Imagerie scintigraphique : modélisation et restauration multiénergie

par Luc Eglin

Thèse de doctorat en ?

Sous la direction de Christian Faye.

Soutenue en 2002

à Cergy-Pontoise .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Ce travail propose une nouvelle approche de restauration 2D des images scintigraphiques. L'originalité repose sur la prise en compte de l'énergie des photons détectés, grâce à un modèle physique réaliste et rapide du processus de formation des images. Le modèle fournit non pas une, mais une série d'images indexée en énergie, simulant et exploitant les caméras fonctionnant en mode liste énergétique. Le modèle incorpore la diffusion Compton d'ordre 1, l'atténuation inhomogène par les tissus, et les effets engendrés par la caméra. Il permet une correction conjointe de ces effets, sans chercher à " éliminer " mais plutôt à exploiter les photons diffusés. Le modèle est validé par des simulations de Monte Carlo d'ordre 1 et par des mesures effectuées en environnement hospitalier. Son domaine énergétique de validité est précisé. Cette approche multidimensionnelle ouvre la voie à de nouvelles approches de restauration. Dans un premier temps, une analyse en composantes principales permet d'évaluer le contenu informationnel de la série d'images. L'hypothèse de stationnarité suivant le plan image permet de proposer des restaurations ayant un faible temps de calcul. Une approche de type Wiener, généralisée au cas multidimensionnel, permet d'améliorer significativement le rapport signal à bruit et le contraste des images. Cette technique, nécessitant un très faible temps de calcul, est testée sur un fantôme de thyroi͏̈de. L'approche bayesienne par maximum a posteriori apporte un cadre cohérent à notre étude. La vraisemblance permet de fusionner l'information aux différentes énergies, en incorporant à la fois le modèle physique et la statistique poissonienne. Le modèle GGMRF de C. Bouman, convexe mais non quadratique et invariant par changement d'échelle, permet d'obtenir une solution rapide (quelques minutes pour des images 128 128) en préservant les discontinuités. Un algorithme d'optimisation ICD, écrit dans le cas multiénergie, est proposé. Cette approche est testée sur un fantôme de thyroi͏̈de et sur des scintigraphies osseuses.


  • Résumé

    This work deals with a new approach in 2D-restoration of scintigraphic images. The originality is the taking into account of the detected photons energy, from a realistic and fast physical model of the image formation process. The model incorporates first order Compton scattering, inhomogeneous attenuation by the tissue, and camera blurring effects. It allows to correct all this degradations, and exploits rather than rejects the scattered -photons. The model is validated by first order Monte Carlo simulations and trials with a gamma camera. The energy range of validity is determined. This multidimensionnal approach leads the way to new techniques of restoration. At first, a principal component analysis is performed to estimate information quantity of the images sequence. A multidimensionnal Wiener approach allows to improve the signal-to-noise ratio and the image contrast, compared to the monodimensionnal case. These techniques, which require a very low computational time, are performed on a thyroi͏̈d phantom. Maximum a posteriori Bayesian framework is particularly well suited to solve the multichannel restoration problem. The multi-likelihood allows to fuze information from the different energy channels, while incorporating both physical model and Poisson noise. The GGMRF model, proposed by C. Bouman, satisfies several desirable analytical and computational properties: it is edge-preserving (with non-quadratic penalty), convex and invariant to scaling of data. It allows a fast solution: a few minutes with 128 128 matrices. An ICD algorithm is propounded in the multienergy approach. This technique is performed on a thyroi͏̈d phantom and scintigraphic bone scans.

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Informations

  • Détails : 159 f.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 104 réf.

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