Brevet FR2932286A1 — publié le 20091211

L'invention concerne un procède d'extrapolation d'une image bidimensionnelle en niveau de gris destiné à être mis en oeuvre dans un dispositif de radiographie, notamment du type tomosynthèse. Dans un tel dispositif, lorsqu'une image en niveau de gris est traitée, il est nécessaire d"'inventer" des informations en dehors du domaine de l'image (domaine correspondant à la surface active du détecteur du dispositif de radiographie). En particulier, cela est nécessaire quand les pixels proches des bords du détecteur sont traités. Lorsque cette extrapolation est faite de manière arbitraire, des artefacts et des incohérences sont créés dans l'image traitée. Dans le cadre d'application de tomosynthèse digitale, comme la tomosynthèse digitale du sein, les images de projection sont traitées soit lors d'une étape de prétraitement (par exemple pour appliquer un algorithme de compensation d'épaisseur) ou lors d'une première étape de filtrage dans le cadre d'un algorithme de reconstruction de type rétroprojection filtrée. Les artefacts d'effets de bord créés durant l'étape de prétraitement se propagent et sont amplifiés dans le volume reconstruit. En effet, lorsqu'une image doit être ainsi traitée, le manque d'information au niveau des limites du domaine de l'image produit souvent quelques artefacts. Les valeurs des pixels traités à l'intérieur de ces aires se basent sur des donnés inconnues. De nombreuses approches existent actuellement pour "inventer" l'information dans ces aires. De telles approches sont décrites par exemple dans les documents US 6 397 909, EP 0 971 318, US 2007/0230652 qui tentent de résoudre ce problème rencontré dans le cadre de la tomographie. Néanmoins, ces méthodes ne sont pas applicables dans le cadre de la tomosynthèse du sein de part la différence entre les systèmes d'acquisition. D'autres approches plus basiques comme la réplication de la dernière valeur connue ou la réplication par miroir existent. Toutefois, les informations ainsi créées sont fausses dans le cadre d'une image à traiter composée d'un objet et d'un arrière-plan: souvent la forme de l'objet est modifiée au voisinage des limites de l'image. Un deuxième inconvénient peut survenir lorsque la cohérence avec les données réelles en termes de variation de signal n'est pas garantie et peut alors conduire à des surestimations de l'intensité au niveau du pixel traité. Dans un article de R.M. Lewitt, intitulé "Processing of incomplete measurement data in computed tomography" publié dans Medical Physics, volume 6, N° 5, Sept./Oct. 1979, p. 412-417, est décrit un procédé d'extrapolation de ce type d'image en utilisant un masque tridimensionnel de l'objet pour évaluer l'épaisseur de l'objet que les rayons X traversent. Toutefois, dans certaines applications, en particulier dans la tomosynthèse digitale du sein, le masque 3D calculé est surestimé du fait de l'angulation limitée que décrit la source de rayons X dans un dispositif de radiographie pour la tomosynthèse digitale du sein. Cette surestimation conduit à une mauvaise évaluation de l'épaisseur de l'objet et conduit alors à obtenir des images extrapolées présentant des incohérences et des artefacts. Un but de l'invention est de proposer un procédé pour extrapoler des images bidimensionnelles en niveau de gris issues d'une séquence de tomosynthèse en dehors de la surface du détecteur afin de permettre un traitement cohérent sur tout le détecteur qui minimise les artefacts au voisinage du bord du détecteur. A cet effet, il est prévu, selon l'invention, un procédé d'extrapolation d'une image bidimensionnelle en niveau de gris dans un dispositif de radiographie du type contenant une source de rayons X, des moyens d'enregistrement de l'image bidimensionnelle disposés en regard de la source et comportant une limite, et un volume d'intérêt, comportant un objet destiné à être radiographié, situé entre la source et les moyens d'enregistrement, le procédé comprenant des étapes de: a) détermination d'un domaine de l'image bidimensionnelle à extrapoler où en chaque point du domaine, la valeur du niveau de gris est connue et pertinente; b) détermination d'un masque bidimensionnel 25 associé au domaine et extrapolé au-delà de la limite des moyens d'enregistrement; et, c) extrapolation de l'image bidimensionnelle au-delà de la limite des moyens d'enregistrement à partir du masque bidimensionnel extrapolé. 30 Ainsi, l'utilisation d'un masque bidimensionnel extrapolé associé au domaine de l'image bidimensionnelle en niveau de gris à traiter permet d'extrapoler des niveaux de gris où il devrait y avoir l'objet. L'information � inventée � est suffisamment proche de ce que devrait être le signal au-delà des limites du détecteur pour éviter une déformation de la forme de l'objet dans l'image traitée. De plus, les pixels dans le domaine de l'image qui sont utilisés pour l'extrapolation à l'intérieur du masque étendu sont par définition connus et pertinents, donc illustrant parfaitement l'épaisseur réelle de l'objet traversé par les rayons X en ces points. De ce fait, les artefacts et les incohérences sont fortement limités lors de l'extrapolation de l'image. Avantageusement mais facultativement, le procédé d'extrapolation présente au moins l'une des caractéristiques suivantes: • l'étape c) comprend une sous-étape de, pour chaque point en dehors du domaine, c'est-à-dire que la valeur de niveau de gris en ce point de l'image bidimensionnelle n'est pas connue ou pertinente: c1) si le point n'est pas dans le masque bidimensionnel extrapolé, alors une valeur d'extrapolation I[P] de l'image bidimensionnelle au point est initialisée à une valeur constante prédéterminée correspondant à un niveau de gris de l'arrière-plan. • l'étape c) comprend une sous-étape de, pour chaque point en dehors du domaine, c'est-à-dire que la valeur de niveau de gris en ce point de l'image bidimensionnelle (I) n'est pas connue ou pertinente: c2) si le point est dans le masque bidimensionnel extrapolé, alors une valeur d'extrapolation I[P] de l'image bidimensionnelle au point est extrapolé à partir des points connus dans un voisinage du point. • lors de l'étape c2), les points connus dans le voisinage du point sont situés dans le masque bidimensionnel extrapolé, c'est-à-dire que la valeur en ces points du masque bidimensionnel extrapolé est égale à une valeur connue et pertinente ou déjà extrapolée correspondante à l'existence de l'objet radiographié en ces points. • lors de l'étape c2), la valeur d'extrapolation I[P] est extrapolée selon une extrapolation linéaire. • lors de l'étape c2), les points connus dans le voisinage du point sont un point (P_1) situé sur une ligne adjacente au point P et un point (P_2) situé sur une ligne adjacente seulement au point (P_1). • l'image bidimensionnelle appartient à un ensemble d'images acquises lors d'une tomosynthèse de l'objet destiné à être radiographié, afin de reconstruire une image tridimensionnelle en dehors du domaine des images acquises lors de la tomosynthèse. Il est aussi prévu, selon l'invention, un dispositif de radiographie qui comporte une source de rayons X, des moyens d'enregistrement d'une image bidimensionnelle disposés en regard de la source et comportant une limite et un volume d'intérêt comportant un objet destiné à être radiographié, situé entre la source et les moyens d'enregistrement dans lequel le dispositif de radiographie est agencé de sorte à mettre en oeuvre un procédé d'extrapolation présentant au moins l'une des caractéristiques précédentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront lors de la description ci-après d'un mode de réalisation de l'invention. Aux dessins annexés: • La figure 1 est une vue schématique tridimensionnelle d'un dispositif et du procédé selon l'invention; • La figure 2 est une vue schématique agrandie illustrant l'extrapolation d'un point P de l'image en utilisant des points voisins du masque au niveau des 15 limites du détecteur; et • La figure 3 est un schéma illustrant l'extrapolation du niveau de gris au niveau du point P en utilisant le niveau de gris connu aux points voisins. 20 En référence à la figure 1, un dispositif de radiographie apte à réaliser de l'imagerie par tomographie tridimensionnelle comporte des moyens d'enregistrement 10 qui se présentent sous la forme d'un détecteur de type numérique sensiblement plan. Un tel 25 détecteur numérique comprend une matrice de capteurs formant chacun un pixel et uniformément répartis en lignes et colonnes. Le dispositif de radiographie comporte en outre une source S de rayons X en regard des moyens d'enregistrement. La source S de rayons X est 30 mobile par rapport à ces mêmes moyens d'enregistrement. La source de rayons X, qui se présente généralement sous la forme d'un tube à rayons X, est apte à se déplacer de manière discrète selon une trajectoire 1. Ici illustrée en figure 1, la trajectoire 1 est sensiblement en arc de cercle et est limitée angulairement dans un intervalle de fonctionnement [emin; emax], ou 0 Ç emin Ç emax Ç n, et où les angles sont mesurés par rapport au plan du détecteur. A chaque position discrète de la source S sur cette trajectoire 1, sont associés un angle e, une image I projetée et acquise par le détecteur 10, un domaine D de l'image I ainsi qu'un masque bidimensionnel MD. D'autre part, un volume d'intérêt 20 est situé entre la source S de rayons X et les moyens d'enregistrement 10 et est apte à contenir un objet destiné à être radiographié par le dispositif de radiographie. Dans le cadre d'un dispositif de radiographie pour la tomosynthèse numérique du sein, la région d'intérêt 20 a la forme d'un parallélépipède rectangle, comme cela est illustré en figure 1. La région d'intérêt 20 est délimitée par un support de sein posé sur les moyens d'enregistrement 10 et dont une face supérieure est confondue avec la face inférieure du volume d'intérêt 20, une pelote de compression dont une face inférieure est confondue avec une face supérieure de la région d'intérêt 20, ainsi que des plans sensiblement parallèles au tronc de la patiente et passant par les première et dernière lignes de pixels du détecteur ainsi que par les première et dernière colonnes de pixels du détecteur, formant toutes les quatre une limite d des moyens d'enregistrement 10. Afin d'extrapoler l'image projetée I acquise par les moyens de détection 10, il est utile de déterminer le domaine D associé à cette image projetée I. Le domaine D de l'image projetée I comprend l'ensemble des points (ou pixels) P de l'image I pour lesquels le niveau de gris associé est connu et pertinent. Cela veut dire que l'information sur la valeur du niveau de gris n'est pas polluée par la présence des objets autres que l'objet contenu dans le volume d'intérêt 20 et qui est destiné à être radiographié. De tels objets polluants peuvent être le collimateur, la pelote de compression ou toutes pièces métalliques du système pouvant se projeter sur les moyens d'enregistrement 10 et qui rendent dès lors l'image projetée I partiellement inutilisable. Pour cela, en construisant le domaine D de l'image projetée I, le procédé selon l'invention détecte les objets étrangers à l'objet destiné à être radiographié de la région d'intérêt 20 et de retirer les pixels de l'image projetée I correspondant à la détection de ces objets pour obtenir le domaine D de l'image projetée I. Diverses solutions connues sont utilisables pour déterminer le domaine D. Par exemple, il est possible de redéfinir la région d'intérêt où il est certain que ni la pelote, ni le collimateur ne se projettent. Cela est possible car l'emplacement tridimensionnel de la pelote de compression ainsi que la géométrie du système d'acquisition sont connus et sont propres au dispositif de radiographie utilisé. Une autre variante pour déterminer le domaine D de l'image projetée I est de détecter des objets qui atténuent fortement les rayons X à l'aide de seuils prédéterminés et à l'aide d'informations a priori (le collimateur se trouve toujours en bord d'image, par exemple). Une fois déterminé le domaine D associé à l'image projetée I considérée, le procédé, dans une étape suivante, détermine le masque MD associé à ce domaine D. Le masque MD est un masque bidimensionnel dans lequel MD[P] est égal à 1 si le point P appartient à l'aire où l'objet destiné à être radiographié contenu dans la région d'intérêt 20 est projeté et si le niveau de gris au point P est considéré comme connu et pertinent, sinon MD[P] est égal à zéro, et cela pour tout pixel ou point P du détecteur formant les moyens d'enregistrement 10. Ensuite, ce masque bidimensionnel MD est extrapolé au-delà de la limite d des moyens d'enregistrement 10. Une méthode préférée pour réaliser cette extrapolation du masque bidimensionnel MD est décrite en détail dans la demande de brevet en France N° FR 07 60151 appartenant à la Demanderesse et auquel il est possible de se référer pour de plus amples détails sur ledit procédé d'extrapolation du masque bidimensionnel MD. En variante, l'extrapolation du masque bidimensionnel MD peut être effectuée de la même manière au niveau des points ou pixels du domaine D correspondant à l'image projetée I pour lesquelles les valeurs de niveaux de gris ne sont pas connues et/ou pertinentes, et n'avaient donc pas été considérées pour l'élaboration du domaine D associé à l'image projetée I. Le procédé d'extrapolation d'un masque bidimensionnel MD , tel que celui décrit dans la demande de brevet en France n° FR 07 60151, comprend des étapes de : a) estimation au moins partielle d'une série de masques bidimensionnels My associés à une série de positions Sy de la source S situées entre des positions Su et SD que peut prendre la source, à partir des masques bidimensionnels Mu et MD associés à ces positions Su et SD, b) évaluation au moins partielle d'un masque tridimensionnel intermédiaire de l'objet à partir de la série de masques bidimensionnels My et des masques bidimensionnels Mu et MD, et c) extrapolation du masque bidimensionnel MD au-delà de la limite d des moyens d'enregistrement selon une position relative entre Su et SD à partir du masque tridimensionnel intermédiaire. En complément, le procédé d'extrapolation du masque 15 bidimensionnel MD comporte en outre au moins l'une des caractéristiques suivantes : - préalablement à l'étape a), si le masque bidimensionnel MD, associé à la position de la source SD, n'est pas disponible, le masque bidimensionnel MD, 20 est alors extrapolé à partir de masques bidimensionnels alors disponibles, - l'extrapolation de l'étape c) comporte une projection du masque tridimensionnel intermédiaire à partir de la position SD sur un plan passant par les moyens 25 d'enregistrement, - l'estimation au moins partielle de l'étape a) s'effectue sur la limite d des moyens d'enregistrement selon la position relative entre Su et SD, - l'estimation au moins partielle de l'étape a) 30 comporte, pour chacun des masques bidimensionnels My, une étape de détermination d'un point Ty situé sur un bord de l'objet projeté sur la limite d des moyens d'enregistrement, la source occupant la position Sy, - les points Ty sont estimés par une interpolation linéaires entre des points TD, et TD situés sur un bord de l'objet projeté sur la limite d des moyens d'enregistrement (10), la source (S) occupant les positions SD, et SD respectivement, - si le masque bidimensionnel MD, associé a la position SD, de la source n'est pas disponible, le point TD, est alors extrapolé à partir de points T alors disponibles, - le procédé comporte une étape supplémentaire de : d) application d'une fermeture sur le masque bidimensionnel MD extrapolé, - préalablement à l'étape a), le procédé comporte une étape de détermination d'une limite d'extrapolation Inn sensiblement parallèle à la limite d des moyens d'enregistrement et située en dehors des limites des moyens d'enregistrement, - l'étape b) comporte, pour chaque ligne 1 sensiblement parallèle à la limite d'extrapolation 'fin et située entre la limite d des moyens d'enregistrement et la limite d'extrapolation 'fin, des sous étapes de : b1) estimation d'un plan Pli) passant par la position SD et la ligne 1, b2) estimation du masque tridimensionnel intermédiaire pour chaque voxel (v) situé à l'intersection du plan Pli) et du volume d'intérêt, et - l'étape c) comporte une étape de projection sur chaque 30 ligne 1 sensiblement parallèle à la limite d'extrapolation lfin et située entre la limite d des moyens d'enregistrement et la limite d'extrapolation lfin du masque tridimensionnel intermédiaire. Une fois le masque bidimensionnel MD déterminé et extrapolé, le procédé détermine, dans une étape ultérieure, une extrapolation de l'image projetée I associée. Pour cela, pour chaque pixel ou point P situé en dehors de la limite d des moyens d'enregistrement 10, si MD[P] est égale à zéro (le point ou pixel P considéré n'appartient donc pas à l'objet radiographié contenu dans la région d'intérêt 20), alors I[P] est initialisé à une valeur constante prédéterminée correspondant au niveau de gris de l'arrière-plan. En général, cette valeur constante prédéterminée correspondant au niveau de gris de l'arrière-plan est égal à zéro. Sinon, si MD[P] est égal à un (le point ou pixel P appartient alors à l'objet radiographié contenu dans la région d'intérêt 20), la valeur I[P] est extrapolée à partir des valeurs des points ou pixels de l'image projetée I voisins du point ou pixel P considéré de l'image projetée I. En référence aux figures 2 et 3, nous allons décrire plus en détail une telle extrapolation de la valeur I[P] au point ou pixel P de l'image projetée I. Cette extrapolation consiste, dans le principe, à calculer le niveau de gris du point ou pixel P de l'image projetée I en l'extrapolant à l'aide des points ou pixels de l'image projetée I voisins de ce point ou pixel P. Toutefois, ces points ou pixels voisins doivent remplir une des conditions suivantes : soit la valeur dans le masque bidimensionnel MD, en ces points, est égal à un et la valeur du niveau de gris est connu et pertinent (et donc donné par le domaine D associé à l'image projetée I) ; soit le(s) point(s) ou pixel(s) est (sont) déjà 5 le résultat d'une extrapolation précédente et appartient(appartiennent) au masque extrapolé. Dans une forme de réalisation, cette extrapolation prend la forme d'une extrapolation linéaire comme cela 10 est illustré en particulier dans la figure 3. Les points ou pixels voisins sont, ici, au nombre de deux : P_i et P_2. Le point ou pixel P_1 est adjacent du point ou pixel P alors que le point ou pixel P_2 est adjacent du point ou pixel P_1 mais pas du point ou pixel P. Dans cette 15 figure 3, l'axe vertical 2 représente les niveaux de gris, alors que la courbe 3 en traits pleins représente l'évolution des niveaux de gris connue et pertinente du domaine D des points voisins du point P considéré ou précédemment extrapolés. La ligne pointillée 4 illustre 20 l'extrapolation de la ligne 3 de niveau de gris pour déterminer le niveau de gris au point ou pixel P considéré, en utilisant une extrapolation linéaire. Néanmoins, de part la forme de l'objet à radiographier contenu dans la zone d'intérêt 20, la valeur du niveau 25 de gris d'un pixel ou point P en dehors des limites ne peut pas toujours être interpolée en utilisant les points ou les pixels situés dans la même colonne comme cela est illustré dans la figure 2. Une solution dans cette situation est d'extrapoler le niveau de gris du 30 point ou du pixel P en utilisant la valeur du niveau de gris des points P_1 et P_2 situés sur les lignes L_1 et L_2 qui sont les plus proches et qui sont inclus dans le masque, c'est-à-dire que M[P] et M[P2] sont égal à un. Une fois ces points sélectionnés, le procédé se retrouve dans une situation similaire telle que celle illustrée en figure 3. Une fois l'ensemble des points ou pixels P situés en dehors de la limite d des moyens de détection 10 calculés selon la méthode précédente, le procédé aboutit à l'élaboration d'une image projetée I extrapolée. 10 En variante, l'extrapolation de l'image projetée I peut être effectuée de la même manière au niveau des points ou pixels du domaine D correspondant à l'image projetée I pour lesquelles les valeurs de niveaux de 15 gris ne sont pas connues et/ou pertinentes, et n'avaient donc pas été considérées pour l'élaboration du domaine D associé à l'image projetée I. Ainsi, il est possible de corriger simplement les valeurs de niveau de gris en ces points ou pixels. 20 Le procédé d'extrapolation selon l'invention fournit donc une approche robuste pour traiter des images de projection issues d'un dispositif de radiographie permettant des acquisitions par 25 tomosynthèse au niveau des bordures des images. Ceci permet d'éviter l'apparition des artefacts communément rencontrés dans ce type de procédé, et ainsi d'améliorer la qualité de la reconstruction tridimensionnelle qui sera établie à partir des images projetées I ainsi 30 extrapolées. De plus, une implémentation du procédé selon l'invention dans le cadre d'un prétraitement des images projetées avant d'appliquer un algorithme de5 reconstruction itératif est crucial du fait que la présence d'artéfacts et/ou d'incohérences entre les images d'entrée peut dramatiquement dégrader la qualité de l'image finale obtenue. Bien entendu, il est possible d'apporter à l'invention de nombreux changements sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. Par exemple, le procédé d'extrapolation d'une image bidimensionnelle (I) selon l'invention est applicable à un ensemble d'images acquises lors d'une tomosynthèse, afin de reconstruire une image tridimensionnelle de l'objet ainsi radiographié en dehors du domaine des images acquises lors de la tomosynthèse.15 REVENDICATIONS1. Procédé d'extrapolation d'une image bidimensionnelle (I) en niveau de gris dans un dispositif de radiographie du type contenant une source (S) de rayons X, des moyens d'enregistrement (10) de l'image bidimensionnelle (I) disposés en regard de la source (S) et comportant une limite (d), et un volume d'intérêt (20), comportant un objet destiné à être radiographié, situé entre la source (S) et les moyens d'enregistrement (10), le procédé comprenant des étapes de: a) détermination d'un domaine (D) de l'image bidimensionnelle (I) à extrapoler où en chaque point (P) du domaine (D), la valeur du niveau de gris est connue et pertinente; b) détermination d'un masque bidimensionnel (MD) associé au domaine (D) et extrapolé au-delà de la limite (d) des moyens d'enregistrement (10) ; et, c) extrapolation de l'image bidimensionnelle (I) au-delà de la limite (d) des moyens d'enregistrement (10) à partir du masque bidimensionnel extrapolé (MD). 2. Procédé d'extrapolation selon la revendication 1, dans lequel l'étape c) comprend une sous-étape de, pour chaque point (P) en dehors du domaine (D), c'est-à-dire que la valeur de niveau de gris en ce point de l'image bidimensionnelle (I) n'est pas connue ou pertinente: c1) si le point (P) n'est pas dans le masque bidimensionnel extrapolé (MD), alors une valeur d'extrapolation I[P] de l'image bidimensionnelle (I) au point (P) est initialisée à une valeur constante prédéterminée correspondant à un niveau de gris de l'arrière-plan. 3. Procédé d'extrapolation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'étape c) comprend une sous-étape de, pour chaque point (P) en dehors du domaine (D), c'est-à-dire que la valeur de niveau de gris en ce point de l'image bidimensionnelle (I) n'est pas connue ou pertinente: c2) si le point (P) est dans le masque bidimensionnel extrapolé (MD), alors une valeur d'extrapolation I[P] de l'image bidimensionnelle (I) au point (P) est extrapolé à partir des points connus dans un voisinage du point (P). 4. Procédé d'extrapolation selon la revendication 3 dans lequel, lors de l'étape c2), les points connus dans le voisinage du point (P) sont situés dans le masque bidimensionnel extrapolé (MD), c'est-à-dire que la valeur en ces points du masque bidimensionnel extrapolé est égale à une valeur connue et pertinente ou déjà extrapolée correspondante à l'existence de l'objet radiographié en ces points. 5. Procédé d'extrapolation selon la revendication 3 ou 4 dans lequel, lors de l'étape c2), la valeur d'extrapolation I[P] est extrapolée selon une extrapolation linéaire. 6. Procédé d'extrapolation selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel, lors de l'étape c2), les points connus dans le voisinage du point (P) sont un point (P_1) situé sur une ligne adjacente au point P et un point (P_2) situé sur une ligne adjacente seulement au point (P_1). 7. Procédé d'extrapolation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'image bidimensionnelle (I) appartient à un ensemble d'images acquises lors d'une tomosynthèse de l'objet destiné à être radiographié, afin de reconstruire une image tridimensionnelle en dehors du domaine des images acquises lors de la tomosynthèse. 8. Dispositif de radiographie qui comporte une source (S) de rayons X, des moyens d'enregistrement (10) d'une image bidimensionnelle (I) disposés en regard de la source (S) et comportant une limite (d) et un volume d'intérêt (20) comportant un objet destiné à être radiographié, situé entre la source (S) et les moyens d'enregistrement (10) dans lequel le dispositif de radiographie est agencé de sorte à mettre en oeuvre un procédé d'extrapolation selon l'une des revendications 1 à 7.