Ls54 qualitéphysique des imageurs dentaires numériques

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imagerie

Q ua l i té p hys i q ue d e s i ma g e urs d e nta i re s numé ri q ue s B. SALMON

D. LE DENMAT Laboratoire de Radiologie-Imagerie et Biophysique - EA 2496 Faculté de chirurgie dentaire - Université Paris Descartes

Les capteurs radiologiques utilisés en art dentaire pour les tech-

ACESS) permettent d’obtenir une excellente image en 45

niques intra orales et extra orales relèvent de trois principes dis-

secondes.

tincts : -

Les capteurs analogiques argentiques encore utilisés

CAPTEURS NUMÉRIQUES PHOTOCHIMIQUES

aujourd’hui, -

Les capteurs numériques photochimiques,

Ces écrans radio luminescents à mémoire (ERLM) sont minces (Fig

-

Les capteurs numériques optoélectroniques.

2) , ils existent dans tous les formats requis en imagerie maxillofaciale. Leur mise en œuvre avec des angulateurs adaptés est aisée et ils sont réutilisables.

FILMS ARGENTIQUES

L’image numérique est produite en quelques secondes par un scanner adapté (Fig 3). Ils offrent

Les films argentiques (Figure 1) sont encore utilisés, principalement dans

les

une résolution moyenne qui ne

tech-

dépend essentiellement que des

niques intra orales

propriétés optiques du scanner.

à chaque fois que le

praticien

recherche

une

Fig 2 ERLM de différentes marques comparés au film argentique conventionnel à gauche.

résolution élevée, à la recherche de détails très fins (fissures

radicu-

laires, fines fractures). Sa mise en œuvre est facilitée par l’emploi d’angulateurs. L’image est obtenue après traitement

chi-

mique nécessitant une

chambre

noire ou une boite inactinique

Fig. 3 Tois types de scanners DURR DENTAL permettant la lecture de, l’image latente après exposition aux rayons X et la réinitialisation en vue d’une prochaine prise de vue.

de

fig. 1 traitement.

Les Conditionnement du film argentique, de bas en haut le film bicouche, l’emballage de papier noir, traitements rapides l’écran de plomb et la pochette renseignant la senapparus ces der- sibilité du film (ici sensibilité E, F)

nières (KODAK

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années RAPID

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CAPTEURS NUMÉRIQUES OPTO ELECTRONIQUES

imagerie

D’une ergonomie moins adaptée, ces capteurs (Fig 4) présentent généralement une connectique filaire qui rend la mise en place plus délicate sur les angulateurs. Tous les capteurs de cette famille sont aujourd’hui constitués d’une couche scintillante de type GADOX, d’un pavé de fibres optiques et d’un capteur CMOS (Fig 5). Il offrent une résolution moyenne et permettent

Fig 6: Exemple d’images de résolution et contraste différents. De gauche à

surtout d’obtenir une image en temps réel. Ils sont les premiers à

droite, image de contraste et résolutions moyens, images de fort contraste et de

être apparus sur le marché de

faible résolution, image de faible contraste et de résolution moyenne.

l’image numérique odontolo-

Rappelons que « la résolution spatiale » est l’aptitude pour un

gique.

capteur à faire apparaître un objet plus ou moins fin. La résolution de contraste, elle, est l’aptitude pour ce capteur à séparer

Pour obtenir une image intra

des plages de gris très voisines. Or ces deux paramètres, résolu-

orale avec ces capteurs, les

tion spatiale et contraste, sont liés car si le contraste d’un objet

doses de rayons X sont mainte-

Figure 4 Différentes générations de

nant assez identiques pour les

très fin est insuffisant, l’image de cet objet sera invisible alors

capteurs TROPHY comparés au

ERLM et les capteurs optoélec-

qu’en théorie le capteur pouvait en révéler sa dimension.

film argentique.

Pour tenir compte de ces deux phénomènes, on est amené à éta-

troniques (quelques centaines

blir la fonction de transfert de contraste (FTC), c’est-à-dire la

de micro Grays). Les films ont pour leur part beaucoup progres-

variation du contraste exprimée en % en fonction de la fréquence

sés et les dernières émulsions mises sur le marché (films KODAK

spatiale exprimée en paires de lignes par millimètre (plm) (Figure

INSIGHT par exemple) nécessitent moins de 1 milli Gray pour

7). On utilise ici une mire spéciale de très fort contraste (alter-

obtenir une image.

nance de barres de plomb et de plastique) placée au contact du capteur. Les conditions géométriques et le contraste sont tels que les valeurs de résolution obtenues correspondront aux performances limites les meilleures du capteur. En situation clinique, les zones où le contraste est de 100% sont rares et n’intéressent qu’exceptionnellement une zone de diagnostic. Par définition, on norme à 100% le contraste correspondant à la plus petite fréquence spatiale observée (0,25 paires de lignes par millimètre), soit un détail de 2 mm séparé de 2 mm du détail suivant. Les résolutions spatiales données dans le tableau récapitulatif des résultats correspondent à des transferts de contraste (dégradation du contraste maximum) de 50% et de 5% pour les deux

Figure 5 Structure type d’un capteur numérique optoélectronique.

Outre l’ergonomie et le temps plus ou moins différé à l’obtention de l’image, le praticien sera sensible à la finesse du détail obtenu : la résolution spatiale des images. C’est l’évaluation de ce paramètre que nous allons aborder.

RESOLUTION SPATIALE Ce test, capital pour le praticien, permet de connaître la finesse de l’image radiologique.

Il caractérise la résolution spatiale du capteur en déterminant la dimension du plus petit détail visible. La visibilité de ce détail dépend à la fois de ses dimensions et de son contraste (Figure 6).

Fig 7 : Dégradation du contraste de l’image radiologique en fonction de la finesse du détail exprimée en paires de lignes par millimètre (plm).

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dimensions du capteur. Il n’est pas justifié de réaliser ce test pour

suivants :

un contraste inférieur à 5% car même dans de bonnes conditions

• Générateur Siemens Heliodent MD 7mA et 70kV).

de lecture de l’image, l’oeil humain aurait de grandes difficultés

• durée d’exposition optimale.

à percevoir un contraste inférieur à 5%.

• distance foyer du tube / capteur : 1,34m.

imagerie

• distance mire test / capteur : contact.

Le test de résolution selon les deux dimensions, hauteur et lar-

• analyse des fichiers images correspondant par logiciel spécia-

geur, est nécessaire à chaque fois que le pixel élémentaire du

lement mis au point.

capteur testé est rectangulaire et non carré.

Dans le cas des capteurs numériques comme dans celui des films,

MATERIELS ET METHODES

la résolution théorique limite est fixée par la dimension de chaque élément d’image ou pixel. Pour le film, la taille du cristal d’halogénure d’argent après développement donne la résolution limite théorique. Pour les films conventionnels cette dimension est de l’ordre de 5µm, cela conduit à une résolution théorique limite de 100 plm. En effet, un détail de 5µm séparé d’un espace de 5µm correspond à une résolution de 1/10-2 paires de lignes par millimètre. Dans le cas d’un film sans écrans renforçateurs, la diffusion des rayons X à l’intérieur de la couche photosensible est pratiquement négligeable. La résolution finale limite de l’image est alors très proche de la résolution théorique limite. Par contre, pour les capteurs numériques, on atteint rarement la résolution théorique limite calculée à partir de la taille du pixel. En effet, de nombreux phénomènes physiques participent à la dégradation de la résolution. Ils sont induits par la couche fluorescente (GADOX) et les fibres optiques. On comprend donc que le choix technologique fait par le fabricant conditionne grandement la résolution finale de l’image. Nous avons rassemblé dans le tableau 1 suivant les données géométriques de quelques cap-

Fig. 8 : Schéma de principe du banc test d’analyse.

teurs et nous donnons la résolution limite théorique attendue compte tenu des dimensions du pixel élémentaire participant à la

Le capteur testé est placé perpendiculairement au rayon principal

formation de l’image. Toutes les valeurs de résolution limite finale

du faisceau, ce dernier passant au voisinage de son centre. Il est

ne peuvent donc qu’être inférieures, ou au mieux égales, à cette

maintenu par deux cavaliers glissant sur un rail solidaire d’un

valeur.

plateau tournant, lui-même solidaire d’un banc de déplacement semi-motorisé. Le capteur peut ainsi se déplacer selon un mouvement de translation suivant les axes X et Y et selon un mouvement de rotation autour de l’axe Z dirigé vers le foyer du tube radiogène. Le capteur est ainsi dans le plan X-Y. Les caractéristiques mécaniques du dispositif de contention du capteur sont une amplitude de 360° avec une précision de 0,1° pour le mouvement de rotation autour de l’axe Z, une amplitude de 8 mm avec une précision de 100µm pour le mouvement de translation suivant l’axe Y, et enfin, une amplitude de 700 mm avec une précision de 10µm pour le mouvement de translation suivant l’axe X (Figure 8 ).

LES MIRES DE TEST UTILISÉES SONT LES SUIVANTES : • mire rectangulaire de résolution spatiale ; mire Nuclear Associates type 07-553 n°36533, 0,05 mm Pb dont la fréquence varie de 0,25 à 10 plm.

TABLEAU 1 : Caractéristiques des différents imageurs dentaires testés

• Pour les capteurs de plus haute résolution : mire Nuclear Associates type 07-653 n°37500, 0,05 mm Pb dont la fréquence varie de 0,25 à 20 plm.

Pour ces tests de résolution spatiale, les matériels utilisés sont les

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RESULTATS OBTENUS Les graphes suivants, le premier selon la grande dimension du capteur, le second selon la petite, ont été tracés à partir de don-

imagerie

nées obtenues, soit auprès du fabricant pour les films, soit à l’aide de la mire Nuclear Associates pour les capteurs numériques testés au laboratoire.

Tableau des résolutions des capteurs testés classées par autre croissant de résolution et sensibilités correspondantes.

La résolution spatiale de la première mire Nuclear Associates étant limitée à 10 paires de lignes par millimètre, la résolution est évaluée avec la seconde mire plus résolue.

C RITÈRE DE QUALITÉ : Dans le tableau récapitulatif des résultats, le chiffre le plus grand (résolution) correspond au système résolvant les détails les plus fins.

D ISCUSSION La résolution spatiale de tous les capteurs numériques optoélectroniques ou ERLM reste largement inférieure à celles des films argentiques, avec des différences qui découlent de leur technologie propre. Cependant, l’évolution technologique actuelle, particulièrement pour certains imageurs très performants, les amène à une résolution proche de la résolution théorique. Ainsi ; les capteurs optoélectroniques testés (KODAK, SIRONA et DURR DENTAL) voisinent les 20 plm à 5% de transfert de contraste. Pour les ERLM testés (DURR DENTAL et DIGORA) les résultats sont très nettement en faveur du premier avec une résolution ici encore voisine de 20 plm à 5% de transfert de contraste.

De façon quasi systématique, un praticien aura l’impression que la résolution spatiale d’une image numérique sur moniteur est Résolution spatiale des divers capteurs testés selon leurs deux dimensions,

beaucoup moins bonne que celle des films auxquels il est habi-

comparée à celle des films radiographiques conventionnels.

tué. Nous venons de montrer qu’il existe effectivement une différence, mais celle-ci est à relativiser, car ce praticien n’observe

A partir des courbes ci-dessus, on peut extraire les données pour

pas, en général, l’écran d’un moniteur et un film dentaire

des contrastes de 5% et de 50%, qui apparaissent dans le

conventionnel dans les mêmes conditions géométriques.

tableau suivant.

N’oublions pas qu’en effet l’image numérique est systématiquement agrandie sur écran, et d’autant plus que l’écran est plus grand. Or le praticien la regarde le plus souvent à la distance de lecture, comme le film, ce qui aggrave relativement la perte de résolution à la lecture alors que cela ne change rien à la résolution spatiale théorique du capteur.

On serait tenté de croire que le capteur possédant la moins

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INFO PRODUIT

bonne résolution devrait être le plus sensible parce qu’il aurait les pixels de plus grande surface. A titre indicatif, nous avons rappelé dans la colonne de gauche du tableau, le résultat obtenu pour chaque capteur pour le test de sensibilité, afin de montrer

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que le classement qualitatif des capteurs varie pour chaque test.

Ainsi, le capteur offrant la meilleure résolution n’a pas nécessairement la moins bonne sensibilité et réciproquement.

CONCLUSION A quelques rares exceptions près, cette étude physique des principaux imageurs dentaires du marché a montré que les performances de ces dispositifs sont assez diverses. Deux grande familles de capteurs optoélectroniques apparaissent : Les capteurs de résolutions médiocres, inférieures ou égales à 10 plm et les capteurs plus performant de résolutions voisines de 20 plm.

La résolution des ERLM est clairement dépendante des qualités optiques du scanner de lecture. Si l’ergonomie peut séduire le praticien, il convient donc de choisir un ERLM en fonction des performances du scanner associé.

Quoi qu’il en soit tous les systèmes numériques testés présentent toujours aujourd’hui, en terme de résolution spatiale, des performances toujours inférieures à celles des films argentiques.

Dans les dix prochaines années, la mise au point de nouveaux scanners destinés à l’analyse des ERLM nous semble être la voie la plus prometteuse pour accroitre encore la résolution spatiale des images radiologique dentaire tout en restant dans des limites de doses acceptables pour le patient.

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