Brevet FR2604048A1 — publié le 19880318

INSTALLATION DE RADIOLOGIE A CAMERA DE TELEVISION A ELEMENT DE PRISE DE VUES DE FAIBLE REMANENCE L'invention est relative à une installation d'imagerie, notam- ment pour la radiologie, comportant une caméra de télévision à dispositif de prise de vues ne présentant pas de rémanence ou une faible rémanence. Une installation de radioscopie comprend, en général, une caméra de télévision pour l'observation des images fournies par un amplificateur de luminance transformant une image aux rayons X en une image en lumière visible. La caméra permet l'observation des images sur un moniteur de type télévision. Dans une installation de radiologie dite "numérique" les signaux analogiques fournis par la camera sont convertis en signaux numériques, ce qui facilite le traitement des signaux afin, notamment, d'augmenter la qualité des images sur le moniteur. Dans ces installations de type numérique on utilise habituel- lement des tubes de prise de vues de type plumbicon ou saticon dont les éléments photodétecteurs ont une très faible rémanence. La rémanence d'un photo-détecteur est la propriété qu'a ce dispositif, après réception d'une impulsion lumineuse pendant une trame (image de télévison), de fournir à la trame suivante (ou aux trames sui- vantes)-après disparition de cette impulsion lumineuse-un signal électrique qui décroit avec le temps. Autrement dit, un photo- détecteur garde en mémoire pendant un certain temps le signal lumineux reçu. Une forte rémanence signifie une faible décroissance du signal avec le temps et, inversement, une faible rémanence signifie une forte décroissance du signal fourni par le dispositif de prise de vues. Une faible rémanence peut constituer un inconvénient gênant, notamment dans les installations de radiologie car, dans ces der- nières, on cherche à utiliser la plus faible dose possible de rayon- nement X pour le patient, ce qui a pour conséquence une diminution du rapport signal à bruit en raison des fluctuations d'origine quan- tique, et la rémanence, qui constitue une intégration dans le temps, limite ces fluctuations. C'est pourquoi dans les installations de radioscopie à tube de prise de vues de type plumbicon ou saticon on introduit artificiel- lement une rémanence à l'aide d'un filtre récursif. Ce filtre est, en général, réalisé à l'aide d'une programmation des moyens numériques de traitement. L'inventeur a constaté que-dans de telles installations de radiologie à caméra de télévision dont les éléments photo-détec- teurs ont une faible rémanence-les images mobiles présentaient un flou prohibitif alors que ce défaut est beaucoup moins apparent avec les installations de radiologie utilisant des caméras à tube Vidicon ou chalnicon. Partant de ces constatations, l'inventeur a découvert que la différence de comportement entre les caméras à faible et à forte rémanence provenaient du fait que dans les tubes du type vidicon à forte rémanence, cette rémanence varie avec le niveau du signal: elle est d'autant plus forte que le niveau est faible. En d'autres termes pour les forts signaux (en général les blancs) le maintien en mémoire est moins important que pour les faibles signaux. Cette propriété du tube vidicon est favorable à l'observation, par l'oeil humain, de l'image sur le moniteur de télévision. En effet, pour les zones sombres de l'image le bruit quantique est d'autant plus gênant que le signal est faible; en outre l'oeil est très sensible aux faibles luminosités: il sera donc plus gêné par les fluctuations dans les zones sombres que dans les zones claires de l'image. La rémanence plus forte dans les zones sombres que dans les zones claires constitue donc bien un avantage pour les zones sombres. Pour les zones claires la faible rémanence permet de limiter, pour les images mobiles, le trainage ou chevauchement de ces zones claires sur les zones sombres, ce qui diminue l'aspect de "filé", et donc de flou, de l'image. Jusqu'à présent avec un tube de prise de vues à faible rémanence on crée une rémanence artificielle indépendante du niveau, qui est suffisante pour diminuer le bruit, c'est-à-dire les fluctuations d'origine quantique, dans les zones sombres, mais insuf- fisante pour empêcher le flou des images mobiles. 1.5 Dans l'installation selon l'invention la rémanence artificielle est variable avec le niveau du signal. Avec un tube de type plumbicon ou saticon on choisira une rémanence artificielle plus importante pour les zones sombres que pour les zones claires. Pour les tubes dans lesquels le bruit est plus important dans les zones claires que dans les zones sombres la rémanence artificielle variera à l'inverse en fonction du niveau, c'est-à-dire qu'elle sera plus importante à fort niveau qu'à faible niveau. Dans ce qui suit, on ne décrira que des exemples de rémanence plus importante à faible niveau qu'à fort niveau. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention le filtre récursif est tel qu'il simule la rémanence du tube vidicon. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés, sur lesquels: La figure I représente un filtre récursif, la figure 2 est un diagramme de rémanence de deux tubes vidicon, la figure 3 est un diagramme représentant une fonction dépendant de la rémanence également pour deux tubes vidicon, la figure 4 reproduit le diagramme de la figure 2 avec, en plus, un diagramme analogue pour un tube plumbicon associé à des filtres selon l'invention, la figure 5 reproduit le diagramme de la figure 3 avec, en plus, un diagramme analogue pour un tube plumbicon associé à d'autres réalisations de filtre selon l'invention, et la figure 6 est un diagramme analogue à celui de la figure 4 mais pour un tube plumbicon associé à des variantes de réalisation de filtre selon l'invention. L'exemple qu'on va décrire en relation avec les figures se rapporte à une installation de radiologie numérique comprenant une caméra de télévision de type plumbicon. Dans une telle installation le signal analogique correspondant à chaque point de l'image est converti en un signal numérique qui peut subir diverses transformations avant d'être reconverti en un signal analogique appliqué sur un moniteur de télévision. Parmi les traitements que subissent les signaux numériques on prévoit celui permettant de conférer une rémanence artificielle. Ce traitement est effectué à l'aide d'un filtre récursif représenté sur la figure 1. Ce filtre présente un premier modulateur 10 dont l'entrée 101 reçoit le signal xn d'entrée du filtre et dont le signal sur la sortie 102 est la fonction fi (xn) du signal d'entrée..La sortie 102 du modulateur 10 est raccordée à la première entrée 111 d'un addi- tionneur 11 dont la seconde entrée 112 reçoit le signal de sortie f2 (Yn1) d'un second modulateur 12 dont l'entrée 121 est reliée à la sortie 113 de l'additionneur par l'intermédiaire d'une mémoire de trame 13. Le signal Yn en sortie de l'additionneur 11 constitue le signal de sortie du filtre. Le signal Y n-1 à l'entrée 12 1 du second modulateur 12 cor- respond au signal qui se présentait sur la sortie 113 à la trame précédente. Le signal Yn en sortie du filtre satisfait à la relation suivante (1) Yn = fl (Xn) + f2 (Yn-I) Un signal x constant à l'entrée du filtre doit se retrouver en sortie. Il en résulte que les fonctions f et f2 doivent satisfaire à la condition suivante (2) x = f (x) + f2(x) Habituellement un filtre récursif est du type linéaire, c'est-à- dire que les fonctions fl et f2 sont: (3) fl (x) = (1-) x 3(4) f2 (x) x (4) f2 (x) =Xx rémanence. L'invention prévoit de conférer une nonlinéarité au filtre récursif. Cette non-linéarité est déduite d'une analyse, qui a été effectuée dans le cadre de l'invention, du comportement des tubes vidicon. Cette analyse est exposée ci-après. Dans le cadre de cette analyse, pour simplifier, on suppose que le signal de valeur maximum est I et que le signal minimum est O. On assimile un tube vidicon à un filtre récursif. Avec un tel filtre lorsque le signal d'entrée passe de la valeur maximum I à la valeur minimum 0 le signal de sortie est (5) n = f2 (Yn-I) + fl (0) Sur le diagramme de la figure 2 on a porté en abscisses les numéros de trames et en ordonnées le niveau du signal (compris entre 0 et 1). Ces ordonnées sont de type logarithmique. On a étudié deux tubes vidicon, l'un de type XQ 1290 et l'autre de type XQ 1395. Pour chacun de ces tubes on a mesuré le signal y n à chaque trame et on a relié les divers points. Pour le tube vidicon XQ 1290 on obtient ainsi la courbe 15 et pour le tube XQ 1395 on obtient la courbe 16. On constate que le rapport nj décroit lorsque n augmente, c'est-à-dire que la rémanence augmente avec n. Autrement dit encore, la rémanence augmente lorsque le niveau du signal diminue. On caractérise cette rémanence variable avec le niveau par les deux paramètres suivants: (6) A = Yn + pour n grand, et yn (7) Y' yo X est un paramètre caractéristique de la rémanence à faible niveau et un paramètre représentant la rémanence à fort niveau. Sur le diagramme de la figure 2, Xcorrespond à la pente de la courbe ou 16 pour les numéros élevés de trame etrf à la pente de cette courbe 15 ou 16 à l'origine. Pour caractériser le comportement du tube lorsque le signal d'entrée est ramené de I à 0 l'inventeur a été amené à définir une fonction g (x) telle que: (8) f2 (x) = x Éî-g x) +p g (xJ Avec: g(O) = 0, et g(l) = 1. Pour les faibles valeurs de x (faible niveau du signal) on obtient: (9) f (x) = x Pour x = 1 (les forts niveaux du signal) on obtient (10) f2 (1) =1 x On voit qu'ainsi la fonction g (x) caractérise bien le passage du comportement de la rémanence de faible niveau à la rémanence de fort niveau. Cette fonction g (x) peut se déduire de la courbe 15 ou 16 (tracée expérimentalement) à partir de la relation suivante: (11) g (> = [ (: Cette relation (11) résulte, d'une part, de la formule (8) qui amène la relation suivante: (12) g() _X __ et, d'autre part, de la relation (5) cidessus, de laquelle on déduit: (13) f2 (Yn - 1) = yn - fl (0); dans cette dernière relation f l(O) s'écrit: (14) f (0) = 0 -f2 (0) = 0; d'o: (15) f2 (Yn-4) - Yn À r- ' - Yn-1 Yn-1 Ce qui justifie ainsi la relation (11). Sur le diagramme de la figure 3 on a porté en ordonnées la fonction g (x) et en abscisses la variable x. La courbe 17 correspond au tube vidicon XQ 1290 et la courbe 18 au tube vidicon XQ 1395. Selon l'invention on prévoit un filtre récursif associé à un tube plumbicon qui présente des fonctions de modulation f1 et f2 se déduisant des courbes 17 ou 18 ou d'approximations de ces courbes. Autrement dit, on prévoit des filtres récursifs à fonctions fl et f2 permettant de simuler le comportement des tubes vidicon. 2604048. Dans une première réalisation, très simple, on assimile les courbes 17 et 18 à des droites, c'est-à-dire qu'on effectue une approximation linéaire telle que: (16) g(x)=x Dans ces conditions: (17) fl(x) = () x2+ (I-\)x (18) f2(x)= (.) x2 + x De la formule (11) ci-dessus on déduit la loi de rémanence liant yn + 1 et Yn: (19) Yn+ 1 =( +' Y Sur le diagramme de la figure 4, analogue à celui de la figure 2, on a reporté les courbes 15 et 16 ainsi que les courbes 15' et 16' qui correspondent à l'approximation linéaire, ces courbes ayant été calculées à l'aide de la formule (19) ci-dessus. On constate que les courbes 15' et 16' ont pour les grands numéros de trame, c'est-à-dire pour les faibles niveaux, une pente sensiblement plus importante que les courbes 15 et 16. Ainsi à faible niveau de signal la rémanence risque d'être insuffisante. C'est pourquoi on préfère une approximation de la fonction g (x) du type de celle représentée sur la figure 5 qui est un diagramme analogue de celui de la figure 3 et sur- lequel on a reporté les courbes 17 et 18 représentant les fonctions g (x) pour les tubes vidicon XQ 1290 et XQ 1395 et on a tracé les courbes 17' et 18' dont chacune est formée de trois segments et constitue une approximation d'une courbe, 17 ou 18. Ainsi la courbe 17' présente un premier segment 17'1 sur l'axe des abscisses délimité par l'origine O et le point M1 d'abscisse x1. Le second segment 17'2 est un segment de droite dont les points d'extrémité sont, d'une part, le point Ml et, d'autre part, un point M2 de coordonnées x2 et Y2Le troisième segment 17'3 relie le point M2 au point M3 de coor- données: x = l, y l. Autrement dit, cette approximation de la courbe g (x) peut être définie de la façon suivante: (20) o4x.4xI g(x) = O (21) xx g (x).-, (X - X1) Y2 x -x1 (22) x2(x C.J 2 i g (x):] x2 y (22) x2x1 g(x) (x x2) (1 Y2 + Y2 Le résultat obtenu avec une telle approximation est tout à fait satisfaisant car la loi de rémanence obtenue de cette manière est pratiquement identique à la loi de rémanence pour le tube vidicon. Pour cette approximation on fait appel à cinq paramètres ">,, XII X2 et Y2. On peut simplifier cette approximation en ne mettant en oeuvre que quatre paramètres. Cette approximation consiste à disposer le segment 17'3 (M2 M3) avec une direction parallèle à l'axe des abscisses. Autrement dit, le point M2 a alors pour coordonnées X2 et l. Dans ce cas g (x) est défini par les formules suivantes: (23) o xN g(x) = O 1/ - x1_x (24) x1xx2 g(x) x2 - (25) x2 xi g (x) 1 Dans ce cas les quatre paramètres \. ,1> x et x2, qui définissent le filtre récursif ont tous une signification physique Nest la rémanence à faible niveau, r la rémanence à fort niveau, xIest la limite supérieure des faibles niveaux et x2 la limite inférieure des forts niveaux. Le diagramme de la figure 6 correspond à cette approxi- mation. Il est analogue à celui de la figure 2. On a d'ailleurs reporté les courbes 15 et 16 sur cette figure 6. La courbe 15", correspondant à5 à l'approximation pour le tube vidicon XO 1290, est confondue avec la courbe 15. Pour la courbe 16" correspondant à la simulation du tube XQ 1395 la différence de comportement est pratiquement négligeable. Pour réaliser les modulateurs 10 et 12 (figure 1) on utilise par exemple des mémoires du type table de correspondance. Pour la mémoire ou table 10, la fonction fl (x) est (dans le cas de l'approximation de g (x) sur 3 segments dont le dernier est parallèle à l'axe des abscisses): (26) fl(x)=x El- -)(l -g(x))+(l-)g(xg Pour le module ou table 12 la fonction f2 (x) est (27) f2 (x) = x (- g (x)) +g (x On sait que les signaux vidéo transmis à un moniteur de télévision doivent présenter une correction de gamma. Cette cor- rection de gamma est soit effectuée avant le filtre, c'est-à-dire avant l'entrée 101, soit effectuée dans le filtre lui-même par modification du modulateur 10, c'est-à-dire de la seule fonction fl' Dans ce cas, au lieu de prendre pour la fonction f1 celle qui est par exemple définie cidessus en (26) on utilise la fonction: (28) fr(x)= fl 1C(xI Dans cette formule [' (x) est la correction de gamma. Enfin, on a constaté que, sous certaines conditions et dans certains cas, notamment avec un filtre récursif défini à partir de la fonction g (x) à trois segments dont le troisième segment M2 M3 est parallèle à l'axe des abscisses, on obtenait une saturation gênante du signal, c'esv-à-dire que le signal de valeur maximum en sortie peut dépasser la valeur 1. Une telle situation intervient notamment lors d'une transition brusque de 0 à 1. Pour remédier à cet inconvénient, c'est-à-dire pour que le signal de sorties reste toujours inférieur à 1 on a calculé que les quatre paramètres,,p,x1 et x2 qui définissent le filtre récursif doivent satisfaire aux conditions suivantes XI xM Si: F Xri ilfaut: >/ + Si: si >, , I -VZ_ il x,1 il faut:,L x4 Dans ces formules Ytest la valeur maximum du signal. Z604048 REVENDICATIONS 1. Installation d'imagerie, notamment pour la radiologie de type numérique, comprenant une caméra de télévision à élément de prise de vues sans rémanence ou à faible rémanence, avec un moyen, tel qu'un filtre récursif (10, Il, 12, 13), pour produire une rémanence du signal d'images fourni par la caméra, caractérisée en ce que le moyen est tel que la rémanence varie avec le niveau du signal. 2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que la rémanence est la plus importante pour les faibles niveaux du signal. 3. Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce que le moyen introduisant une rémanence est tel que l'ensemble formé par la camera ce moyen a le même comportement de rémanence qu'un tube de ty;:e vidicon ou chalnicon. 4. Installation selon la revendication 2 ou 3 comprenant un filtre récursif présentant un modulateur (10) du signal d'entrée relié à une première entrée (111) d'un additionneur (11) dont la sortie (113), qui constitue la sortie du filtre, est reliée à une mémoire de trame (13) connectée à la seconde entrée (112) de l'additionneur par l'intermédiaire d'un second modulateur (12), caractérisée en ce qu'on choisit les fonctions (fi et f2) des premier (10) et second modu- lateurs (12) de façon à conférer ladite rémanence variable avec le niveau du signal. 5. Installation selon la revendication 4 caractérisée en ce que la modulation f2 introduite par le second modulateur (12) est définie par la fonction: (8) (8) f2 (x) = x (l - g (x)) +[I g (x) formule dans laquelle x est le rapport du signal appliqué sur l'entrée du second modulateur à la valeur maximum du signal d'entrée,, et [ sont des constantes, et g (x) est une fonction linéaire de x, satisfaisant aux conditions: g (0) = 0, et g(l) = 1. 6. Installation selon la revendication 5 caractérisée en ce que: g (x) = x 7. Installation selon la revendication 5 caractérisée en ce que la fonction g (x) est définie de la façon suivante: (20) O x. x g 0 (21) x 1Lx M (x -x) Y2 -x m2 - x1 (22) x.; L'1 g = 1 - x2 Y2 2 -X2 xl, x2 et Y2 étant des constantes. 8. Installation selon la revendication 5 caractérisée en ce que la fonction g (x) est définie de la façon suivante: (23) o x:x1 g=o x - x1 (24) xgx x gx 2l '.x2 x1 (25) x t 1 g x et x étant des constantes. 1 2 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 8 caractérisée en ce que la fonction fl du premier modulateur (10) contient la correction de gamma. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes caractérisée en ce que la caméra comporte un tube de type plumbicon ou saticon. 11. Filtre récursif pour installation selon l'une quelconque des revendications précédentes.