Brevet FR2835949A1 — publié le 20030815

PROCEDE DE TOMOSYNTHESE A RECONSTRUCTION MULTIPLAN Domaine technique et art antérieur L'invention concerne un procédé de tomosynthèse par éclairage d'un objet à l'aide d'une source de rayonnement X. L'invention trouve une application dans le domaine de l'imagerie médicale, le domaine du contrôle non destructif d'objets et, plus généralement, dans tout domaine mettant en oeuvre la reconstruction d'objets en défilement devant une source de rayons X. La tomosynthèse est une technique qui permet, à partir d'un faible nombre de projections 2D (2D pour à deux dimensions ) réparties sur un domaine angulaire restreint et acquises sur un capteur numérique, de reconstruire le volume 3D (3D pour à trois dimensions ) d'un objet étudié. Le nombre de projections 2D et le débattement angulaire étant limités, il est nécessaire d'utiliser des méthodes de reconstruction associées à une opération de régularisation pour obtenir une bonne résolution des reconstructions. Un système de mise en oeuvre de procédé de tomosynthèse selon l'art connu est représenté, de façon symbolique, en figure 1. Une source 1 de rayons X se déplace selon une trajectoire linéaire 2 devant un objet 3. Les rayons X 5 qui traversent l'objet 3 sont détectés par un détecteur mobile 4 qui se déplace dans une direction opposée 6 à la direction de la source 1. Un système informatique (non représenté sur la figure) recueille l'information issue du détecteur mobile pour acquérir, traiter et reconstruire l'image 3D de l'objet. Plusieurs projections 2D de l'objet à étudier sont acquises pour différents angles de vue. A partir de ces projections, l'algorithme utilisé en tomosynthèse procède soit de manière analytique par rétroprojection de chacune des projections 2D (cf. Tomosynthesis : A 3D radiographie imaging technique , D. G. Grant, IEEE TMBE, vol. 19, pp 20-28, 1972), soit de manière algébrique éventuellement avec régularisation (cf. Deterministic Edge Preserving Regularization in Computed Imaging , P. Charbonnier, IEEE TIP, vol. 16, Feb. 1997). Dans le cas où l'algorithme procède de manière analytique, la reconstruction 3D est relativement rapide mais fournit des reconstructions relativement floues dues au faible nombre de projections et au caractère à angle limité des projections 2D. L'utilisation d'un algorithme procédant de manière algébrique avec régularisation permet d'obtenir des reconstructions de meilleure qualité ayant une résolution plus élevée. Les algorithmes qui procèdent de manière algébrique avec régularisation mettent en oeuvre des méthodes basées sur un processus itératif entre projection et reconstruction dans lesquelles il est possible d'introduire de l'information connue a priori sur l'objet. L'hypothèse sous-jacente à ces méthodes est celle d'un objet à étudier formé de zones homogènes séparées par des bords francs. Ainsi le bruit peut-il être lissé, tout en conservant les discontinuités présentes dans l'objet. La régularisation peut être anisotrope et adaptée à l'objet lui-même comme cela est divulgué dans le brevet américain US ? 5 930 384 intitulé Process for the reconstruction of a 3D image with contrast and resolution improvements and application of said process to the production of an attenuation cartography of an object . Ce brevet décrit la prise en compte d'un modèle d'objet qui permet de renforcer les vaisseaux sanguins dans leur direction transversale et de les lisser suivant leur direction longitudinale. Le traitement effectué n'est basé sur aucune hypothèse concernant la géométrie d'acquisition ou le type d'échantillonnage du volume de reconstruction mais sur des hypothèses propres à l'objet. L'article Fan-Beam reconstruction from a straight line of source points (B. D. Smith, IEEE TMI, vol. 12, num. J, 1993) divulgue, pour reconstruire le volume 3D, d'exploiter la trajectoire linéaire de la source dans une géométrie particulière constituée d'une série de plans P organisés en éventail comme cela est représenté sur les figures 2A et 2B. Un plan détecteur 4 comprend plusieurs lignes parallèles 7 de pixels détecteurs. Par organisation en éventail des plans P, il faut entendre que chaque plan P passe par la trajectoire 2 de la source et une ligne 7 de pixels détecteurs. Chaque plan P est indépendant des autres plans. Une telle géométrie n'est réalisable que dans le cas d'une trajectoire linéaire de la source. Dans cet article, la reconstruction est de type analytique. La possibilité de reconstruire le volume 3D est étudiée de façon théorique avec une trajectoire linéaire infinie. Une formule exacte de reconstruction est donnée dans ces conditions. En passant à une trajectoire de la source linéaire finie, la qualité des reconstructions s'avère très insuffisante et un traitement postérieur à la reconstruction est alors nécessaire. De façon générale, selon l'art connu, en tomosynthèse linéaire, on se trouve en présence d'un problème de déformation verticale des objets suivant l'axe vertical z qui se traduit également par un flou dans la direction de translation de la source. Par ailleurs chacune des directions (x, y, z) est soumise à un bruit d'acquisition. Le procédé selon l'invention ne présente pas ces inconvénients. Exposé de l'invention En effet, l'invention concerne un procédé de tomosynthèse par éclairage d'un objet à l'aide d'une source de rayonnement X ayant une trajectoire linéaire, le procédé comprenant une étape de décomposition du volume de l'objet en n plans indépendants formant éventail. Le procédé comprend une étape de régularisation anisotrope sur chaque plan. Selon un perfectionnement de l'invention, le procédé de tomosynthèse comprend une étape supplémentaire de régularisation entre plans. Le procédé de tomosynthèse selon l'invention présente l'avantage d'être adapté à la trajectoire linéaire de la source. C'est un procédé de traitement algébrique particulièrement bien adapté à une reconstruction 3D avec peu de données. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles ; - la figure 1 représente un schéma de principe de système de mise en oeuvre de procédé de tomosynthèse ; les figures 2A et 2B représentent des plans 2D organisés en éventail pour une régularisation dans laquelle la source de rayons X se déplace selon une trajectoire linéaire ; - la figure 3 représente un algorithme de procédé de tomosynthèse selon l'invention. Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'invention Comme représenté en figure 3, le procédé selon l'invention comprend, successivement, une étape El d'acquisition de données, une étape E2 de décomposition du volume de reconstruction en plans indépendants et une étape E3 de reconstruction et de régularisation. L'étape El est une étape connue en soi durant laquelle une source de rayons X et un détecteur plan se déplacent linéairement, parallèlement l'un à l'autre, dans des directions opposées, comme cela a été décrit précédemment (cf. figure 1). Le détecteur plan est constitué d'un ensemble de lignes de pixels détecteurs. En référence à la figure 1, l'espace étant référencé par le trièdre direct (x, y, z), la trajectoire de la source s'effectue selon la direction x et le plan détecteur est parallèle au plan (x, y). L'étape E2 effectue, à partir des données acquises lors de l'étape El, une décomposition du volume de l'objet en n plans P formant éventail. Les n plans P sont indépendants les uns des autres. Un plan P passe par la trajectoire de la source et par une ligne de pixels du détecteur (cf. figure 2A). Une fois effectuée la décomposition en plans, le procédé selon l'invention met en oeuvre l'étape E3 de reconstruction du volume 3D. L'étape de reconstruction est associée à une étape de régularisation anisotrope adaptée à la géométrie d'acquisition des données, c'est-à-dire à la trajectoire linéaire de la source. La régularisation anisotrope selon l'invention permet avantageusement de lisser certaines structures et d'en rehausser d'autres. Le terme rehausser doit s'entendre comme l'action de souligner ou d'appuyer le contraste d'une structure. Trois types d'artefacts sont présents lors de la reconstruction : le bruit, les artefacts d'angle limité et le flou de bougé de la source. Ces phénomènes sont répartis dans les trois directions de l'espace comme suit : 1. Suivant la direction x, il y a du bruit et un flou dû au déplacement de la source. 2. Suivant la direction y, il y a uniquement du bruit (la résolution est alors seulement celle du détecteur). 3. Suivant la direction z, il y a du bruit et des artefacts d'angle limité à cause de la trajectoire finie de la source. L'algorithme de régularisation anisotrope selon l'invention permet avantageusement de traiter différemment chacune des directions x, y, z. La reconstruction à l'aide des plans P organisés en éventail permet de réduire considérablement le temps de calcul puisque les traitements se font dans deux dimensions et qu'il est possible d'effectuer le traitement des différents plans en parallèle. La régularisation anisotrope sur un plan P est effectuée indépendamment de la régularisation sur les autres plans. Cette régularisation anisotrope consiste en un traitement de type lissage selon la direction x et un traitement de type rehaussement selon la direction z. Selon un perfectionnement de l'invention, la régularisation sur chaque plan P peut être suivie d'une régularisation de type lissage entre plans selon la direction y. La régularisation selon l'invention est ainsi adaptée à l'anisotropie des artefacts de reconstruction liés à la géométrie d'acquisition particulière qu'est la trajectoire linéaire et finie de la source. En effet, c'est selon les directions z et x que le volume reconstruit présente la moins bonne résolution. La régularisation anisotrope mise en oeuvre selon ces directions permet avantageusement d'améliorer très sensiblement la qualité des images reconstruites. Par contre, c'est selon la direction y que les données acquises présentent la meilleure résolution. Il s'en suit qu'un lissage suffit, selon la direction y, pour améliorer la qualité des images reconstruites. L'algorithme algébrique de régularisation selon l'invention met en oeuvre la minimisation d'une fonction J (f), où la variable f représente l'objet à reconstruire. A titre d'exemple non limitatif, la fonction J (f) peut s'écrire : (équation (1)) où - fi, j, k représente l'objet reconstruit aux points de coordonnées i, j, k, - R est une matrice de projection appliqué à l'objet, - p est une projection, c'est-à-dire le logarithme Népérien du rapport entre l'information acquise par le détecteur en l'absence de l'objet et l'information acquise par le détecteur en présence de l'objet, ' #x, #y, #z sont des hauteurs minimales de niveau de gris de l'image selon les directions respectives x, y, z, à partir desquelles un contour est accepté (six, by et Oz sont donc choisis supérieurs à un niveau de bruit). Dans l'équation (1), le terme )Ip-Rf) r est un terme de reconstruction calculé à partir des données acquises brutes. Les trois autres termes de l'équation sont des termes de reconstruction calculés qui peuvent être traités indépendamment les uns des autres, en modifiant les grandeurs Dx, Dy, 8z, Ax, y, kz, Avantageusement, selon l'invention, c'est la géométrie d'acquisition, c'est-à-dire la trajectoire linéaire finie de la source, qui détermine le type de régularisation et non l'objet comme c'est le cas selon l'art connu. L'adaptation de la régularisation anisotrope à la trajectoire linéaire de la source va maintenant être décrite avec plus de précisions en référence aux grandeurs #x, #y, #z, #x, #y, #z, #x, #y, #z mentionnées ci-dessus. Le paramètre Àz est choisi supérieur à x et Ày, de manière à régulariser plus fortement suivant la direction z où les artefacts sont forts, à cause de la trajectoire linéaire de la source. Le paramètre Oz est choisi inférieur à Dx et by pour prendre en compte plus fortement les discontinuités dans la direction z que dans les directions x et y. Les paramètres ly et #y sont choisis faibles car la résolution suivant la direction y est-a priori-une résolution de bonne qualité. Enfin, la fonction Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, deux trajectoires linéaires perpendiculaires sont utilisées pour la source. La reconstruction s'opère alors sur la base d'une pyramide à base carrée correspondant à l'intersection de deux ensembles de plans en éventail perpendiculaires. L'avantage d'une utilisation de deux trajectoires perpendiculaires est de donner plus d'information sur l'objet et, partant, de mieux reconstruire celui-ci. Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, par ailleurs, le procédé peut également comprendre un traitement et une correction du rayonnement diffusé par l'objet afin d'accroître encore la résolution de l'image reconstruite. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention décrit ci-dessus, les lignes 7 de pixels détecteurs sont sensiblement parallèles à la trajectoire de la source. Dans le cas où le parallélisme entre la trajectoire de la source et les lignes de pixels détecteurs n'est pas correctement réalisé, par exemple pour des raisons mécaniques, il est procédé à une étape de rééchantillonnage des projections avant l'étape de reconstruction. L'étape de - rééchantillonnage peut être réalisé par interpolation. REVENDICATIONS 1. Procédé de tomosynthèse par éclairage d'un objet à l'aide d'une source de rayonnement X (1) ayant une trajectoire linéaire (2), le procédé comprenant une étape de décomposition en n plans (P) formant éventail entre la trajectoire linéaire (2) et un plan détecteur (4) parallèle à la trajectoire linéaire, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de régularisation anisotrope sur au moins un plan (P). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de régularisation anisotrope sur un plan (P) consiste en un lissage selon la direction (x) de la trajectoire linéaire de la source (2) et en un réhaussement selon une direction perpendiculaire (z) à la trajectoire linéaire de la source (2) et au plan détecteur (4). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire de lissage entre plans (P) selon une direction (y) perpendiculaire à la trajectoire linéaire de la source (2) et parallèle au plan détecteur (4). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la régularisation anisotrope comprend la minimisation d'une fonction J (f) telle que : où - fi, j, k représente l'objet reconstruit aux points de coordonnées i, j, k, - R est une matrice de projection appliqué à l'objet, - p est une projection, - 5. Procédé de tomosynthèse par éclairage d'un objet à l'aide d'une source de rayonnement X (1), caractérisé en ce qu'il comprend un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel la trajectoire de la source est effectuée selon une première direction et un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel la trajectoire de la source est effectuée selon une deuxième direction perpendiculaire à la première direction, la régularisation anisotrope s'opérant sur la base d'une pyramide de plans P correspondant à l'intersection d'un premier ensemble de plans P formant éventail entre la trajectoire linéaire de la source selon la première direction et le plan détecteur (4) et un second ensemble de plans P formant éventail entre la trajectoire linéaire de la source selon la deuxième direction perpendiculaire à la première direction et le plan détecteur (4). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un traitement et une correction d'un rayonnement diffusé par l'objet.