Brevet FR2849250A1 — publié le 20040625

PROCEDE DE RECONSTRUCTION D'UNE IMAGE RADIOGRAPHIQUE PAR COMBINAISON DE VIGNETTES SE RECOUVRANT DESCRIPTION L'invention concerne un procédé de reconstruction d'une image radiographique par combinaison d'une collection de vignettes se recouvrant. Les images de grande taille en radiographie sont fréquemment obtenues par morceaux, au moyen de vignettes de projection qui sont prises successivement en déplaçant le rayonnement traversant l'objet à différentes positions, ainsi que le réseau de 15 détecteurs prenant les mesures L'assemblage des vignettes donne ensuite l'image recherchée. Le procédé se complique dans le cas usuel d'un rayonnement divergeant d'un foyer vers le réseau de détecteurs, soit en cône, soit en un ensemble 20 d'éventails plans et parallèles La figure 1 montre la configuration normale des mesures: le rayonnement comprend une source 1 (ponctuelle ou linéaire) qu'on déplace à chaque mesure le long de l'objet 2 ainsi que le réseau de détecteurs 3 Les positions prises sont 25 notées la, lb, lc, ld, et 3 a, 3 b, 3 c et 3 d Pour que l'atténuation du rayonnement soit mesurée à tout endroit de l'objet 2, le faisceau 4 du rayonnement doit comprendre des portions de recouvrement dans les positions 4 a, 4 b, 4 c et 4 d qu'on lui fait prendre, et 30 les vignettes de projection du rayonnement, dont les positions coincident avec celles 3 a, 3 b, 3 c et 3 d que B 14215 3/JCI le réseau de détecteurs 3 prend successivement, présentent de même des portions de recouvrement Il est donc impossible de juxtaposer simplement les vignettes pour obtenir l'image globale de l'objet, mais on doit 5 au contraire déterminer les positions des portions de recouvrement sur les vignettes et faire une synthèse du contenu de ces portions de recouvrement pour reconstruire l'image. Un autre problème qui apparaît est celui du 10 grossissement des détails selon leur distance à la source 1 La largeur de projection de détails 5 de l'objet 2 sur le réseau de détecteurs 3 sera proportionnellement plus large si les détails 5 sont plus proches de la source 1 Un rayonnement divergent 15 ne permet ainsi ni de juxtaposer facilement des vignettes, ni de respecter l'échelle des détails à l'intérieur de chaque vignette. La figure 2 permet d'expliciter ces problèmes Deux détails 5 a et 5 b espacés verticalement 20 se trouvent dans la portion de recouvrement des vignettes prises par le réseau de détecteur 3 aux positions 3 a et 3 b Les rayons passant par le détail 5 a sont distants de l'écart 6 sur le plan du réseau de détecteurs 3, et ceux qui traversent le détail 5 b sont 25 distants de l'écart 7 sur le même plan; les écarts sont différents entre eux, et différents du déplacement qu'il a fallu imposer au réseau de détecteurs 3 entre les positions 3 a et 3 b o les vues ont été prises Une bonne reconstruction de l'image aux portions de 30 recouvrement impose de combiner entre elles les mesures associées à chacun des détails pour des vignettes B 14215 3/JCI différentes, ce qui est impossible à faire directement puisque leurs hauteurs sont inconnues en général Si on choisit par exemple d'associer les rayons distants de l'écart 6 pour reconstruire les portions de 5 recouvrement, les détails à hauteur de 5 a seront rendus correctement, mais les détails présents à d'autres hauteurs ne pourront pas l'être La combinaison des vignettes produira alors du flou et un grossissement inexact de ces autres détails. Un procédé de ce genre a cependant déjà été proposé dans l'art L'image est reconstruite en choisissant une reconstruction exacte des portions de recouvrement à des hauteurs déterminées, là o les détails importants, et notamment les os pour une 15 radiographie du corps, sont susceptibles de se trouver. Pour obtenir des bons résultats, il faut donc connaître d'abord la hauteur de ces détails Des coefficients de pondération peuvent privilégier les résultats de l'une ou l'autre des vignettes selon la position considérée 20 sur la portion de recouvrement La restitution des autres détails de l'image est sacrifiée. Un autre procédé connu consiste à calculer des corrélations entre les portions de recouvrement des différentes vignettes pour évaluer l'écart ( 6, 7 ou 25 autre) des rayons à associer pour faire la synthèse des portions de recouvrement Les corrélations dépendent de détails prépondérants présents sur les deux portions de recouvrement et provenant d'un même endroit de l'objet 2 La reconstruction de l'image est accomplie à hauteur 30 de ces détails prépondérants et elle est bonne, si du moins ces détails existent; mais comme dans le procédé B 14215 3/JCI précédent, les détails situés aux autres hauteurs seront mal rendus. Il faut ajouter que des conflits de hauteur peuvent apparaître si les portions de recouvrement sont 5 nombreuses, et en particulier avec un rayonnement conique o les portions de recouvrement concernent tout le périmètre des vignettes Deux portions de recouvrement sur deux c 8 tés d'une vignette pourront être reconstruites indépendamment à des hauteurs 10 différentes, tout en ayant une intersection pour laquelle on sera embarrassé à choisir une hauteur de reconstruction. Un procédé de reconstruction plus correcte d'une image radiographique est proposé avec 15 l'invention Il est fondé sur une discrétisation générale de l'objet en volumes (voxels) définissant des hauteurs de reconstruction, et des combinaisons des valeurs d'atténuation estimées sur chacun des volumes aux différentes hauteurs de reconstruction pour 20 améliorer l'image globale, sans privilégier nécessairement une hauteur de reconstruction. De façon plus détaillée, l'invention concerne généralement un procédé de reconstruction d'une image radiographique d'un objet traversé par un 25 rayonnement divergent subissant une atténuation, le rayonnement occupant des positions successives ayant des portions de chevauchement et l'atténuation étant mesurée par un réseau de détecteurs, sur lesquels le rayonnement se projette et donnant des vignettes de 30 l'image respectivement associées aux positions du rayonnement et comprenant aussi des portions de B 14215 3/JCI chevauchement, le procédé comprenant une combinaison de vignettes pour reconstruire l'image, ainsi que les étapes suivantes: discrétiser l'objet en volumes définissant des hauteurs de reconstruction, associer les volumes à au moins un détecteur respectif du réseau sur lequel le rayonnement se projette après avoir traversé ledit volume, attribuer une valeur d'atténuation à 10 chaque volume d'après les valeurs mesurées par ledit détecteur associé, et combiner les valeurs d'atténuation des volumes aux différentes hauteurs de reconstruction. Dans une des formes de l'invention, la 15 valeur d'atténuation attribuée à chaque volume est égale à la somme des valeurs mesurées par -ledit détecteur associé, divisée par le nombre des vignettes que contribuent à donner ledit détecteur associé, et les valeurs d'atténuation des volumes sont combinées 20 par une combinaison numérique sur des groupes des volumes superposés aux différentes hauteurs de reconstruction Et dans une autre de ses formes, la valeur d'atténuation attribuée à chaque volume est obtenue par rétroprojection itérative des valeurs 25 d'atténuation mesurées par les détecteurs, des valeurs provisoires étant attribuées aux volumes et corrigées après avoir été projetées sur les détecteurs, en calculant des différences entre des sommes et les valeurs provisoires sur des lignes de projection aux 30 valeurs mesurées par les détecteurs sur lesdites lignes de projection, et en répartissant les différences sur B 14215 3/JCI lesdites lignes de projection pour corriger les valeurs provisoires. L'invention sera maintenant décrite complètement en liaison aux figures, dont la figure 1 5 schématise le procédé de réalisation des vignettes, la figure 2 illustre le problème de reconstruction à une hauteur arbitraire, la figure 3 illustre les éléments participant à l'exploitation de l'invention, et les figures 4 et 5 sont des organigrammes de deux modes du 10 procédé. On passe au commentaire de la figure 3. L'objet 2 est discrétisé en volumes ou voxels 8 qui définissent des hauteurs de reconstruction 11 Le rayonnement passe à travers les volumes 8 par des 15 rayons 9 i et 9 j, qui sont plusieurs pour les volumes 8 appartenant aux portions de recouvrement, et qui sont originaires de positions respectives li et lj de la source 1 et se projettent sur des détecteurs respectifs 10 i et 10 j qui leur sont associés pour les positions 20 correspondantes 3 i et 3 j du réseau de détecteurs 3 Les détecteurs 10 mesurent des atténuations des rayons 9 à travers tout l'objet 2, et donc à travers tous les volumes tels que 8 qu'ils traversent Dans la pratique, les volumes 8 se projettent sur une surface qui peut 25 englober plusieurs détecteurs 10 complètement, et d'autres partiellement Le système est calibré pour associer à chaque volume 8 sa surface de projection et calculer l'atténuation qu'il fait subir au rayonnement en proposition des détecteurs concernés Nous n'évoquerons pas ici ces techniques de calibration, qui sont tout à fait usuelles dans l'art, et considérerons B 14215 3/JCI des volumes 8 se projetant complètement sur un détecteur 10 unique le long d'un rayon de projection unique par souci de simplicité des explications. D'après la figure 4, le procédé commence 5 donc par une étape A de discrétisation générale de l'objet 2 en volumes 8 dont les couches définissent les hauteurs de reconstruction 11 de l'image En pratique, les hauteurs de reconstruction 11 seront assez peu nombreuses et les volumes 8 plutôt parallélépipédiques, 10 allongés en hauteur, que cubiques Les étapes suivantes B et C consistent à se placer à une hauteur de reconstruction 11 et un volume 8 déterminés On recherche alors les rayons tels que 9 i et 9 j passant par le volume 8 considéré, et les détecteurs 10 i et 10 j 15 de projection desdits rayons sur le réseau de détecteurs 3, à l'étape D L'étape suivante E consiste à lire la mesure d'atténuation des rayons 9 i et 9 j sur les détecteurs 10 i et 10 j A l'étape suivante F, une moyenne de ces atténuations est faite, du moins pour 20 les volumes 8 appartenant aux portions de recouvrement et qui sont donc traversés par au moins deux rayons 9. Les étapes C à E ou F sont ensuite répétées pour tous les volumes de la couche considérée; après quoi, à l'étape G, une image de l'objet 2 est reconstruite. Cette image est une image de l'ensemble de l'objet 2, et pas seulement une image de coupe à la hauteur considérée, puisque les atténuations mesurées par les détecteurs 10 le long des rayons 9 ont été supposées concentrées aux volumes 8 de la couche à 30 cette hauteur. B 14215 3/JCI Ensuite, on revient à l'étape B pour reconstruire l'objet 2 à une autre hauteur, et le cycle des étapes C à G recommence avec les volumes 8 de la couche associée. Quand les images de l'objet 2 ont été reconstruites à toutes les hauteurs, elles sont combinées à l'étape H avec l'espoir d'obtenir une image plus exacte Plusieurs procédés peuvent être envisagés. Le plus simple consiste peut-être à faire des moyennes 10 des images sur des colonnes 12 (à la figure 3) de volumes 8 empilés appartenant à des couches différentes, avec éventuellement une pondération pour favoriser les couches les plus représentatives. Eventuellement, on peut choisir une seule des images 15 qu'on juge meilleure que les autres, ou un assemblage de plusieurs des images aux endroits qu'elles représentent le mieux Toutes ces méthodes devraient donner de meilleurs résultats que celles de l'art antérieur qu'on a décrites auparavant. On ne fera que mentionner certains procédés de correction qui sont usuels dans l'art et qui ne sont pas affectés par l'invention. Le rayonnement diffusé peut tout d'abord être soustrait des mesures avant d'exploiter celles-ci. 25 Plusieurs procédés existent pour faire cette soustraction, dont le plus simple est peut-être de procéder à une mesure supplémentaire o un écran est intercalé entre l'objet 2 et le réseau de détecteurs 3 en masquant certains des détecteurs 10 Les détecteurs 30 10 masqués ne sont pas touchés par le rayonnement direct des rayons 9, mais seulement par le rayonnement B 14215 3/JCI diffusé, qui est alors mesuré par ces détecteurs et qui peut être déduit par des interpolations pour les autres détecteurs. Les atténuations d'un rayonnement peuvent 5 en général être exprimées par un coefficient multiplicateur du rayonnement initial Io inférieur à l'unité et égal à e- l, O 1 est la longueur d'atténuation et g le coefficient d'atténuation caractéristique du matériau, et qui est en général la 10 valeur qu'on recherche pour reconstruire l'image Les détecteurs 10 mesurent directement le rayonnement I qui n'a pas été absorbé par l'objet 2 et qui est égal à Io e-xl; on peut en déduire le produit gl, puis la valeur de g si on divise les valeurs de g 1 par les longueurs de traversée de l'objet 2 par les rayons 9, après les avoir estimées par une autre mesure ou les avoir évaluées. Un autre de mode de réalisation de l'invention sera maintenant décrit au moyen de la 20 figure 5 Après une étape de discrétisation J semblable à celle A de la réalisation précédente, on effectue au mieux une division en blocs à l'étape K En effet, la résolution qui va être entreprise peut devenir malaisée si le système considéré est trop volumineux En 25 pratique chaque bloc pourra comprendre les volumes 8 associés à une vignette Qu'une division en bloc soit faite ou non, le problème à résoudre peut s'exprimer par p = Mk o x désigne les inconnues, c'est-à-dire les atténuations aux volumes 8, p désigne les 30 projections de ces valeurs, c'est-à-dire les mesures par les détecteurs 10, et enfin M désigne la matrice de B 14215 3/JCI projection Les coefficients mij de la matrice M représentent la contribution d'un volume 8 d'indice j à la projection suivant le rayon 9 d'indice i, et peuvent en général être approchés par la longueur traversée par ce rayon dans ce volume. L'étape suivante L est une évaluation de l'atténuation aux volumes 8 du bloc considéré La première évaluation peut être arbitraire, par exemple à des valeurs nulles Pour chacun des volumes 8 on 10 recherche, d'après l'étape M, le détecteur 10 qui lui est associé par le rayon 9 qui le traverse, comme à l'étape D de la réalisation précédente L'étape suivante N est une lecture des mesures des détecteurs 10 semblable à l'étape E La détermination des rayons 9 15 de projection permet de procéder à une évaluation des valeurs projetées d'atténuation à l'étape O, c'est-àdire qu'on procède au calcul MR pour évaluer p En soustrayant ces valeurs évaluées des projections aux valeurs réelles, mesurées, des mêmes projections, on 20 détermine l'erreur commise dans l'évaluation des valeurs projetées à l'étape P. L'étape suivante Q est une rétroprojection de cette erreur dans les volumes 8 de l'objet 2 afin de corriger les valeurs évaluées de l'atténuation. 25 Concrètement, on procède en exécutant la formule t (q+l) = 5 c(q) + lq) _'M bloc Mbloc X() OU X(q+l) et x(q) t Mbloc; Mbloc des évaluations successives de l'atténuation aux volumes 8 du bloc; X(q) est un coefficient de relaxation permettant de ne pas se diriger trop vite 30 vers une solution qui ne correspond qu'aux premiers B 14215 3/JCI 1 l blocs et qui est compris entre O et 2; ce coefficient n'est d'ailleurs pas uniforme dans les blocs mais peut avantageusement être plus élevé pour les rayons sensiblement verticaux, ou perpendiculaires aux 5 détecteurs 10, afin de leur donner une importance plus grande; t Mbloc est la transposée de la matrice M pour le bloc considéré ; le terme au dénominateur est un terme de normalisation; enfin, les termes entre parenthèses représentent l'erreur calculée à l'étape P. On procède de même pour le bloc suivant, en recommençant le cycle de l'étape K à l'étape Q puis on revient au premier bloc pour une nouvelle itération, jusqu'à ce que les atténuations évaluées aient convergé vers une solution, ce qu'on exprime par l'étape R Les 15 volumes 8 inclus dans les portions de recouvrement du volume 2 ont été traités de la même façon que les autres, en subissant simplement des itérations plus nombreuses qu'eux s'ils sont associés à plusieurs blocs de projections. On dispose alors d'une image tridimensionnelle de l'objet 2; une image bidimensionnelle de bonne qualité peut être obtenue par une combinaison des valeurs obtenues, qui consiste à additionner les valeurs d'atténuation sur les colonnes 25 12 de volumes 8 empilés. Le procédé de l'invention permet de concilier une bonne qualité de restitution des détails importants de l'objet étudié avec une bonne qualité d'ensemble de l'image Il est possible d'obtenir des 30 images dont la résolution est analogue au pas des détecteurs 10. B 14215 3/JCI On s'est placé dans la situation usuelle o le réseau 3 de détecteurs accompagne le mouvement du rayonnement 4, mais le procédé pourrait être appliqué sans changement avec un réseau de détecteurs immobile 5 sous l'objet 2 et dont la surface s'étendrait à toutes les vignettes de projection. B 14215 3/JCI REVENDICATIONS 1) Procédé de reconstruction d'une image radiographique d'un objet traversé par un rayonnement 5 divergent subissant une atténuation, le rayonnement occupant des positions successives ( 4) ayant des portions de chevauchement et l'atténuation étant mesurée par un réseau ( 3) de détecteurs ( 10), sur lesquels le rayonnement se projette et donnant des 10 vignettes de l'image respectivement associées aux positions du rayonnement et comprenant aussi des portions de chevauchement, le procédé comprenant une combinaison de vignettes pour reconstruire l'image, ainsi que les étapes suivantes: discrétiser l'objet en volumes ( 8) définissant des hauteurs de reconstruction ( 11), associer les volumes à au moins un détecteur respectif du réseau sur lequel le rayonnement se projette après avoir traversé ledit volume, attribuer une valeur d'atténuation à chaque volume d'après les valeurs mesurées par ledit détecteur associé, et combiner les valeurs d'atténuation des volumes aux différentes hauteurs de reconstruction. 2) Procédé de reconstruction d'une image radiographique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur d'atténuation attribuée à chaque volume est égale à la somme des valeurs mesurées par ledit détecteur associé, divisée par le nombre des 30 vignettes que contribuent à donner ledit détecteur associé, et les valeurs d'atténuation des volumes sont B 14215 3/JCI combinées par une combinaison numérique sur des groupes ( 12) des volumes superposés aux différentes hauteurs de reconstruction. 3) Procédé de reconstruction d'une image 5 radiographique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur d'atténuation attribuée à chaque volume est obtenue par rétroprojection itérative des valeurs d'atténuation mesurées par les détecteurs ( 10), des valeurs provisoires étant attribuées aux volumes et 10 corrigées après avoir été projetées sur les détecteurs, en calculant des différences entre des sommes des valeurs provisoires sur des lignes de projection et les valeurs mesurées par les détecteurs sur lesdites lignes de projection, et en répartissant les différences sur 15 lesdites lignes de projection pour corriger les valeurs provisoires. 4) Procédé de reconstruction d'une image radiographique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les valeurs d'atténuation des volumes sont 20 combinées en une somme sur des groupes ( 12) des volumes superposes aux différentes hauteurs de reconstruction. B 14215 3/JCI