Brevet FR2803916A1 — publié le 20010720

Procédé et dispositif d'imagerie par rayons ionisants . La présente invention est relative aux procédés et dispositifs d'imagerie par rayons ionisants, en particulier dans les applications d'imagerie médicale ou de contrôle non destructif, notamment par rayons X ou éventuellement par rayons (3 ou y (radiographie, tomographie, scanner, etc.). Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé d'imagerie par rayons ionisants, comportant les étapes suivantes - faire générer un signal de détection S(t) (électrique ou lumineux) par au moins une cellule de détection, ce signal de détection comprenant une succession de signaux élémentaires de détection s(t) générés par la cellule de détection à chaque fois que ladite cellule de détection détecte un rayon ionisant provenant d'une certaine zone d'observation et ayant une énergie comprise dans une plage de valeur prédéterminée, - et traiter le signal de détection S(t) pour obtenir au moins une mesure de flux de rayons ionisants détecté par la cellule de détection pendant une période de mesure T, de façon à générer une image de la zone d'observation, cette image comportant au moins un point affecté d'une certaine valeur d'intensité qui est fonction d'au moins ledit flux de rayons ionisants mesuré par la cellule de détection pendant la période de détection. Un procédé de ce type est divulgué par exemple dans le document EP-A-0 845 687. On notera que l'image susmentionnée peut - être réduite à un point, auquel cas il s'agit d'une simple mesure du flux de rayons ionisants, - ou comporter un grand nombre de points en deux dimensions (ou éventuellement en trois dimensions), auquel cas elle peut donner une représentation visuelle de la zone d'observation. On notera également que la valeur d'intensité susmentionnée, qui en radiographie ou tomographie donne généralement une indication sur la densité des tissus traversés par les rayons ionisants, peut être fonction d'une seule mesure du flux de rayons ionisants, ou bien résulter d'une combinaison de plusieurs mesures (notamment dans le cas où le procédé selon l'invention est appliqué à un scanner). Dans les procédés connus de ce type, le traitement du signal de détection comprend généralement une intégration sur le temps de mesure T, donnant une certaine valeur de signal intégré qui est proportionnelle au nombre et donc au flux de rayons ionisants détectés pendant la période de mesure. Cette méthode de mesure donne satisfaction pour les flux élevés de rayons ionisants. Mais pour les faibles flux de rayons ionisants (par exemple inférieurs à 1 million de coups par seconde), cette méthode donne de moins bons résultats du fait de l'augmentation du bruit relatif. Par ailleurs, on connaît également des procédés d'imagerie par rayons ionisants dans lesquels on n'intègre pas le signal de détection, mais on compte les signaux élémentaires de détection générés par la cellule de détection, ce qui permet de compter directement les rayons ionisants ayant interagi avec ladite cellule de détection. Un tel procédé a été divulgué par exemple par Babichev et al. (Digital radiographic installation for medical diagnostics, Institute of Nuclear Physics, Novosibirsk, 1989). Ces procédés d'imagerie par comptage direct donnent de bons résultats pour de faibles flux de rayons ionisants, mais de mauvais résultats pour les flux élevés (par exemple supérieurs à quelques millions de coups par seconde), dès lors que les détections de rayons ionisants par la cellule élémentaire de détection sont si rapprochées qu'on ne peut plus faire la discrimination entre deux signaux de détection élémentaires successifs. Ainsi, il n'existe pas à l'heure actuelle de procédé d'imagerie par flux de rayons ionisants qui donne d'aussi bons résultats à bas flux qu'à haut flux de rayons ionisants. La présente invention a donc pour but de proposer un procédé d'imagerie par rayons ionisants qui permette d'obtenir une mesure fiable du flux de rayons ionisants, avec un rapport signal/bruit maximal, sur une très large plage de flux. A cet effet, selon l'invention, un procédé du genre en question est caractérisé en ce qu'à chaque période de mesure, on effectue simultanément une paire de mesures du flux de rayons ionisants détecté par la même cellule de détection, savoir - une première mesure f1 proportionnelle à l'intégrale du signal de détection S(t) généré par la cellule de détection pendant la période de mesure T, - une deuxième mesure f2 proportionnelle au nombre de signaux de détection s(t) successifs pendant la même période de mesure T, et en ce que la valeur d'intensité de chaque point de l'image est une fonction prédéterminée d'au moins une paire de première et deuxième mesures f1, f2 correspondant à ce point, cette fonction prédéterminée donnant une prépondérance croissante à la première mesure f1 par rapport à la deuxième mesure f2 lorsqu'une première estimation fe du flux de rayons ionisants augmente, laquelle première estimation est fonction d'au moins une des première et deuxième mesures f1, f2 (la fonction prédéterminée en question peut être représentée notamment par une formule mathématique ou par une abaque). Grâce à ces dispositions, on obtient une mesure fiable du flux de rayons ionisants sur une large plage de valeurs du flux (par exemple de 0 à 10 millions de coups par seconde). De plus, la fiabilité de cette mesure, et notamment son rapport signal/bruit élevé, permettent de diminuer les doses de rayons ionisants incidents, ce qui est de la plus haute importance notamment dans les applications médicales. On peut ainsi espérer diviser par 2 ou 3 les doses délivrées aux patients en tomographie. Dans des modes de réalisation préférés du procédé selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - la valeur d'intensité est fonction uniquement de mesures de flux de rayons ionisants correspondant à un même point de la zone d'observation ; - la valeur d'intensité dudit point de l'image est fonction d'une valeur de flux f de rayons ionisants déterminée par la formule f = k. [a. f1 + (1-a) . f2] , où X est un coefficient constant prédéterminé, a est une fonction croissante (continue ou non, et comportant éventuellement des paliers horizontaux), comprise entre 0 et 1 (en atteignant ou non les valeurs 0 et 1), de ladite première estimation fe du flux f ; - oc est une fonction continue de fe ; - a est une sigmoïde de Boltzman, de formule a, = 1-1/ [ l+exp ([fe-f0] /,Af) ] , où f0 et df sont deux valeurs prédéterminées dites respectivement valeur de transition et largeur de transition ; - fe est égale à f1 (en effet, l'écart entre f et f1 à bas flux est inférieur à l'écart entre f et f2 à haut flux, de sorte qu'on obtient ainsi une première estimation relativement fiable du flux f) ; - l'image comporte plusieurs points affectés chacun d'une valeur d'intensité qui est fonction de plusieurs paires de mesures de flux de rayons ionisants correspondant respectivement à plusieurs points adjacents de la zone d'observation ; - la valeur d'intensité de chaque point de l'image est fonction d'une paire de mesures de flux de rayons ionisants correspondant à un même point de la zone d'observation, et de première et deuxième valeurs de gradient correspondant respectivement aux première et deuxième mesures au voisinage dudit point de la zone d'observation. Par ailleurs, l'invention a également pour objet un dispositif d'imagerie par rayons ionisants, comportant - au moins une cellule de détection adaptée pour interagir avec les rayons ionisants ayant une énergie comprise dans une plage de valeurs prédéterminée et pour générer un signal de détection S(t) comprenant une succession de signaux élémentaires de détection s(t), la cellule de détection étant adaptée pour générer un signal de détection élémentaire s(t) à chaque fois que ladite cellule de détection détecte un rayon ionisant provenant d'une certaine zone d'observation et ayant une énergie comprise dans une plage de valeur prédéterminée, - et des moyens de traitement adaptés pour traiter le signal de détection S(t) pour obtenir au moins une mesure de flux de rayons ionisants détecté par la même cellule de détection pendant une période de mesure T, de façon à générer une image de la zone d'observation, cette image comportant au moins un point affecté d'une certaine valeur d'intensité qui est fonction d'au moins ledit flux de rayons ionisants mesuré par la cellule de détection pendant la période de détection, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent des moyens de mesure pour effectuer simultanément deux mesures du flux de rayons ionisants à chaque période de mesure, savoir - une première mesure fi proportionnelle à l'intégrale du signal de détection S(t) généré par la cellule de détection pendant la période de mesure T, - une deuxième mesure f2 proportionnelle au nombre de signaux de détection s(t) successifs générés par la cellule de détection pendant la période de mesure T, et en ce que lesdits moyens de traitement comprennent en outre des moyens de calcul pour déterminer la valeur d'intensité de chaque point de l'image comme une fonction prédéterminée d'au moins une paire de première et deuxième mesures fi, f2 correspondant à ce point, cette fonction prédéterminée donnant une prépondérance croissante à la première mesure fi par rapport à la deuxième mesure f2 lorsqu'une première estimation fe du flux de rayons ionisants augmente, laquelle première estimation est fonction d'au moins une des première et deuxième mesures fi, f2. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins - la figure 1 est un schéma de principe représentant un dispositif d'imagerie radiographique selon une première forme de réalisation de l'invention, - la figure 2 est un schéma bloc représentant le dispositif de mesure de flux de rayons ionisants appartenant au dispositif d'imagerie de la figure 1, - la figure 3 est un schéma bloc représentant le dispositif de mesure correspondant à l'une des cellules de détection du dispositif de la figure 2, - la figure 4 est un graphe donnant un exemple de la fonction de mélange a des deux mesures générées par le dispositif de mesure de la figure 3, - la figure 5 est un graphe donnant le rapport signal/bruit des deux mesures générées par le dispositif de la figure 3 et de la mesure du flux de rayons ionisants résultant du mélange de ces deux mesures, - et la figure 6 est une vue schématique d'un dispositif de tomographie, selon une deuxième forme de réalisation de l'invention. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. La figure 1 représente très schématiquement un dispositif d'imagerie médicale 1, en l'occurrence un dispositif de radiographie par balayage. Le dispositif d'imagerie 1 comprend une source de rayons ionisants 2, en l'occurrence des rayons X, déplaçable dans la direction 3, et un dispositif de mesure de flux de rayons ionisants 4. Ce dispositif de mesure 4 comprend - un détecteur 5 mobile avec la source 2 dans la direction 3, ce détecteur pouvant être un détecteur gazeux tel que l'un de ceux présentés dans les document FR-A-2 749 402, FR-A-2 754 068 ET FR-A-2 739 941 ou un détecteur solide tel que celui présenté dans le document EP-A-0 845 687, et le détecteur 5 comprenant une série de cellules de détection alignées perpendiculairement à la direction 3 dans le cas présent (les cellules de détection pourraient éventuellement être disposées selon deux dimensions, selon un plan qui fait face à la source 2, - un dispositif de traitement 6 qui peut être solidaire du détecteur 5 et qui génère, respectivement par intégration et par comptage, deux mesures f1 et f2 du flux de rayons ionisants pour chaque cellule de détection composant le détecteur 5, - et un ordinateur 7 (COMP.) qui communique avec le dispositif de traitement 6 et qui est programmé pour calculer une estimation fiable du flux f pour chaque cellule de détection, comme il sera expliqué ci-après (en variante, cette estimation pourrait être calculée par un circuit spécifique à chaque cellule de détection). Par ailleurs, le dispositif d'imagerie 1 comporte en outre un collimateur 8, mobile avec la source 2 dans la direction 3 et interposé entre cette source 2 et le détecteur 5, ce collimateur comportant du plomb ou similaire pour arrêter les rayons X, sauf au niveau d'une mince fente 9 dudit collimateur, pour laisser passer vers le dispositif de mesure 4 uniquement un faisceau 10 de rayons ionisants compris dans un plan. Enfin, l'ordinateur 7 est programmé pour générer une image d'un patient 11 ou autre, interposé entre le collimateur 8 et le détecteur 5, en fonction des mesures du flux de rayons ionisants au niveau de chaque cellule de détection, de façon connue en soi. Cette image est ensuite présentée sur un écran 12 relié à l'ordinateur. Comme représenté sur la figure 2, le dispositif de traitement 6 comporte - une horloge H qui détermine le début de la période de mesure T, au cours de laquelle est générée une ligne de l'image radiographique dans le cas présent, - des circuits de mesure Ml, M2, ...Mi, ... Mn qui dans l'exemple considéré sont reliés à n électrodes El, E2, ...Ei, ... En (notamment cas des détecteurs gazeux), constituant les cellules de détection et délivrant chacune un bref signal de détection s(t) sous la forme d'un courant électrique lorsqu'elles détectent un rayon X, la suite des signaux de détection élémentaires délivrés par chaque cellule de détection pendant la période de détection T formant le signal de détection S(t) généré par ladite cellule de détection, et chacun des circuits de mesure délivrant deux signaux logiques de sortie correspondant aux première et deuxième mesures susmentionnées f1, f2 pour la cellule de détection correspondante, - et un multiplexeur MUX ou autre interface reliée à l'ordinateur 7 pour lui permettre de lire les mesures Q, N de chaque cellule de détection. Comme on peut le voir sur la figure 3, chaque circuit de mesure Mi peut comporter par exemple - un intégrateur 13 dont l'entrée est reliée à la cellule de détection correspondante Ei, cet intégrateur comprenant un condensateur 14 pour accumuler une charge électrique Q correspondant à l'intégrale du signal S(t) pendant la période de mesure T, - un convertisseur analogique-digital ADC pour lire la charge Q, ce convertisseur analogique-digital étant commandé par le signal de l'horloge H, - un commutateur électronique 15 qui est commandé par le signal de l'horloge H à travers un circuit de temporisation 16 introduisant une temporisation de T, pour remettre à zéro le condensateur 14 à la fin de chaque période de mesure, - une sortie 17 reliée au convertisseur analogique-digital ADC pour communiquer avec l'ordinateur 7 par l'intermédiaire de l'interface MUX, - un dérivateur 18 relié à la sortie de l'intégrateur 13, - un circuit de mise en forme d'impulsions ("shaper") 19 relié à la sortie du dérivateur 18, - un comparateur 20 relié à la sortie du "shaper" 19, - un compteur CN relié à la sortie du comparateur 20 pour compter le nombre de signaux de détection élémentaires générés par la cellule de détection Ei (donc le nombre de rayons X détectés par cette cellule) pendant chaque période de mesure T, ce compteur CN étant démarré par le signal de l'horloge H et arrêté par la sortie d'un circuit de temporisation 21 introduisant une temporisation de T, - et une sortie 22 reliée à l'interface MUX pour communiquer le nombre de détections N à l'ordinateur. A partir de ces données, l'ordinateur 7 calcule la mesure f du flux de rayons ionisants détectés par chaque cellule de détection E1-En, par la formule f [a. f1 + (1-(x) . f2] , où est un coefficient prédéterminé, égal par exemple à 1, - f1 = Q/(q.T), q étant une valeur moyenne prédéterminée (par exemple lors d'un étalonnage du détecteur) de l'intégrale du signal de détection élémentaire s(t) généré par chaque cellule de détection chaque fois qu'elle détecte un rayon X, - f2 = N/T, - a est une fonction croissante, de préférence continue, comprise entre 0 et 1, d'une première estimation fe du flux f, laquelle première estimation est établie en fonction d'au moins une des première et deuxième mesures Q, N (en pratique, on utilise fe = f1). La fonction a(fe) peut avantageusement être une sigmoïde de Boltzman (représentée sur le graphe de la figure 4), de formule a = 1-1/[l+exp([fe-f0]/Af)], où f0 et Af sont deux valeurs prédéterminées dites respectivement valeur de transition et largeur de transition, valant respectivement 1 MHz (soit un million de coups par seconde) et 0,1 MHz dans l'exemple de la figure 4. On obtient ainsi un excellent rapport signal/bruit de la mesure f sur une très large plage de mesure allant par exemple de 0 à 10 MHz, comme représenté par la courbe 25 sur la figure 5, comparé au rapport signal/bruit de f1 (courbe 23) et de f2 (courbe 24). Les différentes mesures f de chaque cellule de détection sont mémorisées par l'ordinateur 7 pour les différentes périodes de détection T successives au fur et à mesure du balayage de tout ou partie du patient 11 par le faisceau 10 de rayons X, après quoi l'image radiologique du patient est restituée à l'écran 12 et/ou imprimée, le cas échéant après des traitements d'image connus en soi. Les différents points de cette image correspondent chacun à une paire de mesures par comptage et intégration effectuées par les différentes cellules de détection, chaque point de l'image étant affecté d'une valeur d'intensité qui est proportionnelle à la valeur f susmentionnée et qui se traduit par exemple par des niveaux de gris différents. En variante, il serait possible de réaliser une première image à partir des seules mesures par intégration et une deuxième image à partir des seules mesures par comptage, puis de combiner ces deux images par une méthode plus complexe faisant intervenir pour chaque point de l'image finale, non seulement les deux mesures de flux de rayons ionisants effectuées en ce point, mais également les mesures effectuées en des points voisins. Par exemple, la valeur f en chaque point peut être une fonction F - des mesures f1, f2 effectuées simultanément en ce point, - et des gradients respectifs de ces mesures (en fait le module du gradient) en ce point, ce qui fait intervenir les points voisins du point en question. La fonction F peut être déterminée empiriquement, une fois pour toutes pour chaque type de dispositif d'imagerie, à partir d'un grand nombre de mesures expérimentales faisant intervenir par exemple des objets de matériaux différents connus et de formes différentes connues, notamment des objets en forme de coins. A partir de ces mesures, la fonction F serait optimisée pour que le rapport grad (f)/var (f) soit maximal. La fonction F ainsi déterminée pourrait notamment être du type f (x, y) = F (f1 (x, y) , f2 (x, y) , grad f1 (x, y) , grad f2 (x, y)) , par exemple f (x, y) = a (f1 (x, y) , f2 (x, y) , grad f1 (x, y) , grad f2 (x, y)) . f1 (x, y) + [1-oa (f l (x, y) , f2 (x, y) , grad f1 (x, y) , grad f2 (x, y)) ] . f2 (x, y), où x,y sont les coordonnées de chaque point de l'image. Par ailleurs, l'invention serait également applicable à un scanner, tel que par exemple celui représenté très schématiquement sur la figure 6. Dans ce cas, la source radioactive 2 et/ou au moins une partie du dispositif de traitement 6 peuvent par exemple être portées par un support 26 qui pivote autour d'un axe X par exemple horizontal, et le patient 11 peut également être déplacé horizontalement selon l'axe X, de façon à réaliser des vues "en coupe" successives dudit patient. Pour réaliser chacune de ces vues "en coupe", le dispositif 6 envoie à l'ordinateur 7 des paires de mesures de flux de rayons ionisants obtenues au fur et à mesure des rotations successives du support 26, les mesures de chaque paire étant obtenues respectivement par intégration et par comptage. Ces paires de mesures peuvent être utilisées directement pour obtenir une seule valeur de flux de rayons ionisants par cellule comme décrit précédemment, puis on combine de façon connue en soi les mesures successives des différentes cellules (correspondant à des vues de la zone observée du patient sous plusieurs angles successifs) pour obtenir ladite vue en coupe. En variante, pour chaque vue en coupe, il serait également possible de réaliser une première image à partir des seules mesures par intégration et une deuxième image à partir des seules mesures par comptage, puis de combiner ces deux images comme décrit précédemment pour la radiographie par balayage. REVENDICATIONS 1. Procédé d'imagerie par rayons ionisants, comportant les étapes suivantes - faire générer un signal de détection S(t) par au moins une cellule de détection (El-En), ce signal de détection comprenant une succession de signaux élémentaires de détection s (t) générés par la cellule de détection à chaque fois que ladite cellule de détection détecte un rayon ionisant provenant d'une certaine zone d'observation et ayant une énergie comprise dans une plage de valeur prédéterminée, - et traiter le signal de détection S (t) pour obtenir au moins une mesure de flux de rayons ionisants détecté par la cellule de détection pendant une période de mesure T, de façon à générer une image de la zone d'observation, cette image comportant au moins un point affecté d'une certaine valeur d'intensité qui est fonction d'au moins ledit flux de rayons ionisants mesuré par la cellule de détection pendant la période de détection, caractérisé en ce qu'à chaque période de mesure, on effectue simultanément une paire de mesures du flux de rayons ionisants détecté par la même cellule de détection (E1-En), savoir - une première mesure fi proportionnelle à l'intégrale du signal de détection S(t) généré par la cellule de détection pendant la période de mesure T, - une deuxième mesure f2 proportionnelle au nombre de signaux de détection s(t) successifs pendant la même période de mesure T, et en ce que la valeur d'intensité de chaque point de l'image est une fonction prédéterminée d'au moins une paire de première et deuxième mesures f1, f2 correspondant à ce point, cette fonction prédéterminée donnant une prépondérance croissante à la première mesure f1 par rapport à la deuxième mesure f2 lorsqu'une première estimation fe du flux de rayons ionisants augmente, laquelle première estimation est fonction d'au moins une des première et deuxième mesures f1, f2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la valeur d'intensité est fonction uniquement de mesures de flux de rayons ionisants correspondant à un même point de la zone d'observation. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la valeur d'intensité dudit point de l'image est fonction d'une valeur de flux f de rayons ionisants déterminée par la formule f [a.fl + (1-a) .f2], où @, est un coefficient constant prédéterminé, a est une fonction croissante, comprise entre 0 et 1, de ladite première estimation fe du flux f. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel a est une fonction continue de fe. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel a est une sigmoïde de Boltzman, de formule a = 1-1/[l+exp([fe-f0]/Af)], où f0 et Af sont deux valeurs prédéterminées dites respectivement valeur de transition et largeur de transition. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel fe est égale à f1. 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'image comporte plusieurs points affectés chacun d'une valeur d'intensité qui@est fonction de plusieurs paires de mesures de flux de rayons ionisants correspondant respectivement à plusieurs points adjacents de la zone d'observation. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la valeur d'intensité de chaque point de l'image est fonction - d'une paire de mesures de flux de rayons ionisants correspondant à un même point de la zone d'observation, - et de première et deuxième valeurs de gradient correspondant respectivement aux première et deuxième mesures au voisinage dudit point de la zone d'observation. 9. Dispositif d'imagerie par rayons ionisants pour la mise en #uvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ce dispositif comportant - au moins une cellule de détection (E1-En) adaptée pour interagir avec les rayons ionisants ayant une énergie comprise dans une plage de valeurs prédéterminée et pour générer un signal de détection S(t) comprenant une succession de signaux élémentaires de détection s(t), la cellule de détection étant adaptée pour générer un signal de détection élémentaire s(t) à chaque fois que ladite cellule de détection détecte un rayon ionisant provenant d'une certaine zone d'observation et ayant une énergie comprise dans une plage de valeur prédéterminée, - et des moyens de traitement (6, 7) adaptés pour traiter le signal de détection S(t) pour obtenir au moins une mesure de flux de rayons ionisants détecté par la même cellule de détection (El-En) pendant une période de mesure T, de façon à générer une image de la zone d'observation, cette image comportant au moins un point affecté d'une certaine valeur d'intensité qui est fonction d'au moins ledit flux de rayons ionisants mesuré par la cellule de détection pendant la période de détection, caractérisé en ce que les moyens de traitement (6, 7) comprennent des moyens de mesure (6) pour effectuer simultanément deux mesures du flux de rayons ionisants à chaque période de mesure, savoir - une première mesure f1 proportionnelle à l'intégrale du signal de détection S(t) généré par la cellule de détection pendant la période de mesure T, - une deuxième mesure f2 proportionnelle au nombre de signaux de détection s(t) successifs générés par la cellule de détection pendant la période de mesure T, et en ce que lesdits moyens de traitement comprennent en outre des moyens de calcul (7) pour déterminer la valeur d'intensité de chaque point de l'image comme une fonction prédéterminée d'au moins une paire de première et deuxième mesures f1, f2 correspondant à ce point, cette fonction prédéterminée donnant une prépondérance croissante à la première mesure f1 par rapport à la deuxième mesure f2 lorsqu'une première estimation fe du flux de rayons ionisants augmente, laquelle première estimation est fonction d'au moins une des première et deuxième mesures f1, f2.