Brevet FR2392651A1 — publié le 19781229

La présente invention concerne l'obtention d'images tridimensionnelles par plans de coupe de la distribution volumique d'un traceur radioactif. Cette distribution peut titre celle d'un organe humain sur lequel se sont fixEs des radio-isotopes L'invention concerne plus particulièrement un procédé d'obtention d'images tomographiques d'un objet constitué par un radio-traceur réparti spatialement sur trois dimensions du type selon lequel on utilise un dispositif de détection possédant une surface de détection sensiblement-plane et au moins un trou de collimation managé dans une paroi interposée entre la surface de détection et l'objet. lies méthodes de pratique courante a l'hdpital utilisant un collimateur multitrous parallèle ou le sténopé (trou unique biconique) donnent respectivement des projections parallèles et coniques de la distribution du traceur radioactif. tndépendamment de ce que la troisième dimension n'est pas obtenue, le contraste des images est effectivement souvent relativement faible, ce qui est une conséquence du fait que l'on n'a pas la troisième dimension et que l'on ne traite pas ces images.En effet, il est clair que si l'organe étudié a 10 cm d'épaisseur et que si on a dans cet organe un nodule non émetteur de 1 cm d'épaisseur noyé dans une région oui émet sur toute son épaisseur, le contraste nlest que de 10 ah. La présente invention a notamment pour but de répondre a ces deux préoccupations : localisation dans l'espace et obtention de bons contrastes. Ce but est atteint conformément à l'invention du fait que l'on obtient au moins une image tomographique d partir d'une série d'images intermédiaires de l'objet, chacune de ces images étant effectuée avec un trou de collimation particu lier d'une série de trous situés sensiblement dans un plan commun sensiblement parallèle au plan de déteetion,- l'objet étant dans une position particulière d'une série de p#ositions se déduisant l'une de l'autre par des translations sensiblement parallèles audit plan commun,# la position d'un point de repère de l'objet étant pour chacune de ces positions particulières, l'image du trou de collimation correspondant a cette position particulière, par une même homothétie dont le centre est situe dans la surface de détection du dispositif de détection et dont le rapport est a + ao où a et ao sont les distances du plan ao commun des trous de collimation, respectivement, audit point de repère et d ladite surface de détection. Avantageusement, on obtiens directement limage tomographique du plan P passant par le pO#nt de repère et parallèle au plan de détection, en effectuant une sommation des images inter- médiaires. Avantageusement, pour l'obtention d'une image tomegra- phique de 1 objet par un plan (Q) ne contenant pas le point de repère, on translate chaque image intermédiaire suivant le vecteur Ep a - aQ/aQ , où Ep est le vecteur de repérage du trou de collimation utilisé pour cette image intermédiaire, et aq la distance entre le plan commun des trous de collimation et ledit plan Q, avant de sommer lesdites images intermédiaires ainsi translatées. Avantageusement, on obtient une image tomographique ai. ao de l'un quelconque (Qi) de n plans parallèles au plan détection en utilisant n trous de collimation et en calculant un échan- tillonnage de ladite image oi (ai/ao r ) o à partir des InformatIons Sk obtenues, en utilisant la formule où ) > est le symbole de l'opération de convolution et S est la distribution de DIRAC. Ce procédé permet d'obtenir des coupes tomographiques avec une excellente résolution tridimensionnelle des images obtenues Ce procédé est avantageusement mis en oeuvre dans une installation caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de détection sur une surface sensiblement plane, un dispositif réalisant une série de trous de collimation utilisables sucessivement, ces trous étant répartis sensiblement sur un plan commun parallèle à la surface de détection, et un support pour ledit objet, ce support étant déplaçable en translation sensiblement parallèle audit plan commun. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre dé plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'une installation selon un mode de réalisation de l'invention - la figure 2 est une vue en plan de la plaque de collimation utilisée dans l'installation de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en plan du cache utilisé avec la plaque de collimation de la figure 2 - la figure 4 représente en coupe axiale un trou de collimation de la plaque de la -figure 2 - la figure 5 est un schéma bloc du dispositif de détection et des moyens de traitement de données utilisés dans-l'installation de la figure 1 ;; - la figure 6 est le schéma des diverses positions de l'objet à étudier, lors du fonctionnement de l'installation de la figure I ; et - la figure 7 est un schéma bloc du dispositif de détection des moyens de traitement de données suivant un autre mode de réalisation. L'installation représentée schématiquement sur la figure 1 comprend : un support 1 représenté schématiquement par un simple trait, portant un objet 2 constitué par une distribution tridimensionnelle de sources de rayonnement g , une plaque 3 en plomb - ou en tout autre matériau opaque au rayonnement cette plaque étant percée de plusieurs trous de collimation .4 et étant associée à un cache 5 muni d'un trou Sa, n ce cache permettant d'obturer - ou de recouvrir - tous les trous 41,... 4n , sauf un, ce cache 5 étant également en plomb ; et un dispositif de détection - ou X -caméra - représenté schématiquement sur la figure 1 par son plan de détection 6, ce dispositif fournissant, comme il est connu, une matrice de données constituant chacune une mesure de fa quantité de rayonnement & détectée en un point particulie#r du plan de détection 6. Le support 1, qui peut être un lit sur lequel est placé un malade, est prévu#déplaçable, par rapport à un châssis fixe 100, en translation dans un plan parallèle à un plan P coupant l'objet 2. Cet objet 2 est par exemple un organe humain dans lequel s'est fixé un traceur radio-actif. La plaque 3, le cache 5 et le plan de détection 6, sont parallèles au plan P, décalés par rappor#t à ce dernier et alignés suivant un axe 7 perpendiculaire à leurs plans. Dans le cas particulier du mode de réalisation représenté, les trous 41,...4n de la plaque 3 sont uniformément répartis suivant un cercle 8 concentrique à la plaque 3 qui est elle-même circulaire et placée de telle sorte que l'axe 7 la coupe en son centre 3a . Le cache 5 est lui-m#me circulaire, de même diamètre que la plaque 3 ; le cache 5 est disposé coaxialement par rapport à la plaque 3 et recouvre la face tournée vers l'objet 2, de cette dernière. Par une simple rotation du cache 5 dans son plan autour de son centre 5b, il est ainsi possible d'occulter tous les trous 4#1. ..4n de la plaque 3 sauf un trou 4p qui est précisémentmis en coincidence avec le trou-Sa du cache 5. Mais il doit être compris que le système forme par les éléments 3 et 5 peut être remplacé par tout autre système permettant de découvrir l'un après l'autre et à raison d'un à la fois, des trous de collimation coplanaires mais répartis de façon quelconque sur leur plan commun, ces trous étant ménagés dans une paroi opaque au rayonnement La plaque 3 est avantageusement montée de façon amovible à l'extrémité d'un tube en plcmb 9 faisant partie d'un ensemble télescopique 10 de tubes en plomb, reliant la plaque 3 au dispositif de détection-.Le cache 5 est monté par tout moyen approprié sur le tube 9, de manière à #pouvoir tourner dans son plan et autour de son centre 5b. Le dispositif de détection est fixe par rapport au chassis 100. Il en va de même pour les éléments 3, 5 qui, cependant, sont montés d position réglable le long de' l'axe 7 grâce a l'ensemble télescopique 10 dont l'extrémité opposée à ladite plaque 3 est fixée sur le corps de la 8 -caméra . Cette possibi lité de réglage de la position de la plaque 3 le long de l' axe 7 permet d'adapter l'appareillage au champ utile de l'objet Chaque trou 41,.. .4n de la plaque 3 présente avantageu n sement une section axiale de forme bîconique, tel que représenté à la figure da. A la figure 5, on a représenté schématiquement le dispositif de détection et les moyens de traitement des données fournies par ce dernier. Le dispositif de détection comprend un ensemb'e 120 de détecteurs élémentaires 12 détectant chacun la quantité de rayonnement & mesurée en un point particulier du plan 6 Les données recueillies par chaque détecteur élémentaire 12 sont transmises à une mémoire élémentaire 13 d'un ensemble-mémoire 130 Chaque mémoire 13 peut transmettre l'information qu'elle contient à un dispositif 14 qui, comme cela sera décrit ultérieurement, peut, soit être constitué seulement par un simple dispositif de visualisation et/ou de reproduction d'image, soit comprendre en plus un calculateur traitant les données d'entrée fournies par les mémoires 13, et transmettant une matrice de données, élaborée à partir de données d'entrée, à un dispositif de visualisation et/ou de reproduction d'image. Chaque détecteur 12 comprend un scintillateur - ou cristal de scintillation - et un photomultiplicateur. Le mode de fonctionnement de l'installation représentée aux dessins est maintenant décrit en référence aux figures 1 à 3 et 5 à 7. L'objet 2 est d'abord placé sur le support 1. Ce dernier se trouve alors dans une position initiale telle qu'un point quelconque M de l'objet, appelé après point de repère, soit situé dans le plan P et au point A1 d'un cercle 15 du plan P homothétique du cercle 8 de répartition des trous 41 .4 de la n plaque 3, le centre d'homothétie 0 se trouvant dans le plan 6 et le rapport d'homothétie étant égal à a + ao/ao , ao et a étant o les distances entre la plaque 3 et, respectivement, le plan 6 et le plan P.On découvre à l'aide du cache 5 celui des trous 41 4 dont le point A est l'image par la même homothétie ; n 1 dans l'exemple représenté ce trou homothétique est le trou On effectue alors un enregistrement de données pendant une durée prédéterminée a l'aide du dispositif de détection. Ces données, présentées sous la forme d'une matrice de données, constituent une image qui est mémorisée dans l'ensemble-mémoires' 130. On déplace alors l'objet 2 selon une translation parallèle au plan P telle que le point de repère M se trouve maintenant au point A2 du cercle 15, ce point A étant limage du trou 2 par l'homothétie définie ci-dessus. On effectue alors un deuxième enregistrement de données pendant la même durée prédéterminée mais en découvrant, cette fois-ci, le trou On répète n fois cette opération en positionnant a chaque fois l'objet 2 de telle sorte que le point M occupe suc cessivement les points A1,A2 ...A du cercle 15 et en découvrant n le trou correspondant 41 42' .4 dont ledit point A1,A2,...A n n ..... n est l'image par ladite homothétie. On recueille ainsi n matrices de données - ou n images intermédiaires - à partir desquelles il est possible, selon l'invention, d'obtenir une image de 1' objet 2 en coupe par l'un quelconque de plusieurs plans parallèles au plan P, et par le plan P lui-même. Ces images,# dites images tomographiques de l'objet 2, permettent de connaitre la distribution du traceur radio-actif à l'intérieur de l'objet 2. L'image tomographique de l'objet 2 par le plan P est obtenue simplement en sommant dans les mémoires 13 les données correspondant à chaque image intermédiaire et en soustrayant dans le soustracteur 16 de chacune des sommes élémentaires contenues dans les# mémoires 13 une quantité constante correspondant à la contribution dans les données recueillies des points de l'objet 2 se trouvant en dehors du plan P. La matrice de données ainsi obtenue est alors transmise à un dispositif dé visualisation et/ou de reproduction 17 (figure 7). L'image tomographique de l'objet 2 par un plan quelconque Q distinct du plan P, mais parallèle a ce dernier,peut entre obUn > de la façon suivante l'ensemble de détecteurs 120 transmet les données de chaque image intermédiaire a une mémoire tampon 18, qui à son tour, les transmet å un calculateur 19 ayant pour fonction de décaler - ou translater - chaque image intermédiaire d'un vecteur égal à -4 a aQaQ où S est le vecteur de repérage du aQ trou 4 utilisé pour cette image intermédiaire, et a la distance p entre la plaque 3 et le plan Q.Par vecteur de repérage d'un trou 4 on entend le vecteur dont le point d'arrivée est le centre p du trou 4p et dont le point de départ est un point fixe arbitraire du plan de la plaque 3. Chaque image intermédiaire ainsi translatée constitue une deuxième image intermédiaire ; comme précédemment pour les premières images intermédiaires, toutes les deuxièmes images intermédiaires sont sommées dans un-ensemble-mémoire 20 et l'on soustrait de chaque donnée de l'image somme ainsi obtenue, une quantité constante, à l'aide du soustracteur 21 avant de transmettre l'image finale ainsi obtenue dans un dispositif de visualisation et/ou de reproduction d'image 23. Bien entendu, la mémoire tampon 18 peut être interposée'entre les ensembles 120 et 130 et le calculateur 19 peut être branché de façon déconnectable entre ces éléments 18 et 130. Selon l'exemple représenté qui constitue un mode de réalisation préféré de l'invention, le point de repère M de l'objet 2 est sensiblement situé au centre de la section de cet objet 2 par le plan P et les points A1, A2W.,Ap ,..An qu'occupe successivement le point M sont uniformément répartis sur un cercle 15 dont le centre 15a se trouv#e sur l'axe 7 de l'installation, de sorte que le pôle -ou centre - de l'homothétie transformant le cercle 8 en le cercle 15 est précisément le point dtintersec- tion 0 de l'axe 7 avec le plan 6 (voir figures 1 et 6). Cependant, il est clair que l'invention ne se limite pas à ce mode de réalisation, mais s'étend au contraire à tous les procédés selon lesquels objet à étudier 2 est placé suc cessivement dans une série de positions se déduisant les unes des autres par des translations parallèles au plan P et selon lequel on utilise successivement l'un d'une série de trous de collimation 41,...4n (ou ensembles de trous 111,...11n) répartis de façon prédéterminée sur un même plan parallèle au point de repère M de objet 2 situé dans le plan P se déduisent chacune de la position du trou 41, .4 utilisé par une même n - homothétie dont le centre 0 est situé dans le plan de détection 6 Selon un autre mode de réalisation du procédé suivant l'invention, limage tomographique de l'objet 2 par l'un quelconque de n plans Qi parallèles au plan P (l'un de ces plans Qi pouvant être confondu avec la plan P) peut être- obtenue par le procédé suivant Soit S ( r ) l'image intermédiaire obtenue avec le p trou de collimation 4p, ai la distance du plan Qi à la plaque 3, #(r) la distribution de DIRAC et * le symbole indiquant l'opération de convolution, l'image tomographique oi ( r ) par le plan Qi est calculée à partir de la formule Ce calcul est aisé lorsque le nombre n de plans Q. choisi est égal au nombre de trous de collimation 4 utilisés. Dans ce p cas, le procédé de calcul peut Autre le suivant On transforme la relation (1) en un système de n équations linéaires a n inconnues par une transformation de Fourier des deux membres de cette relation. La résolution de ce système d'équation linéaire permet de calculer la matrice complexe d'échantillonnage de la fonction oi (aou/ai), cette dernière fonction étant la transformée de Fourier de la fonction oi (air/ao) constituant précisément l'image tomographique recherchée. En pratique, ce calcul pout & re réalisé au moyen d'un microprocesseur, d'un opérateur en logique cablée ou d'un ordinateur, ces dispositifs étant ci-après dénommés calculateurs. Ces opérations de calcul se déroulent de la manière suivante Les images intermédiaires sont d'abord enregistrées sous la forme de n matrices de données ||sipK|| dans une mémoire.Un premier calculateur élabore à partir de ces n matrices, les 2n matrices ||u ipK|| et ||v ipk|| suivantes telles que :: Un algorithme connu sous le nom de Fast Fourier Transform (FFT) mis au point par MLM. COOLEY et TUCKEY permet de réaliser très rapidement les deux opérations (2) et (3) indiquées cidessus. La transformée de Fourier de la relation (1) donne pour chaque valeur uo de la variable u le système dléquations linéaires suivant un deuxième calculateur résout ce système d'équations et fournit ainsi un échantillonnage de la fonction Oi(ao/ai u échantillonnage se présentant sous la forme d'une matrice de données. Il suffit alors de calculer l'inverse par la transformation de Fourier de cette.matrice de donnée pour avoir la matrice correspondant å l'image tomographique par le plan Q de l'objet 2. REVENDICATIONS 1. Procédé d'obtention d'images tomographiques d'un objet constitué par un radio-traceur réparti spatialement sur trois dimensions, du type selon lequel on utilise un dispositif de détection possédant une surface de détection sensiblement plane et au moins un trou de collimation ménagé dans une paroi interposée entre la surface de détection et l'objet, caractérisé en ce qu'on obtient au moins une image tomographique à partir d'une série d'images intermédiaires de l'objet , chacune de ces images étant effectuée avec un trou de collimation particulier d'une série de trous situés sensiblement dans un plan commun sensiblement parallèle au plan de détection, l'objet étant dans une position particulière d'une série de positions se déduisant l'une de l'autre par des translations sensiblement parallèles audit plan commun, la position d'un point de repère de l'objet étant, pour chacune de ces positions particulières, l'image du trou de collimation correspondant à cette position particulière, par une même homothétie dont le centre est situé dans la surface de détection a+a du dispositif de détection et dont le rapport est o où a o a et a sont les distances du plan commun des trous de collima o tion, respectivement, -audit point de repère et à ladite surface de détection. 2. Procédé selon la revendication lt caractérisé en ce qu'on obtient directement l'image tomographique du plan P passant par le point de repère et parallèle au plan de détection, en effectuant une sommation des images intermédiaires. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour l'obtention d'une image tomographique de l'objet par un plan (Q) ne contenant pas le point de repère, on translate chaque image intermédiaire suivant le vecteur EP a - Q où a0 Ep est le vecteur de repérage du trou de collimation utilisé pour cette image intermédiaire, et ~aQ la distance entre le plan commun des trous de collimation et ledit plan Q, avant de sommer lesdites images intermédiaires ainsi translatées. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on obtient une image tomographique ai Oi ( ------ r ) ao o de l'un quelconque (Qi) de n plans parallèles au plan détection en uti 1+ sant n trous de collimation et en calculant un-échantillonnage de ladite image Oi ( ai/ao r ) a o à partir des informations Sk(r) des n images intermédiaires obtenues, en utilisant la formule : où-* est le symbole de l4opêration#de convolution et 8 est la distribution de DIRAS. 5. Installation pour l'obtention d'image tomographique d'un objet tridimensionnel. constitué par# un radiotraceur conformément au procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérusée en ce qu'elle comprend un dispositif de détection sur une surface sensiblement plane, un dispositif réalisant une série de trous de collimation utilisables successivement, ces trous étant répartis sensiblement sur un plan commun parallèle a la surface de détection, et un support pour ledit objet, ce support étant déplaçable en translation sensiblement parallèle audit plancommun. 6. Installation selon la revendication 5, ca-ractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens pour positionner à distance réglable le plan commun des trous de collimatlon par rapport a la surface de détection. 7. Installation selon P'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que les trous de collimation sont ménagés dans une plaque fixée à l'extrémité d'un tube télescopique en matériau opaque au rayonnement du radiotraceur, ce tube télescopique étant fixé, à son autre extrémité, sur le corps du dispositif de détection.