306,308), - des moyens (314) de calcul pour calculer au moins une valeur de niveaux de gris dans ladite région d'intérêt (110) sélectionnée et la valeur dudit au moins un paramètre d'émission en fonction de ladite valeur de niveaux de gris et d'au moins une valeur seuil prédéterminée, et - des moyens (316) de commande dudit émetteur (302) pour régler la valeur dudit paramètre d'émission. 13) Système (400) de caractérisation d'un tissu osseux comprenant : - un système (300) selon la revendication 12, et - des moyens d'analyse microarchitecturale (402).20