The medical diagnostic X-ray revolution: FCR

Our society is undergoing a digital revolution that affects every aspect of public and private life, as symbolized by the dramatic shift from film to digital cameras. In the early 1970s, engineers at Fujifilm were already beginning to research and develop the foundational technologies for FCR (Fuji Computed Radiography), the world’s first device to display medical diagnostic X-rays digitally. FCR started a global wave of innovation in medical-use X-ray imaging, and today it remains a world-class technology contributing to people’s health and quality of life around the world.

Solving problems with diagnostic X-rays

Before FCR, taking an X-ray meant passing X-rays through the human body onto film and developing that film to create a finished image. The process was entirely analog. In the image, the portions of the body through which X-rays passed more readily appeared black, and those through which they passed less readily appeared white. An image of the interior of the human body could be obtained, yet the photographic parameters could vary considerably based upon the particulars of the patient and the body part being X-rayed. As a result, the skill and experience of the X-ray technician played a major role in the resulting image quality.

It was clear to Fujifilm’s experts that not much more could be done to improve X-ray diagnostics in the analog realm, and other diagnostic technologies were starting to go digital. There was a real fear that X-rays would get left out of the digital revolution, and Fujifilm’s engineers knew they had to innovate or see the market slip away from them. But then a hint at the ultimate solution appeared: digital image processing. At the time, NASA was transmitting photographs of planet Earth via satellite and using the new science of digital processing to create images that were stunningly beautiful. Capturing, storing, and transmitting X-ray images in a digital format would certainly contribute greatly to efficiency, and the digital processing of diagnostic images could add immense value in a wide variety of applications.

“If we digitally process medical X-rays, then we can greatly reduce inconsistencies in image quality and can offer medical professionals an invaluable resource for improved diagnosis.” Based on this vision, Fujifilm’s engineers began exploring how digital diagnostic imaging systems might deliver real value. After much discussion, they came up with the basic concept for FCR: the system would record X-ray information with a high-sensitivity imaging plate, perform digital processing with a computer, and allow the display of images on a computer monitor or photographic film.

1983 World's First FCR

Turning determination into innovation

FCR featured three leading-edge technological innovations. First was the high-sensitivity imaging plate, which made possible the capture of X-ray information. Second was an optical scanning device that applied a laser to the imaging plate, converting the image information it had stored into a digital signal. Third was the diagnostic algorithm that converted the electrical signal from the scanning device into an optimized diagnostic image. These innovations were linked to form a unified diagnostic imaging system.

At the time, Fujifilm was primarily a chemicals company with photographic film as its main product. Developing a revolutionary imaging device that could capture X-ray data with extremely high sensitivity, speed, and density would have been a daunting task for a large electronics company. Yet Fujifilm, whose R&D staff consisted mostly of chemical engineers, took on the big challenge.

In the FCR system, the imaging plate recorded the X-ray data as light, fluorescing in proportion to the strength of the stimulation by the X-rays. This light could in turn be processed as information by the system. To achieve the breakthrough that would make the system viable, Fujifilm’s engineers needed to identify the ideal photostimulable phosphor to use in the imaging plate. The problem was that there were over 1,000 known phosphors, and finding the perfect one presented a significant challenge. Moreover, Fujifilm had virtually no expertise in this field. Nevertheless, far from shying away from this task, the engineers took it on with enthusiasm.

“The ideal phosphor is out there, and we will find it.” Starting out with unshakable confidence that they could find the phosphor that would make the imaging plate able to record highly precise diagnostic images, the engineers began their search. Their determination, at times bordering on obsession, paid off. They explored an incredibly wide range of phosphors, even those other companies had abandoned as unfeasible for use. After two years of hard work, the engineers at last identified BaFBr:Eu as the best phosphor that could make the imaging plate and thus FCR a reality.

The FCR revolution continues

Successfully combining the imaging plate with other key innovations, Fujifilm launched FCR in 1983. The positive effect this product immediately produced in medical facilities around the world was truly revolutionary.

By applying optimized digital processing based on the area of the body being X-rayed and other conditions, FCR delivered images that were much less affected by the X-ray technician’s skill and expertise and therefore easier to read and use in diagnosis. Since the imaging plate was highly sensitive, smaller doses of X-rays were needed to capture an image. Moreover, the system greatly reduced the need to retake X-rays, resulting in even less exposure to X-rays for the patient. Finally, the use of digital information made possible a wide variety of processing, allowing medical professionals to extract specific valuable information that could not be derived from conventional photographic X-rays.

Of course, digital information was much easier to store, transmit, and manage, resulting in a lower cost in both the diagnostic and clerical functions of a medical facility. At the same time, speed increased in every link of the chain of information management. As the Internet became more and more important in medicine, Fujifilm leveraged its power and in 1999 launched SYNAPSE, an IT solution that facilitated the sharing of digital images within and between medical facilities. Moreover, since its launch, Fujifilm has also developed DR (digital radiography) systems that do not require an imaging plate.

The medical diagnostic revolution FCR began is ongoing. Integrating more and more innovations, FCR and the other systems it has inspired grow ever more powerful and impactful.

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La révolution du diagnostic radiographique médical: FCR

Notre société traverse une révolution numérique qui bouleverse tous les aspects de la vie publique et privée, comme en témoigne le déclin de l'appareil photo argentique au profit des appareils numériques. À l'aube des années 70, les ingénieurs de Fujifilm débutaient déjà leurs recherches sur les technologies fondatrices du FCR (Fuji Computed Radiography, radiographie numérique Fuji), le premier dispositif médical au monde à afficher numériquement les rayons X médicaux de diagnostic. Le FCR a été le précurseur d'une série d'innovations mondiales en matière d'imagerie médicale à rayons X. Il est encore considéré aujourd'hui comme une technologie d'envergure mondiale contribuant à améliorer la qualité de vie de la population mondiale.

Résoudre des problèmes de diagnostic grâce aux rayons X

Avant le FCR, passer une radio signifiait soumettre le corps humain à des rayons X puis développer le film correspondant pour obtenir une image finie. Le processus était entièrement analogique. Les zones où les rayons X traversaient le corps plus facilement apparaissaient en noir sur l'image et celles où les rayons passaient moins facilement en blanc. Il était possible d'obtenir une image de l'intérieur du corps humain mais les paramètres photographiques pouvaient fortement varier selon les spécificités du patient et la partie du corps radiographiée. C'est pourquoi, les compétences et l'expérience du technicien en radiologie étaient déterminantes dans la qualité de l'image obtenue.

Pour les experts de Fujifilm, le diagnostic par radiographie laissait peu de place aux améliorations dans le domaine analogique tandis que d'autres technologies de diagnostic s'orientaient vers la numérisation. On craignait que les rayons X ne soient maintenus à l'écart de la révolution numérique, aussi les ingénieurs de Fujifilm ont-ils cherché impérativement à innover sous peine de voir ce marché leur échapper. Le traitement numérique des images a représenté une importante piste de développement. À l'époque, la NASA transmettait des images satellite de la Terre en s'appuyant sur la toute nouvelle science du traitement numérique. Les images étaient absolument splendides. La capture, le stockage et la transmission d'images radiographiques au format numérique pouvaient contribuer à une plus grande productivité. Le traitement numérique des images de diagnostic offrait l'espoir d'une valeur ajoutée considérable dans des applications très variées.

"Si nous traitons numériquement les images de radiologie médicales, nous réduirons considérablement les incohérences dans la qualité de l'image et nous pourrons offrir aux professionnels de santé un outil inestimable d'amélioration du diagnostic." Partant de ce constat, les ingénieurs de Fujifilm ont commencé à étudier les bénéfices potentiels des systèmes d'imagerie médicale numérique. Après de nombreux débats, ils ont posé les bases du FCR: le système enregistre les données radiographiques avec une plaque d'imagerie hautement sensible, les traite numériquement par ordinateur et permet leur affichage sur un écran d'ordinateur ou un film photographique.

1983 Premier FCR au monde

Quand la détermination mène à l'innovation

Le FCR s'est appuyé sur trois innovations de pointe. La première est la plaque d'imagerie hautement sensible qui permet de capturer les données radiographiques. La seconde est le dispositif de balayage optique qui applique un laser sur la plaque d'imagerie afin de convertir les données de l'image stockée en signaux numériques. Enfin, la troisième innovation est l'algorithme de diagnostic qui convertit le signal électrique provenant du dispositif de balayage en image diagnostique optimisée. Ces trois technologies sont réunies en un système d’imagerie de diagnostic unique.

À cette époque, Fujifilm était spécialisé dans les produits chimiques, la pellicule photographique étant son produit phare. Le développement d'un tel dispositif d'imagerie révolutionnaire, capable de capturer des données radiographiques avec une sensibilité, une vitesse et une densité si élevées, aurait impressionné plus d'une grande entreprise d'électronique. L'équipe de Recherche et Développement de Fujifilm, composée essentiellement de chimistes, a relevé ce défi majeur.

Dans le FCR, la plaque d'imagerie enregistre les données radiographiques sous forme de lumière dont la fluorescence varie selon l'intensité de la stimulation causée par les rayons X. Le système traite ensuite cette lumière comme une information. Pour atteindre une telle percée, les ingénieurs de Fujifilm devaient identifier le meilleur phosphore photostimulable pour la plaque d'imagerie. Ce fut un véritable défi car il existe plus d'un millier de phosphores. De plus, Fujifilm était quasiment novice dans ce domaine. Cependant, loin d'être découragés, les ingénieurs se sont attelés à la tâche avec entrain.

"Le meilleur phosphore existe, c'est à nous de le trouver." Poussés par la conviction inébranlable de trouver le phosphore permettant à la plaque d'imagerie d'enregistrer des images haute précision, les ingénieurs ont commencé leurs recherches. Leur détermination, qui tenait parfois de l'obsession, a fini par payer. Un très grand nombre de phosphores ont été testés, même ceux écartés par d'autres entreprises. Après deux ans de travail acharné, ils ont identifié le BaFRr comme étant le plus adapté pour la plaque d'imagerie du FCR.

La révolution du FCR se poursuit

En associant brillamment la plaque d’imagerie à d'autres innovations majeures, Fujifilm lance le FCR en 1983. Cette solution apporte alors immédiatement une contribution révolutionnaire aux établissements de santé à travers le monde.

En appliquant un traitement numérique optimisé selon la zone du corps radiographiée, le FCR produit des images beaucoup moins soumises au niveau de compétence et d'expertise du technicien en radiographie. Ces images sont plus lisibles et pertinentes pour l'établissement d'un diagnostic. Compte-tenu de la grande sensibilité de la plaque d'imagerie, de faibles doses de rayons X suffisent à l'obtention d'une image. Le système permet d'éviter la multiplicité des radiographies, au bénéfice du patient. Enfin, l'exploitation de données numériques ouvre le champ à bien d'autres applications. Les professionnels peuvent notamment extraire des données clés qu'ils ne pourraient par obtenir par le biais de radios classiques.

Les données numériques sont évidemment plus faciles à stocker, à échanger et à gérer, ce qui réduit les coûts du diagnostic et les tâches administratives de l'établissement de santé. Par ailleurs, tous les chaînons du système de gestion de l’information gagnent en rapidité. Internet gagnant du terrain dans le secteur de la Santé, Fujifilm a saisi cette opportunité pour lancer SYNAPSE en 2000, solution informatique simplifiant le partage des images numériques au sein et entre les établissements de santé. Depuis son lancement, Fujifilm a également conçu des systèmes DR (digital radiography, radiographie numérique) qui ne nécessitent pas de plaque d'imagerie.

La révolution médicale amorcée par le FCR poursuit sa trajectoire. S'appuyant sur une innovation constante, le FCR et les autres systèmes qui ont suivi sont devenus toujours plus puissants et incontournables.

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