EP3987312A1 - Compton camera and method for campton 3d imaging - Google Patents

Compton camera and method for campton 3d imaging

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Publication number
EP3987312A1
EP3987312A1 EP20800005.9A EP20800005A EP3987312A1 EP 3987312 A1 EP3987312 A1 EP 3987312A1 EP 20800005 A EP20800005 A EP 20800005A EP 3987312 A1 EP3987312 A1 EP 3987312A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
compton
source
views
camera
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20800005.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alain Iltis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ANDRA Agence Nationale Pour La Gestion Des Dechets Radioactifs
Damavan Imaging
Original Assignee
ANDRA Agence Nationale Pour La Gestion Des Dechets Radioactifs
Damavan Imaging
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ANDRA Agence Nationale Pour La Gestion Des Dechets Radioactifs, Damavan Imaging filed Critical ANDRA Agence Nationale Pour La Gestion Des Dechets Radioactifs
Publication of EP3987312A1 publication Critical patent/EP3987312A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/20066Measuring inelastic scatter of gamma rays, e.g. Compton effect
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/1603Measuring radiation intensity with a combination of at least two different types of detector
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/40Imaging
    • G01N2223/401Imaging image processing

Definitions

  • the present application relates to the field of imaging and more particularly to the imaging of sources of gamma rays.
  • the present application relates to a device, system and methods for imaging by detector of the Compton Camera type.
  • the present application relates to a device, system and methods for imaging by Compton Camera called “multi-capture” (at least “bi-capture”), that is to say using at least two captures.
  • Compton imaging performed from at least two different locations (either different locations of the same Compton Camera, or different locations of several separate Compton Cameras).
  • the present application therefore details a new technology for detecting gamma rays combining several captures of Compton images and improvements made to cameras and / or image reconstruction methods using this type of multiple captures.
  • the invention further relates to the use of such imaging and / or detection in the fields in particular of astronomy, the nuclear industry and the medical field.
  • Such a capture center makes it possible, thanks to the photons detected, to obtain Compton images following the interaction between an incident Gamma ray with the capture center, for example as shown in FIG. 1.
  • the image reconstruction mode used by Compton cameras is fundamentally ambiguous. Indeed, we typically measure a vector corresponding to the characteristics of a first interaction (11) (or “diffusion”), which has a given energy (E1), then a vector corresponding to a second interaction (I2) (or “absorption ").
  • E1 first interaction
  • I2 second interaction
  • the incident gamma radiation is then localized on a cone whose apex is 11 and the opening angle is given by the ratio between the measured energies of the two interactions (E1 / E2).
  • a first interaction (11) of a gamma ray with a scintillator will generate photons detectable by the capture center (CC) and deviate its trajectory
  • a second interaction (I2) with a scintillator (identical or different from the first) will also generate photons detectable by the capture center (CC)
  • Compton imaging defining a Reconstruction Cone (CR) whose vertex is in the capture center ( CC) and whose base is a reconstruction ellipse (DR) formed by the intersection between the reconstruction cone (CR) and a reconstruction plane perpendicular to the imaging axis of the capture center (CC).
  • the reconstruction plan can be defined using various means, such as for example telemetry, laser measurement or even by three-dimensional reconstruction of the Compton images. It will be noted that in the latter case, it is not necessary to make an assumption on the identification of the source with an optical object.
  • the object of the present invention is therefore to provide a Compton imaging device, system and method making it possible to overcome at least part of the drawbacks of the prior art.
  • the terms "present invention” or “the invention” in fact designate, in the present application, simply possible embodiments and examples of implementation. These various embodiments, as well as their particular technical characteristics, could of course be isolated from each other or combined together by a person skilled in the art, in particular thanks to the functional considerations provided in the present application and according to the needs imposed by them. targeted applications according to the fields of application.
  • the invention relates to a device, a system and a method for using a Compton camera, characterized by the use of at least two centers for capturing distinct positions. [0012]
  • the invention makes it possible to reduce the calculation time and / or to limit the number of photons necessary to obtain reliable imaging, unlike the prior art using only Compton images obtained from the same center. capture.
  • a second relates to a 3D imaging method using said Compton cameras and some of the various applications which result therefrom.
  • the present application proposes to use "Compton images” from different “Compton capture” positions.
  • the term “Compton image” (or simply “image”) designates in the present application the imagery obtained from the vectors calculated on the basis of the data collected by a single determined “capture center” (of determined position, whatever the its technical specifications).
  • the term “Compton capture” designates in the present application the imagery obtained from the vectors calculated on the basis of the data collected by several determined “capture centers”, whether it is acts of the same capture center displaced in space between two successive images or of two distinct capture centers (CC1, CC2) producing independent images from different positions.
  • the present application therefore provides various embodiments for its physical implementation in terms of device, system or method.
  • the same camera will preferably be used in two successive positions or two identical cameras located in two different positions, but the present application also provides for the possibility of using two different cameras in two different positions.
  • the invention is characterized in that the distinct positions are separated by a distance less than or equal to twice the resolution. position (for example 1 ° or 2 °, even 3 °) (by preference to the angular resolution between two sources which is clearly superior: for example 6 ° to 8 °) of the capture center of the Compton camera in order to obtain a stereoscopic vision in a compact portable instrument.
  • the invention is characterized in that the distinct positions are separated by a distance less than but close to twice the angular resolution of the capture center of the Compton camera, in particular at the desired range for the camera.
  • the invention is characterized in that the separate positions are arranged in an arc centered on the position of the gamma ray source.
  • FIG. 2 illustrates the two possible reconstruction disks (DR) obtained by a single capture center (CC1) from two successive images (n and n + 1). These two reconstruction discs (DR) make it possible to estimate the real position of the source (S) by the intersection of the two reconstruction cones (CR), but the estimated position is ambiguous.
  • the present application proposes to use Compton captures from at least two different capture centers (CC1, CC2). They can be several Compton images of the same camera or images of several separate cameras, or even cameras moving in space between different locations of capture centers. All that is said for a multi-capture camera can be reproduced with a monocular camera by moving the camera from a precisely known distance and by performing identical poses on condition of also knowing precisely the relative positions and the orientation of the optical axis of the camera.
  • a multi-capture camera consists of two Compton C1 and C2 heads (each can be made up of a pair of diffuser + absorber plates). These two heads are ideally identical in terms of optical configuration / design, their optical axes are preferably parallel, the two heads being separated by a precisely known distance. These two cameras look at the same field of view.
  • the precision of the position of a point radioactive source obtained with a Compton camera is between 1 ° and 2 °. It is this parameter which is important for the design of a multi-capture camera.
  • the distance between the two heads must under tend an angle greater than the angular accuracy of locating a source within the range of the camera. (For example a separation of 10 centimeters (cm) between the heads if the position accuracy is 1 ° and the target range is 10 meters)
  • the distance between the two heads will be relatively small, for example 20 cm and this camera can operate in multi-capture mode up to at least 5 to 10 meters (m).
  • the distance between the heads is not too great, for example less than 10 ° ( ⁇ 10 °) so that the observed field of view is not too different between the two images.
  • an angular distance between the heads greater than 30 ° (> 30 °) has a different utility, that of giving a three-dimensional image of an extended object.
  • the multi-capture camera is particularly suitable for the analysis of low contamination, or even of natural radioactivity. Indeed in this case the photon flux is low (a few photons / hour). It takes hours for the source to pass the detection threshold (50 photons / point source) and the natural background noise disturbs the measurement. On the other hand, if we have an estimate of the distance from the source, triangulation makes it possible to obtain detection with certainty.
  • This phenomenon is amplified by the fact that the dimension of the detector, in the case of a monocular camera, is small compared to the distance from the source, therefore the areas of intersection are extended objects (due to the uncertainties on the measurement of the various parameters) distributed around two lines by pair of cones.
  • the images can be improved and we can hope for a gain of a factor of 2 to 3 on the angular resolution of our camera and find the angular resolution that is expected according to the diameter of an isolated spot as well that we would get it with an optical camera.
  • This mode is therefore particularly advantageous for the detection of very low contamination.
  • This method proceeds by successive iterations (between 10 and 30 in most situations). On the other hand, if we apply a large number of "smoothings" to the image of an extended object, the image is greatly degraded.
  • a factory calibration is carried out with a point source in different angular positions in the field of the camera.
  • PSF Point spread function
  • the number of photons present in the source is estimated
  • the maximum number of smoothing to be applied in this case is determined as a function of the extent of the source and of the number of photons present.
  • the Compton camera repeatedly provides the number of photons which have contributed to building a given image. It is therefore possible to use it to estimate a flux of gamma rays.
  • the Compton image must be reconstructed over the entire space (4 Pi steradians). It is then necessary to identify the parasitic sources and exclude from the reconstruction the cones which pass through these parasitic sources. In this way, the disturbance of the counting rate is limited, which provides an electronic collimation of the signal collected by the device according to certain embodiments of the present application.
  • the present application also provides for the integration of at least one measurement of the flow of a screened source.
  • the intense sources of radiation are located in a container which may be a metal barrel, a concrete enclosure, lead protection or any other type of material or radiation protection device.
  • the image is reconstructed on 4 Pi and all the cones passing through sources or intense artefacts located outside the area of interest are removed from the reconstruction. In most cases, an initial estimate is available, even accurate to 10% of the distance from the source (visible multi-capture camera, physical measurement, laser range finder, etc.).
  • FIG. 2 represents an example of a conventional monocular Compton camera.
  • the direction of incidence of each gamma photon performing a Compton effect in the detector is positioned on a cone.
  • there are one or two possible solutions which are two generating lines of the cone.
  • there are generally two solutions only one of which represents the position of the source.
  • the solution is degenerated into Z (i.e. uncertain as to the depth of the source, i.e. its distance from the camera) because whatever the position of the reconstruction plane, the two solutions appear angularly in the same place.
  • the second solution (that which does not contain the source) is that which generates artefacts (false concentrations) on reconstruction.
  • Figure 4 shows the multi-capture camera (or the effect of a movement relative to the known trajectory of a monocular camera)
  • the possible solutions are a conical arc (ellipse, parabola, etc.) .
  • the solution is no longer degenerated into Z: beyond a certain distance there is no longer any solution.
  • the angular position of the solutions is dependent on the reconstruction plan. However, the real source has a fixed angular direction, so the real source will emerge from the noise very quickly.
  • the present application therefore aims to further protect:
  • At least one Compton multi-capture camera consisting of 2 neighboring detection sets observing the same field of view, characterized in that the two detection sets are separated by an angular distance greater than 1 ° at the maximum range of the camera in order to allow observation of a movement of a point source at the maximum range between two images taken simultaneously.
  • the present application also aims to protect, alternatively or in combination: - use of this type of camera to estimate the distance from a radioactive source by triangulation of gamma rays; - elimination of artefacts by keeping only the points which are preserved between the two images (coherent distance);
  • a reconstruction method using a multi-capture camera which consists in considering for the reconstruction only the intersections of the cones coming from the camera C1 with those coming from the camera C2;
  • the invention also relates to a method making it possible to create a three-dimensional and / or tomographic image of an object in Compton imaging gamma radiation, characterized in that it comprises one or more Compton cameras producing at least three views from of three known positions distributed each on one of the three axes (X, Y, Z) of a trihedron, the acquisition fields of said views having at least one overlap zone covering the object to be imaged.
  • the invention further relates to a Compton imaging method which comprises a reconstruction method using less than 10 photons / voxel per view to reconstruct the 3D image.
  • the invention relates to a Compton imaging method which comprises an electronic collimation step capable of excluding sources or photons originating from the areas that it is desired to exclude from the image.
  • said views can be acquired either simultaneously by three separate Compton cameras, or sequentially by moving at least one Compton camera on said 3 axes of the trihedron.
  • said trihedron is a trihedron with orthogonal X, Y and Z axes defining three directions of space, the source to be imaged being at the origin of the trihedron.
  • said Compton imaging method contains a method of tomographic reconstruction of said object to be imaged from at least two Compton views, the fields of view of which are distributed in three dimensions (X, Y, Z ) from space.
  • said Compton imaging method contains a Compton reconstruction method in which only the intersections of cones from different views are retained.
  • said Compton imaging method contains a Compton analysis process, used in the case where the intensity of the source is identical between several views, to filter the parasitic events for which said intensity of the source does not satisfy the law of the inverse of squared distances, not varying like 1 / d 2 on each of the views, d being the distance from the source to the camera on each of the views.
  • the invention further relates to a Compton imager comprising at least one Compton camera, producing at least three successive or simultaneous views by implementing the method according to at least one of the features described above.
  • one of said Compton cameras is mounted on a frame defining said trihedron.
  • At least one of said Compton cameras is mounted on at least one articulated arm capable of successively and simultaneously moving in all directions in space and being oriented along Euler angles, or in mode automatic, or in manual mode.
  • the invention also relates to the use of said Compton imager according to one of the features described above in various fields (medical, veterinary, industrial, security, etc.)
  • the invention further relates to a Compton imager comprising at least one CT-Scan head enabling a computed tomography image to be produced for attenuation correction in the images produced by Compton imaging.
  • the invention also relates to a Compton imager coupled to a medical accelerator.
  • the invention further relates to a Compton imager, all of the detection heads of which are facing each other around a bench, said bench being able to perform translational and rotational movements in a plane.
  • the invention further relates to the use of the Compton imager to improve the control of radiotherapy and hadron therapy treatments.
  • the invention further relates to the use of the Compton imager to improve the radiation protection of patients, staff, animals and the environment in the presence of one or more radioactive sources.
  • the invention further relates to the use of the Compton imager for obtaining a tomographic image in gamma radiation of a living being with an injected dose of less than 20 MBq in less than 20 minutes for applications in the fields of medical, veterinary and preclinical imaging, to perform non-destructive testing.
  • FIG. 1 is a schematic representation of classic Compton imaging of the prior art
  • Fig. 2 is a schematic representation of the reconstructions from two successive Compton images in the prior art
  • FIG. 3 is a schematic representation of reconstructions from four successive Compton images in the prior art.
  • FIG. 4 is a schematic representation of the reconstructions from two Compton images obtained from two separate Compton captures, according to certain embodiments of the present application.
  • FIG. 5 is a schematic representation of reconstructions from three Compton images obtained by a first Compton capture and from two successive images obtained by a second Compton capture, according to certain embodiments of the present application.
  • FIG. 6 is a schematic representation of the reduction in the target volume of reconstructions from several Compton captures from a position close to angular resolution.
  • FIG. 7 is a schematic representation of the reduction in target volume of reconstructions from multiple Compton captures when the captures are moved in an arc centered on the source.
  • FIG. 9 a is a schematic representation of two cones in two separate views.
  • FIG. 9. b is the schematic representation of the area of intersection of these two cones and of its volume.
  • FIG. 9.c and [Fig. 9.d] are the images of two sources ( 22 Na and 137 Cs) detected by two separate views according to one embodiment of the invention (reconstructed image (MLM / MLEM) from said two views along the axis X [Fig. 9.c], along the Z axis [Fig. 9.d]:
  • FIG. 10 is a schematic representation of three Compton cameras distributed over the three axes (X, Y, Z) of a trihedron centered in O
  • FIG. 11.a is a schematic representation of three cones in three distinct views.
  • FIG. 11.b is a schematic representation of the area of intersection of said three cones and of its volume.
  • the [Fig. 12] represents an embodiment of the invention comprising two sources of 30 kBq, one of 137 Cs, the other of 22 Na separated by 15 cm and observed from a distance of 50 cm.
  • FIG. 12. a] represents the XZ section obtained by “classical” 3D reconstruction by considering all the intersections between Compton cones. The position of the 2 sources is clearly visible but the image shows many artefacts.
  • FIG. 12. b] represents the same section XZ obtained by reconstruction according to certain embodiments of the invention using only the multi-view intersections and clearly showing the position of the two sources and the virtual disappearance of the artefacts. DETAILED DESCRIPTION
  • the object of the present invention is therefore to provide a Compton 3D reconstruction method, uses and a Compton imager making it possible to overcome at least part of the drawbacks of the prior art.
  • the invention relates to a Compton imaging method using one or more Compton cameras.
  • Said Compton cameras produce at least three views [Fig. 10], [Fig. January 1 .c] (containing CCi capture centers, CC2, CC3 [Fig. 10]) from three known positions distributed over the three axes (X, Y, Z) each passing through a catch centers one of the Compton cameras.
  • the implementation of said method allows the 3D reconstruction of the image of an object from a minimum of views, preferably three.
  • An advantage of using the method of the present invention is that it makes it possible to reduce the number of views necessary for the reconstruction of the image which imposes constraints (time, dose, cost, etc.). For example, multiplying the number of views has a cost, either in pause time if you have to move the camera to get enough views, or in equipment cost if you use equipment that takes multiple views simultaneously.
  • the implementation of the method of the present invention makes it possible to combine the advantages of the detection mode of Compton cameras, of the original and novel method of selection of the photons required to reconstruct 3D image.
  • the method of the present invention comprises a 3D Compton reconstruction step requiring less than 10 photons / voxels to reconstruct the image. This is partly due to the finesse of our photon selection method which, by reducing the positional uncertainty by acquisition, improves the localization accuracy of the reconstruction gamma photons.
  • said method makes it possible, with very few photons compared to current conventional tomographic imagers, to reconstruct three-dimensional (3D) images of better or at least equivalent quality.
  • the electronic collimation of Compton cameras improves sensitivity, compared for example with Anger cameras because it accepts photons regardless of their respective angles of incidence. It is also much more robust to disturbances from secondary and / or off-screen sources. Indeed, it is possible to exclude from the reconstruction cones which contain a source secondary to the one to be studied, for example a source outside the measurement field. By performing such processing we obtain an image and a count rate of the main source very similar to what we get in the absence of a secondary source. This electronic collimation is therefore able to exclude unwanted sources or photons and retain only those useful for reconstructing the image for a gain in quality and time.
  • the method of the present invention comprises a 3D Compton reconstruction step requiring less than 10 photons / voxels to reconstruct the image. This is in part due to the finesse of our photon selection method which improves the localization accuracy of reconstructing gamma photons for a better image with fewer hits compared to conventional imagers of the same type.
  • a Compton 3D reconstruction is carried out from three views, each sampling one of the three directions of space. Acquisition times and number of moves according to each view defined at the user's discretion.
  • H and are the two points of interaction and the direction of diffusion is given by the line d (l 2 ) passing through h and I2.
  • the point of absorption I2 apex of the Compton cone is the reference point locating the position of one of the views on one of the axes, the three axes forming a trihedron whose origin O [Fig. 10.] is the point of intersection of said axes.
  • the 1 D, 2D, 3D modes described below must be understood as being the number of spatial directions of view (s).
  • two gamma photons coming from the same source are detected by a Compton camera along one of the axes of the trihedron (1 D mode).
  • a Compton camera along one of the axes of the trihedron (1 D mode).
  • the intersection volumes of the cones are quite large. For example, 2240 cm 3 for the intersection volume following a view [Fig. 8.c]
  • the two gamma photons are detected either by two different Compton cameras, each along one of the three axes of the trihedron, or by a single Compton camera capable of successively producing two views, each along two different axes of the trihedron ([Fig. 9. a]; [Fig. 9. b]).
  • Such an arrangement of Compton cameras makes it possible to have two separate shots along two axes of a plane passing through the object to be imaged, the details of the object to be imaged are better circumscribed, better defined and better resolved than in 1 D mode.
  • With two views along X and Y at 90 ° to each other there is an interaction volume of the Compton cones of 1327 cm 3 [Fig. 9. b]. Lower than that obtained from the intersection of the Compton cones in acquisition 1 D.
  • many values of X and Y are excluded, the solution is no longer degenerate along the observation axes.
  • An advantage of this embodiment is to accelerate the convergence of the reconstruction algorithm.
  • the [Fig. 9.c] and [Fig. 9.d] are the views and images obtained from the classical 2D reconstruction from views along X and along Y at 90 ° to each other. All intersections between cones are considered valid. The views are taken along the X and Y axes and the image shown along the Z axis where no observations are available.
  • One of the advantages of this embodiment is to highlight three problems, an artefact line along the axis of view, the image of the point source is not spherical and has a distortion along the same axes as the artifact, the image computation time is very long.
  • an observation along the Z axis further reduces artifacts. Indeed, with this complete observation there is no longer a particular direction according to a view and the artifact is much less marked.
  • one solution offered by the method is, to limit this problem, to observe the system along the Z axis.
  • three gamma photons from the same source are detected, either by three different Compton cameras, each along one of the three axes of the trihedron ([Fig. 10]; [Fig. 12]), or by a single Compton camera capable of producing three views, each along three different axes of the trihedron, or by two cameras, one producing a view along one of the axes of the trihedron and the other successively producing the other two views respectively on the other two axes of the trihedron.
  • the purpose of these different Compton camera layout options is to cover all the possible configurations to ultimately make it possible to obtain three distinct shots along the three axes of a trihedron.
  • the views can be acquired, either simultaneously by three separate Compton cameras, or sequentially by a displacement of at least one Compton camera on said 3 axes X, Y and Z of the trihedron.
  • the place of emission (S) of the detected photon coincides with the point of intersection (O) of the X, Y and Z origin axes of the trihedron [Fig. 10.].
  • said trihedron is a trihedron with orthogonal X, Y and Z axes defining three directions of space.
  • Three views following the three directions of space constitute optimal observation conditions for a given source located at the origin of said trihedron, If the field of view is transparent to radiation, the views above and below are equivalent in information, and are those where the axes joining the source to the camera constitute an orthogonal trihedron.
  • the source is simultaneously observed along the 3 axes of the trihedron and only the intersections which include the three viewing angles are considered, in the most general case there are only 8 possible point solutions for the source in space, 8 restricted zones if the cones have a certain thickness due to uncertainties [Fig. 9.a]
  • the method contains a Compton reconstruction method in which only the intersections of cones from different views are retained.
  • One of the advantages being by example, improving the source location accuracy which allows better reduction of ghost source artifacts in the reconstructed image.
  • a voxel is generally defined as a unit of volume image the geometry of which is variable (cubic, cylindrical, spherical, etc.) and that this term should not be understood in a limiting manner.
  • Another advantage of imposing the presence of cones from the 3 views to consider an intersection zone as valid, is that this will considerably accelerate the convergence of the rear projection algorithm by removing the irrelevant zones to locate the source.
  • Another advantage is that this reduction in uncertainties leads to reducing the dimensions of the task which contains the image of the source. With three views we have a better angular resolution of the Compton camera.
  • said Compton imaging method further contains a Compton scanning process, used in the case where the intensity of the source is identical between several views, to filter the parasitic events for which said intensity of the source does not satisfy the law of the inverse of squared distances, not varying as 1 / d 2 on each of the views, d being the distance from the source to the camera on each of the views.
  • a Compton scanning process used in the case where the intensity of the source is identical between several views, to filter the parasitic events for which said intensity of the source does not satisfy the law of the inverse of squared distances, not varying as 1 / d 2 on each of the views, d being the distance from the source to the camera on each of the views.
  • the attenuation due to the scattered radiation is not a problem since it is possible to obtain quantified images of the scattered radiation. It is therefore advantageous to use these images to correct the number of photons emitted.
  • the present invention further relates to a Compton imager comprising at least one Compton camera, capable of producing at least three successive or simultaneous views and implementing the Compton imaging method according to the particularities described above.
  • said Compton imager comprises a Compton camera mounted on a frame defining the trihedron.
  • At least one of the Compton cameras of said Compton imager is mounted on at least one articulated arm which can successively and simultaneously move in all directions in space and be oriented along the angles of Euler, either in automatic mode or in manual mode.
  • This facilitates the deployment of the cameras around the object to be imaged and also makes it possible to consider and achieve all types of possible and desired orientations for different arrangements of the view heads of each of the cameras.
  • Another advantage is to make it possible to bring the detection heads closer to the area to be imaged and thus reduce the acquisition time and at the same time the dose and, to improve the spatial resolution of the image, to be able to achieve the various view positions desired regardless of the geometric constraints.
  • the automatic mode is controlled remotely. So for some use it is not necessary to have an operator near the object to be imaged.
  • said Compton camera are mounted on aircraft (for example a drone, etc.) or on a land drone thus making it possible to produce views of an object to be imaged located in a zone of particularly restrictive access (at sea, space, contaminated area, ).
  • the present invention relates to the use of the Compton imager according to the particularities described above in many fields (health, industry, environment, safety).
  • PET imaging In the field of health for example, one of the main interests of Compton 3D imaging compared to other imaging modalities, PET imaging for example, it makes it possible to obtain tomographic images, which are certainly less resolved. , but on the one hand with a dose injected by a factor of 10 to 20 lower, and contributes significantly to improving the radiation protection of patients, staff, animals and the environment.
  • the low cost of the device of the present invention compared to a PET scan makes it more accessible.
  • the present invention relates to the use of the Compton imager for medical imaging, for veterinary imaging, for preclinical checks.
  • One of the advantages of the Compton imager of the present invention is that it is particularly suitable for imaging large animals (horses, cows, elephant, giraffe ).
  • the Compton method and imager of the present application also relates to the field of pharmacokinetic studies (diffusion of the tracer in the body). Scanning of potentially cancerous patients to locate hot spots, the injected dose being so low (and therefore cheap) that it does not pose a risk to the patient. It also makes it possible to increase the number of frequent post-treatment images for better patient follow-up with a severely restricted dose.
  • the use of the Compton imager of the present invention allows a patient to accumulate advantages in terms of quality of care, cost and treatment time, better post-treatment follow-up.
  • the present invention relates to the use of the Compton imager in industry, for example for the detection of faults in various types of structures, for performing non-destructive testing, etc.
  • the present invention relates to the use of the Compton imager to obtain the image of radioactivity distributions, in deduce the activity of one or more sources in industry, locate (place of emission of the photon) the sources in the containers. Indeed, with a precise measurement of the broadcast, we have a good estimate of the real activity of a source.
  • the implementation of the method on a storage drum of dimensions 600 x 925 mm leads to an image (MLM / MLEM) in 20 minutes at 1.3 meters from the center with a dose of only 4.5 MBq of 60 Co using the Compton 3D reconstruction method described in the present invention.
  • MLM / MLEM image
  • 250 MBq is injected, with the PET detectors placed less than 40 cm from the center of the object to be imaged.
  • FIG.12 shows an embodiment of the invention where two sources ( 137 Cs and 22 Na) of 30 kBq each, separated by 15 cm are observed (3 views in three directions distinct) at a distance of 50 cm from the origin of the trihedron.
  • the Compton imager described is applied to humans, with the same field of view, three Compton cameras being 40 cm from the center of the area of interest.
  • the number of photons detected increases by a factor of 10.
  • a tomographic image is obtained in 2 minutes, either by injecting only 0.5 MBq, or a better resolved image by posing longer.
  • the three parameters can be adjusted depending on the relevance, the analysis, generally depending on the information sought.
  • the invention relates to the use of the Compton imager to produce tomographic images in gamma radiation (of a living being, of an animal, etc.) with an injected dose. less than 20 MBq for a time t less than 20 minutes.
  • the many advantages in quality of care, cost, treatment time, ALARA, etc. made available by the device are thus combined for a patient.
  • Compton cameras offer to take views with large field sizes. Compared to PET cameras the difference in field of view is significant (8100 square degrees versus 25 square degrees if PET modules of the same size as Compton modules were used).
  • Another advantage for using Compton cameras is that in Compton imagery, a probability density is imaged. The image is sensitive to the neighborhood, which speeds up the convergence of the reconstruction. Unlike the pointillist PET image, each LOR is independent.
  • the Compton method and imager of the present application is suitable and just as effective in the case of sources whose intensity is constant or weakly variable over time.
  • the camera it is possible by moving the camera and by performing at least 3 poses (views) of the same object so that the vector joining the source and the camera has projections of at least 50% (in total or 50% along each axis) according to the 3 axes of an orthogonal trihedron.
  • the case where the 3 observations take place according to a trihedron (X, Y, Z) with respect to the source is optimal.
  • This can be done for example by installing a camera according to the invention on a robotic arm or a land or air drone. The goal is to have all the necessary configurations to avoid having missing views.
  • the source is variable (medical applications) or if it is desired to have an image acquisition period as short as possible, it is advantageous to simultaneously acquire the 3 views along X, Y, Z during one and the same pose.
  • the invention relates to the application of the method and of the Compton imager described in the field of the nuclear industry.
  • to perform a 3D tomography of containers of radioactive substances for example waste drums
  • the Compton imager of the present invention comprises at least one CT-Scan head enabling a tomodensitometric image to be produced.
  • An advantage of this embodiment is that it allows the user to make attenuation corrections.
  • the CT-scan head provides an image of the skeleton and further improves the localization of an organ in the body relative to the bone landmark.
  • the CT-Scan head of the present invention includes any type of detector X-ray tube combination making it possible to determine the attenuation maps or to produce X-ray images.
  • the Compton imager is coupled to a medical accelerator to perform dosimetry-in vivo measurements and thus makes it possible to check that the treatment actually delivered is indeed that which has been planned.
  • medical accelerator here designates any type of medical treatment device that generates gamma or X photons in any way, with energies within the range of said Compton cameras greater than 200 keV.
  • the coupling is carried out using articulated arms facilitating the optimum positioning desired for the measurement to be carried out.
  • the detection heads are each facing one another around a bench, said bench capable of performing translational and rotational movements in a plane.
  • the bench described above can be a bed, a table or any other device of the same type allowing the correct positioning of the area to be imaged in the field (s) of view of the Compton cameras.
  • the scanning mode described above comprises a displacement of the bench in the desired direction to make it possible to image areas beyond the range of the fields of view of the Compton cameras (for example in medicine a whole body acquisition to see the distribution of 'a radionuclide throughout the body).
  • the invention further relates to the use of the Compton imager of the present invention for improving the control of hadron therapy treatments.
  • the correlation between the position of emission of the prompt gamma rays and the position of the Bragg peak makes it possible to control the quality of hadron therapy treatments.
  • the energy of the prompt gammas varies from some hundred keV to several MeV favoring Compton scattering.
  • the Compton imager of the present invention allows with unequaled localization precision the place of emission of each prompt gamma photons. Thus the correlation can be made and facilitates the monitoring of treatments.
  • Another advantage of using said Compton imager is its very good energy resolution enabling it to detect and discriminate the entire spectrum of said prompt gammas.
  • An additional advantage of the invention is the temporal resolution of the detectors employed (less than 200 picoseconds / ps) making it possible to attribute the photons detected to a particular phase of the pulsed flux of photons detected (for example rising edge of the pulse of photons emitted by the device) [00199]
  • the present invention relates to the use of the Compton imager to improve the radiation protection of patients, staff, animals and the environment in the presence of one or more radioactive sources.

Abstract

The invention relates to a device, a system and a method for using a multi-capture Compton camera, characterized by the use of at least two capturing centers from different positions.

Description

TITRE : CAMERA COMPTON ET PROCEDE D’IMAGERIE 3D COMPTON TITLE: COMPTON CAMERA AND COMPTON 3D IMAGING PROCESS
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
[0001] La présente demande se rapporte au domaine de l'imagerie et plus particulièrement à l'imagerie de sources de rayons gamma. En particulier, la présente demande concerne un dispositif, système et procédés d'imagerie par détecteur de type Caméra Compton. The present application relates to the field of imaging and more particularly to the imaging of sources of gamma rays. In particular, the present application relates to a device, system and methods for imaging by detector of the Compton Camera type.
[0002] Plus précisément, la présente demande concerne un dispositif, système et procédés d'imagerie par Caméra Compton dite « multi-capture » (au moins « bi- capture »), c’est-à-dire utilisant au moins deux captures d’imagerie Compton réalisées à partir d’au moins deux emplacements différents (soit des emplacements différents d’une même Caméra Compton, soit des emplacements différents de plusieurs Caméras Compton distinctes). La présente demande détaille donc une nouvelle technologie de détection de rayons gamma combinant plusieurs captures d’images Compton et des améliorations apportées aux caméras et/ou procédés de reconstruction d’image utilisant ce type de captures multiples. L'invention concerne en outre l'utilisation d’une telle imagerie et/ou détection dans les domaines notamment de l'astronomie, de l'industrie nucléaire et du médical. [0002] More specifically, the present application relates to a device, system and methods for imaging by Compton Camera called “multi-capture” (at least “bi-capture”), that is to say using at least two captures. Compton imaging performed from at least two different locations (either different locations of the same Compton Camera, or different locations of several separate Compton Cameras). The present application therefore details a new technology for detecting gamma rays combining several captures of Compton images and improvements made to cameras and / or image reconstruction methods using this type of multiple captures. The invention further relates to the use of such imaging and / or detection in the fields in particular of astronomy, the nuclear industry and the medical field.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE STATE OF THE PRIOR ART
[0003] Dans l’art antérieur concernant l’imagerie à partir de caméra Compton, il est connu de mesurer les photons émis par au moins un scintillateur (P1 , P2) à l’aide d’un photodétecteur et d’un dispositif de lecture dédié sous l’effet d’un rayonnement gamma. Le scintillateur, le photodétecteur et le dispositif de lecture dédié sont ici désignés par le terme de « centre de capture » (CC en figure 1 ou CC1 et CC2 dans les figures 2 à 7) car ils sont le centre d’une capture d’image, bien qu’ils soient en fait répartis physiquement dans des plans généralement parallèles les uns des autres. Un tel centre de capture (CC, CC1 , CC2) permet, grâce aux photons détectés, d’obtenir des images Compton suite à l’interaction entre un rayon Gamma incident avec le centre de capture, par exemple comme représenté sur la figure 1 . Cependant, le mode de reconstruction d’image utilisé par les caméras Compton est fondamentalement ambigu. En effet, on mesure typiquement un vecteur correspondant aux caractéristiques d’une première interaction (11 ) (ou « diffusion »), qui possède une énergie donnée (E1 ), puis un vecteur correspondant à une seconde interaction (I2) (ou « absorption »). Le rayonnement gamma incident est alors localisé sur un cône dont le sommet est 11 et l’angle d’ouverture est donné par le rapport entre les énergies mesurées des deux interactions (E1/E2). En effet, comme représenté sur la figure 1 , une première interaction (11 ) d’un rayon gamma avec un scintillateur va générer des photons détectables par le centre de capture (CC) et dévier sa trajectoire, et une seconde interaction (I2) avec un scintillateur (identique ou différent du premier) va également générer des photons détectables par le centre de capture (CC), ce qui permet de réaliser une imagerie Compton définissant un Cône de Reconstruction (CR) dont le sommet est dans le centre de capture (CC) et dont la base est une ellipse de reconstruction (DR) formé par l’intersection entre le cône de reconstruction (CR) et un plan de reconstruction perpendiculaire à l’axe d’imagerie du centre de capture (CC). Le plan de reconstruction peut être défini à l’aide de moyens divers, comme par exemple une télémétrie, une mesure laser ou même par reconstruction tridimensionnelle des images Compton. On notera que dans ce dernier cas, il n’est pas nécessaire de faire d’hypothèse sur l’identification de la source avec un objet optique. [0003] In the prior art relating to imaging from Compton cameras, it is known to measure the photons emitted by at least one scintillator (P1, P2) using a photodetector and a monitoring device. dedicated reading under the effect of gamma radiation. The scintillator, the photodetector and the dedicated reading device are here designated by the term “capture center” (CC in FIG. 1 or CC1 and CC2 in FIGS. 2 to 7) because they are the center of a capture of image, although they are in fact physically distributed in planes generally parallel to each other. Such a capture center (CC, CC1, CC2) makes it possible, thanks to the photons detected, to obtain Compton images following the interaction between an incident Gamma ray with the capture center, for example as shown in FIG. 1. However, the image reconstruction mode used by Compton cameras is fundamentally ambiguous. Indeed, we typically measure a vector corresponding to the characteristics of a first interaction (11) (or “diffusion”), which has a given energy (E1), then a vector corresponding to a second interaction (I2) (or “absorption "). The incident gamma radiation is then localized on a cone whose apex is 11 and the opening angle is given by the ratio between the measured energies of the two interactions (E1 / E2). Indeed, as shown in Figure 1, a first interaction (11) of a gamma ray with a scintillator will generate photons detectable by the capture center (CC) and deviate its trajectory, and a second interaction (I2) with a scintillator (identical or different from the first) will also generate photons detectable by the capture center (CC), which makes it possible to perform Compton imaging defining a Reconstruction Cone (CR) whose vertex is in the capture center ( CC) and whose base is a reconstruction ellipse (DR) formed by the intersection between the reconstruction cone (CR) and a reconstruction plane perpendicular to the imaging axis of the capture center (CC). The reconstruction plan can be defined using various means, such as for example telemetry, laser measurement or even by three-dimensional reconstruction of the Compton images. It will be noted that in the latter case, it is not necessary to make an assumption on the identification of the source with an optical object.
[0004] Dans le cas des algorithmes itératifs, l’idée est de considérer dès le départ un modèle discrétisé. On utilise ensuite des algorithmes pour approcher la solution. Ces méthodes permettent une plus grande flexibilité vis à vis des paramètres pouvant être pris en compte. Cependant, des problèmes de convergence apparaissent associés à la difficulté de choisir un critère pour l’arrêt des itérations. De plus, la résolution du problème peut parfois demander d’importantes ressources mémoire et des temps de calculs relativement longs. Pour représenter les erreurs sur les mesures d’énergie et de position, qui impactent la connaissance de l’angle de déviation, on donne aux cônes utilisés pour la reconstruction une épaisseur de paroi. Ceci permet de tenir comptes des incertitudes dans le calcul de la reconstruction. [0004] In the case of iterative algorithms, the idea is to consider a discretized model from the start. We then use algorithms to approach the solution. These methods allow greater flexibility with respect to the parameters that can be taken into account. However, convergence problems appear associated with the difficulty of choosing a criterion for stopping iterations. In addition, solving the problem can sometimes require significant memory resources and relatively long computation times. To represent the errors in the energy and position measurements, which impact the knowledge of the deflection angle, the cones used for reconstruction are given a wall thickness. This makes it possible to take into account the uncertainties in the calculation of the reconstruction.
[0005]Ainsi, comme il est indiqué sur l’exemple représenté sur la figure 2, quand on utilise une caméra dans le cas réel ou la distance source/caméra est grande devant la taille du détecteur et quand on tient compte des diverses erreurs, pour chaque couple de photons détecté on obtient deux zones d’intersection de cônes qui sont deux droites génératrices des cônes (CR) mais l’une d’entre elle contient la source (S) réelle et l’autre contient un artéfact (A1 ). L’origine des cônes étant identique, les deux solutions (A1 , S) sont dégénérées en profondeur : Quel que soit le plan de reconstruction, la direction angulaire calculée est identique pour la vraie source et pour l’artefact. C’est pourquoi même pour une caméra Compton possédant un très faible bruit intrinsèque, il est nécessaire de multiplier le nombre (n) de détections de photons comptons (Images Compton) et donc de cônes reconstruits afin d’estimer la vraie position de la source (S). Ainsi, comme par exemple représenté sur la figure 3, on utilise plusieurs images Compton (n à n+3 sur la figure 3) obtenues par un même centre de capture (CC1 , figure 3) pour estimer la position de la source malgré les artéfacts. Dans le cas réel les erreurs se traduisent par une épaisseur non nulle de la paroi du cône. De ce fait, il est souvent nécessaire de détecter environ 50 photons pour avoir une imagerie réaliste d’une source ponctuelle. Cette ambiguïté explique que les images Compton montrent souvent des artéfacts en plus des sources réelles, ce qui complique l’interprétation des images. Cette solution connue de l’art antérieur présente l’inconvénient de limiter la précision de l’imagerie, tout en nécessitant un temps de calcul important. [0005] Thus, as indicated in the example shown in FIG. 2, when a camera is used in the real case where the source / camera distance is great compared to the size of the detector and when we take into account the various errors, for each pair of photons detected we obtain two areas of intersection of cones which are two lines generating cones (CR) but one of them contains the source (S) real and the other contains an artifact (A1). The origin of the cones being identical, the two solutions (A1, S) are degenerated in depth: Whatever the reconstruction plane, the calculated angular direction is identical for the true source and for the artefact. This is why even for a Compton camera having a very low intrinsic noise, it is necessary to multiply the number (n) of detections of count photons (Compton images) and therefore of reconstructed cones in order to estimate the true position of the source. (S). Thus, as for example represented in FIG. 3, several Compton images (n to n + 3 in FIG. 3) obtained by the same capture center (CC1, FIG. 3) are used to estimate the position of the source despite the artefacts . In the real case, the errors result in a non-zero thickness of the wall of the cone. Therefore, it is often necessary to detect around 50 photons to have a realistic imaging of a point source. This ambiguity explains why Compton images often show artefacts in addition to real sources, which complicates the interpretation of the images. This solution known from the prior art has the drawback of limiting the accuracy of the imaging, while requiring a significant calculation time.
[0006] La pratique courante dans l’état de l’art est de superposer une image gamma sur une image visible pour identifier la localisation de la source. Ceci facilite l’interprétation des images mais ne permet pas de savoir, notamment dans des situations de décontamination, si la source est devant une paroi, derrière la paroi ou dans la paroi. Pour cela, Il faudrait pour cela connaître la distance de la source en utilisant les rayons gamma. Dans de nombreuses situations, l’énergie de la source radioactive est atténuée par sa présence dans un récipient en inox, béton ou plomb (aux parois souvent épaisses). Dans de telles situations, le nombre de photons détectés en provenance de la source n’est qu’une petite fraction du nombre de photons émis : on sous-estime l’activité de la source. Disposer d’un moyen permettant d’estimer l’activité réelle de la source serait précieux. [0007] Dans ce contexte, il serait donc intéressant de proposer une imagerie Compton qui présente moins d’inconvénients que l’art antérieur, en termes de temps de calcul et d’énergie de la source à détecter. [0006] Current practice in the state of the art is to superimpose a gamma image on a visible image in order to identify the location of the source. This facilitates the interpretation of the images but does not make it possible to know, in particular in decontamination situations, whether the source is in front of a wall, behind the wall or in the wall. For this, it would be necessary to know the distance from the source by using gamma rays. In many situations, the energy of the radioactive source is attenuated by its presence in a stainless steel, concrete or lead container (often with thick walls). In such situations, the number of photons detected from the source is only a small fraction of the number of photons emitted: the activity of the source is underestimated. Having a way to estimate the real activity of the source would be valuable. [0007] In this context, it would therefore be advantageous to provide Compton imaging which has fewer drawbacks than the prior art, in terms of calculation time and energy of the source to be detected.
[0008] Dans la pratique courante, il est usuel de multiplier le nombre de vues pour reconstruire un objet en 3D. Ceci génère un coût, soit en temps de pose si l’on doit déplacer la caméra pour obtenir des vues supplémentaires, soit en coût d’équipement si l’on utilise un équipement prenant plusieurs vues simultanément et plus important encore dans le cas d’une application médicale ou vétérinaire, nécessite des doses importantes et n’optimise pas la radioprotection des patients, animaux et personnels. [0008] In current practice, it is customary to multiply the number of views to reconstruct an object in 3D. This generates a cost, either in exposure time if the camera has to be moved to obtain additional views, or in equipment cost if one uses equipment taking several views simultaneously and even more important in the case of a medical or veterinary application, requires large doses and does not optimize the radiation protection of patients, animals and personnel.
[0009] Dans ce contexte, il serait intéressant de proposer une imagerie Compton qui présente moins d’inconvénients que l’art antérieur, en termes de temps d’acquisition, de rapidité de convergence des algorithmes et de qualité d’images reconstruites. [0009] In this context, it would be interesting to propose Compton imaging which has fewer drawbacks than the prior art, in terms of acquisition time, speed of convergence of algorithms and quality of reconstructed images.
EXPOSE DE L’INVENTION DISCLOSURE OF THE INVENTION
[0010] La présente invention a donc pour objet de proposer un dispositif, système et procédé d’imagerie Compton permettant de palier au moins une partie des inconvénients de l’art antérieur. On notera que les termes « présente invention » ou « l’invention » désigne en fait, dans la présente demande, simplement des modes de réalisation possibles et des exemples de mise en œuvre. Ces divers modes de réalisation, ainsi que leurs caractéristiques techniques particulières, pourront bien entendu être isolés les uns des autres ou combinés ensemble par l’homme de métier, notamment grâce aux considérations fonctionnelles fournies dans la présente demande et en fonction des besoins imposés par les applications visées selon les domaines d’application. [0010] The object of the present invention is therefore to provide a Compton imaging device, system and method making it possible to overcome at least part of the drawbacks of the prior art. It will be noted that the terms "present invention" or "the invention" in fact designate, in the present application, simply possible embodiments and examples of implementation. These various embodiments, as well as their particular technical characteristics, could of course be isolated from each other or combined together by a person skilled in the art, in particular thanks to the functional considerations provided in the present application and according to the needs imposed by them. targeted applications according to the fields of application.
[0011]A cet effet, l’invention concerne un dispositif, un système et un procédé d’utilisation de caméra Compton, caractérisés par l’utilisation d’au moins deux centres de capture de positions distinctes. [0012] Ainsi, l’invention permet de réduire le temps de calcul et/ou de limiter le nombre de photons nécessaires pour obtenir une imagerie fiable, contrairement à l’art antérieur utilisant uniquement des images Compton obtenues à partir d’un même centre de capture. [0011] To this end, the invention relates to a device, a system and a method for using a Compton camera, characterized by the use of at least two centers for capturing distinct positions. [0012] Thus, the invention makes it possible to reduce the calculation time and / or to limit the number of photons necessary to obtain reliable imaging, unlike the prior art using only Compton images obtained from the same center. capture.
[0013] L’invention est présentée en deux grande parties [0013] The invention is presented in two main parts
[0014]Une première portant sur l’utilisation et les avantages d’une caméra Compton multi-capture et comprend aussi les améliorations des caméras existantes qui peuvent ou non être couplées à l’utilisation d’une caméra multi-capture. [0014] A first to focus on the use and benefits of a multi-capture Compton camera and also includes improvements to existing cameras which may or may not be coupled with the use of a multi-capture camera.
[0015] Une seconde portant sur une méthode d’imagerie 3D utilisant lesdites caméras Compton et quelques-unes des diverses applications qui en découlent. [0015] A second relates to a 3D imaging method using said Compton cameras and some of the various applications which result therefrom.
[0016] D’une manière générale, comme introduit dans son préambule ci-dessus, la présente demande propose d’utiliser des « images Compton » à partir de positions de « captures Compton » différentes. Le terme « image Compton » (ou simplement « image ») désigne dans la présente demande l’imagerie obtenue à partir des vecteurs calculés sur la base des données recueillies par un seul « centre de capture » déterminé (de position déterminée, quelles que soient ses spécifications techniques). En revanche, le terme « capture Compton » (ou simplement « capture ») désigne dans la présente demande l’imagerie obtenue à partir des vecteurs calculés sur la base des données recueillies par plusieurs « centres de capture » déterminés, qu’il s’agisse d’un même centre de capture déplacé dans l’espace entre deux images successives ou de deux centres de capture (CC1 , CC2) distincts réalisant des images indépendantes depuis des positions différentes. La présente demande prévoit donc divers modes de réalisation pour son implémentation physique en termes de dispositif, système ou procédé. Ainsi, on utilisera de préférence une même caméra dans deux positions successives ou deux caméras identiques localisées dans deux positions distinctes, mais la présente demande prévoit également la possibilité d’utiliser deux caméras différentes dans deux positions distinctes. [0016] In general, as introduced in its preamble above, the present application proposes to use "Compton images" from different "Compton capture" positions. The term “Compton image” (or simply “image”) designates in the present application the imagery obtained from the vectors calculated on the basis of the data collected by a single determined “capture center” (of determined position, whatever the its technical specifications). On the other hand, the term “Compton capture” (or simply “capture”) designates in the present application the imagery obtained from the vectors calculated on the basis of the data collected by several determined “capture centers”, whether it is acts of the same capture center displaced in space between two successive images or of two distinct capture centers (CC1, CC2) producing independent images from different positions. The present application therefore provides various embodiments for its physical implementation in terms of device, system or method. Thus, the same camera will preferably be used in two successive positions or two identical cameras located in two different positions, but the present application also provides for the possibility of using two different cameras in two different positions.
[0017] Selon une particularité, l’invention est caractérisée en ce que les positions distinctes sont séparées d’une distance inférieure ou égale à deux fois la résolution de position (par exemple 1 ° ou 2°, voire 3°) (par préférence à la résolution angulaire entre deux sources qui est nettement supéireure : par exemple 6° à 8°) du centre de capture la caméra Compton afin d’obtenir une vision stéréoscopique dans un instrument portable compact. According to one feature, the invention is characterized in that the distinct positions are separated by a distance less than or equal to twice the resolution. position (for example 1 ° or 2 °, even 3 °) (by preference to the angular resolution between two sources which is clearly superior: for example 6 ° to 8 °) of the capture center of the Compton camera in order to obtain a stereoscopic vision in a compact portable instrument.
[0018] Selon une particularité, l’invention est caractérisée en ce que les positions distinctes sont séparées d’une distance inférieure mais proche de deux fois la résolution angulaire du centre de capture la caméra Compton, notamment à la portée souhaitée pour la caméra. [0018] According to one feature, the invention is characterized in that the distinct positions are separated by a distance less than but close to twice the angular resolution of the capture center of the Compton camera, in particular at the desired range for the camera.
[0019] Selon une particularité, l’invention est caractérisée en ce que les positions distinctes sont disposées selon un arc centré sur la position de la source de rayon gamma. [0019] According to a feature, the invention is characterized in that the separate positions are arranged in an arc centered on the position of the gamma ray source.
[0020] De nombreuses combinaisons peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention ; l'homme de métier choisira l'une ou l'autre en fonction des contraintes économiques, ergonomiques, dimensionnelles ou autres qu'il devra respecter. Many combinations can be considered without departing from the scope of the invention; those skilled in the art will choose one or the other depending on the economic, ergonomic, dimensional or other constraints that they will have to comply with.
[0021] Ainsi, dans l’art antérieur, comme dans l’exemple représenté sur la figure 2, on estime la position d’une source (S) de rayon gamma à l’aide de ce type de disques de reconstructions (DR) de la figure 1 , en cumulant les images Compton successives obtenues pour les divers photons détectés par le centre de capture (CC). La figure 2 illustre les deux disques de reconstruction (DR) possibles obtenus par un seul centre de capture (CC1 ) à partir de deux images (n et n+1 ) successives. Ces deux disques de reconstruction (DR) permettent d’estimer la position réelle de la source (S) par l’intersection des deux cônes de reconstruction (CR), mais la position estimée est en ambiguë. Thus, in the prior art, as in the example shown in Figure 2, the position of a source (S) of gamma ray is estimated using this type of reconstruction discs (DR) of FIG. 1, by cumulating the successive Compton images obtained for the various photons detected by the capture center (CC). FIG. 2 illustrates the two possible reconstruction disks (DR) obtained by a single capture center (CC1) from two successive images (n and n + 1). These two reconstruction discs (DR) make it possible to estimate the real position of the source (S) by the intersection of the two reconstruction cones (CR), but the estimated position is ambiguous.
[0022] De manière générale, comme illustré par exemple de manière non limitative à la figure 4, la présente demande propose d’utiliser des captures Compton à partir d’au moins deux centres de capture (CC1 , CC2) différents. Il peut s’agir de plusieurs images Compton d’une même caméra ou d’images de plusieurs caméras distinctes, voire même de caméras se déplaçant dans l’espace entre des localisations différentes de centres de capture. [0023]Tout ce qui est dit pour une caméra multi-capture peut être reproduit avec une caméra monoculaire en bougeant la caméra d’une distance précisément connue et en réalisant des poses identiques à condition de connaître également précisément les positions relatives et l’orientation de l’axe optique de la caméra. In general, as illustrated for example in a non-limiting manner in FIG. 4, the present application proposes to use Compton captures from at least two different capture centers (CC1, CC2). They can be several Compton images of the same camera or images of several separate cameras, or even cameras moving in space between different locations of capture centers. All that is said for a multi-capture camera can be reproduced with a monocular camera by moving the camera from a precisely known distance and by performing identical poses on condition of also knowing precisely the relative positions and the orientation of the optical axis of the camera.
[0024] Cependant dans le cas des sources mobiles ou variables dans le temps ainsi que c’est le cas pour les radiotraceurs à vie brève utilisés dans le médical (18F), un tel système fonctionne de manière moins efficace et/ou pratique et/ou précise que la caméra multi-capture qui est donc un mode de réalisation préféré de l’invention. However, in the case of mobile or time-varying sources as is the case for short-lived radiotracers used in the medical field ( 18 F), such a system operates in a less efficient and / or practical manner and / or specifies that the multi-capture camera which is therefore a preferred embodiment of the invention.
[0025] Constitution d’une caméra Compton multi-capture : [0025] Constitution of a Compton multi-capture camera:
[0026] Une caméra multi-capture est constituée de deux têtes Compton C1 et C2 (chacune pouvant être constituée d’un couple de plaques diffuseur + absorbeur). Ces deux têtes sont idéalement identiques en termes de configuration/design optique, leur axes optiques sont de préférence parallèles, les deux têtes étant séparées d’une distance connue avec précision. Ces deux caméras regardent le même champ de vue. [0026] A multi-capture camera consists of two Compton C1 and C2 heads (each can be made up of a pair of diffuser + absorber plates). These two heads are ideally identical in terms of optical configuration / design, their optical axes are preferably parallel, the two heads being separated by a precisely known distance. These two cameras look at the same field of view.
[0027] La précision de la position d’une source radioactive ponctuelle obtenue avec une caméra Compton est comprise entre 1 ° et 2°. C’est ce paramètre qui est important pour la conception d’une caméra multi-capture. La distance entre les deux têtes doit sous tendre un angle supérieur à la précision angulaire de localisation d’une source à la portée de la caméra. (Par exemple une séparation de 10 centimètres (cm) entre les têtes si la précision de position est de 1 ° et la portée visée de 10 mètres) [0027] The precision of the position of a point radioactive source obtained with a Compton camera is between 1 ° and 2 °. It is this parameter which is important for the design of a multi-capture camera. The distance between the two heads must under tend an angle greater than the angular accuracy of locating a source within the range of the camera. (For example a separation of 10 centimeters (cm) between the heads if the position accuracy is 1 ° and the target range is 10 meters)
[0028] Si l’on souhaite réaliser une caméra portable, la distance entre les deux têtes sera relativement faible par exemple 20 cm et cette caméra pourra fonctionner en mode multi-capture jusqu’à au moins 5 à 10 mètres (m). If you want to make a portable camera, the distance between the two heads will be relatively small, for example 20 cm and this camera can operate in multi-capture mode up to at least 5 to 10 meters (m).
[0029] Dans cette modalité, Il est important que la distance entre les têtes ne soit pas trop importante par exemple inférieur à 10° (<10°) afin que le champ de vue observé ne soit pas trop différent entre les deux images. [0030]Ainsi une distance angulaire entre les têtes supérieure à 30°(>30°) a une utilité différente, celle de donner une image tridimensionnelle d’un objet étendu. In this modality, it is important that the distance between the heads is not too great, for example less than 10 ° (<10 °) so that the observed field of view is not too different between the two images. Thus an angular distance between the heads greater than 30 ° (> 30 °) has a different utility, that of giving a three-dimensional image of an extended object.
[0031]Apports d’une caméra multi-capture : [0031] Contributions of a multi-capture camera:
[0032] Triangulation gamma de la source. [0032] Gamma triangulation of the source.
[0033] Le fait de mesurer la position angulaire d’une source donnée à partir de deux détecteurs C1 et C2 distants d’une distance D, en supposant une précision angulaire a sur la mesure de position (typiquement 1 à 2° selon les configurations optiques et le nombre de photons détectés) permet d’estimer la distance de l’émission gamma jusqu’à une distance Z = D/tangente (a) The fact of measuring the angular position of a given source from two detectors C1 and C2 distant by a distance D, assuming an angular precision has on the position measurement (typically 1 to 2 ° depending on the configurations optics and the number of photons detected) makes it possible to estimate the distance of the gamma emission up to a distance Z = D / tangent (a)
[0034] Réduction des artefacts [0034] Reduction of artefacts
[0035] On a vu précédemment que la reconstruction d’image Compton est par nature ambiguë, ce qui provoque de multiples artefacts dans les images, notamment quand le nombre de photons détectés est faible (inférieur à 300 photons/source). De manière surprenante, nous avons constaté qu’avec un faible déplacement de la prise de vue (typiquement 20 cm pour une distance de 300 cm), la position des artefacts était complètement différente entre les deux images acquises par les caméras C1 et C2. Cette double imagerie permet donc d’améliorer le rapport signal/bruit de l’image reconstruite. On utilise ici une reconstruction classique, les images acquises par la caméra C1 sont obtenues par intersection des cônes issus de C1 . Les images acquises par la caméra C2 sont obtenues par intersection des cônes issus de C2. [0035] We have seen previously that the Compton image reconstruction is by nature ambiguous, which causes multiple artifacts in the images, especially when the number of photons detected is low (less than 300 photons / source). Surprisingly, we found that with a small displacement of the shot (typically 20 cm for a distance of 300 cm), the position of the artifacts was completely different between the two images acquired by the cameras C1 and C2. This dual imaging therefore makes it possible to improve the signal / noise ratio of the reconstructed image. A conventional reconstruction is used here, the images acquired by the camera C1 are obtained by intersection of the cones coming from C1. The images acquired by the camera C2 are obtained by intersection of the cones coming from C2.
[0036] Détection certaine de sources faibles Certain detection of weak sources
[0037] La caméra multi-capture est particulièrement adaptée à l’analyse de contamination faible, voire de la radioactivité naturelle. En effet dans ce cas le flux de photons est faible (quelques photons / heure). Il faut compter des heures pour que la source passe le seuil de détection (50 photons/source ponctuelle) et le bruit de fond naturel vient perturber la mesure. [0038] Par contre, si l’on dispose d’une estimation de la distance de la source, la triangulation permet d’obtenir la détection de manière certaine. The multi-capture camera is particularly suitable for the analysis of low contamination, or even of natural radioactivity. Indeed in this case the photon flux is low (a few photons / hour). It takes hours for the source to pass the detection threshold (50 photons / point source) and the natural background noise disturbs the measurement. On the other hand, if we have an estimate of the distance from the source, triangulation makes it possible to obtain detection with certainty.
[0039] En effet la position relative d’une source sur les deux images est connue et l’on a vu précédemment que le positionnement du bruit était inadéquat car aléatoire et/ou différent entre les deux images. [0039] Indeed, the relative position of a source on the two images is known and we have seen previously that the positioning of the noise was inadequate because it was random and / or different between the two images.
[0040] Par ailleurs, une fois la source localisée sur les deux images, il est possible d’additionner le nombre de photons obtenu sur les deux images, ce qui accroît le rapport signal/bruit. Furthermore, once the source has been located on the two images, it is possible to add the number of photons obtained on the two images, which increases the signal / noise ratio.
[0041] Exaltation de la résolution angulaire [0041] Exaltation of angular resolution
[0042] Nous avons vu précédemment que quand on rapproche deux sources intenses il se produit un collapsus de l’image. Ce collapsus se produit car une grande densité d’intersections de cônes Compton apparaît dans une ellipse entre les deux sources. Or la position de la source est reconnue par la densité d’intersections de cônes Comptons. [0042] We have seen previously that when we bring two intense sources together, an image collapse occurs. This collapse occurs because a high density of intersections of Compton cones appears in an ellipse between the two sources. However, the position of the source is recognized by the density of intersections of Comptons cones.
[0043] Ce phénomène est amplifié par le fait que la dimension du détecteur, dans le cas d’une caméra monoculaire, est petite devant la distance de la source, de ce fait les zones d’intersection sont des objets étendus (du fait des incertitudes sur la mesure des différents paramètres) distribués autour de deux droites par couple de cônes. This phenomenon is amplified by the fact that the dimension of the detector, in the case of a monocular camera, is small compared to the distance from the source, therefore the areas of intersection are extended objects (due to the uncertainties on the measurement of the various parameters) distributed around two lines by pair of cones.
[0044] Si maintenant on place le plan de reconstruction à la distance de la source et qu’on n’utilise pour reconstruire l’image que les intersections entre les cônes issus de C1 et de C2 ((C1 -C2) non C1 -C1 et non C2-C2)) la situation change : du fait de la distance entre les deux centres optiques, les zones d’intersection sont réduites à des arcs coniques qui ne sont plus dégénérés en Z : les deux positions reconstruites de la source changent selon le plan de reconstruction choisi : la solution est Z dépendante. If now we place the reconstruction plane at the distance from the source and that we only use to reconstruct the image the intersections between the cones from C1 and C2 ((C1 -C2) not C1 - C1 and not C2-C2)) the situation changes: due to the distance between the two optical centers, the intersection zones are reduced to conical arcs which are no longer degenerated into Z: the two reconstructed positions of the source change according to the chosen reconstruction plan: the solution is Z dependent.
[0045] Nous avons vu ci-avant dans la présente demande qu’il est relativement aisé avec une caméra multi-capture d’obtenir la distance de la source et donc le plan de reconstruction. La direction angulaire vraie de la source étant la même pour tous les photons émis, on aura une zone de forte densité d’intersection pour la position vraie de la source en X, Y, Z et un halo diffus de fausses interactions autour de cette position : le problème n’étant plus dégénéré en Z. On pourra ainsi éviter le collapsus des images. We have seen above in the present application that it is relatively easy with a multi-capture camera to obtain the distance from the source and therefore the reconstruction plane. The true angular direction of the source being the same for all the photons emitted, we will have a zone of high intersection density for the true position of the source in X, Y, Z and a diffuse halo of false interactions around this position: the problem is no longer degenerated into Z. will thus be able to avoid image collapse.
[0046]Ainsi les images peuvent être améliorées et l’on peut espérer un gain d’un facteur 2 à 3 sur la résolution angulaire de notre caméra et retrouver la résolution angulaire qu’on prévoit en fonction du diamètre d’une tache isolée ainsi qu’on l’obtiendrait avec une caméra optique. Thus the images can be improved and we can hope for a gain of a factor of 2 to 3 on the angular resolution of our camera and find the angular resolution that is expected according to the diameter of an isolated spot as well that we would get it with an optical camera.
[0047] Par ailleurs, les facteurs d’incertitude sur la reconstruction étant fortement réduits, on obtiendra une détection certaine de la source avec cette méthode avec un nombre de photons inférieur, par exemple 15 à 20photons/caméra. [0047] Furthermore, since the uncertainty factors on the reconstruction are greatly reduced, certain detection of the source will be obtained with this method with a lower number of photons, for example 15 to 20photons / camera.
[0048] Ce mode est donc particulièrement avantageux pour la détection de très faibles contaminations. This mode is therefore particularly advantageous for the detection of very low contamination.
[0049] Gestion automatique de l’imagerie objets étendus : [0049] Automatic management of extended object imagery:
[0050] Nous utilisons une méthode de lissage des images reconstruites : la méthode LM/MLEM. Cette méthode permet de faire disparaître une grande partie des artefacts et fait ressortir les détails pour peu que la statistique (nombre de photons/voxel d’image) soit suffisante. We use a method of smoothing the reconstructed images: the LM / MLEM method. This method removes a large part of the artifacts and brings out the details as long as the statistics (number of photons / image voxel) are sufficient.
[0051] Cette méthode procède par itérations successives (entre 10 et 30 dans la plupart des situations). Par contre si on applique un nombre de « lissages » important à l’image d’un objet étendu, l’image est fortement dégradée. This method proceeds by successive iterations (between 10 and 30 in most situations). On the other hand, if we apply a large number of "smoothings" to the image of an extended object, the image is greatly degraded.
[0052] Il est donc important avant de choisir le nombre de lissage effectué d’identifier la nature ponctuelle ou étendue d’une source. It is therefore important before choosing the number of smoothing performed to identify the point nature or extent of a source.
[0053] On réalise une calibration en usine avec une source ponctuelle dans différentes positions angulaires dans le champ de la caméra. On obtient ainsi la « Point spread function (PSF) » (en langue anglaise) d’une source ponctuelle en fonction de l’angle par rapport à l’axe optique : A factory calibration is carried out with a point source in different angular positions in the field of the camera. We thus obtain the "Point spread function (PSF)" (in English) of a point source as a function of the angle with respect to the optical axis:
[0054] On choisit une zone de l’image à étudier [0055] Dans cette zone on détermine le contour probable de la source principale We choose an area of the image to study In this area, the probable contour of the main source is determined.
[0056] On estime le nombre de photons présents dans la source The number of photons present in the source is estimated
[0057] On compare le profil de la source à PSF (Q) d’une source ponctuelle We compare the profile of the source to PSF (Q) of a point source
[0058] On détermine en fonction de l’étendue de la source et du nombre de photons présent le nombre maximum de lissage à appliquer dans ce cas. The maximum number of smoothing to be applied in this case is determined as a function of the extent of the source and of the number of photons present.
[0059] Mesure précise du flux d’une source nue dans un contexte bruité [0059] Precise measurement of the flow of a naked source in a noisy context
[0060] La caméra Compton fournit de manière répétable le nombre de photons qui ont contribué à bâtir une image donnée. Il est donc possible de l’employer pour estimer un flux de rayons gamma. The Compton camera repeatedly provides the number of photons which have contributed to building a given image. It is therefore possible to use it to estimate a flux of gamma rays.
[0061] Il arrive souvent que la source que l’on cherche se situe au milieu d’autres sources émettant à la même énergie qui peuvent perturber la mesure. [0061] It often happens that the source that we are looking for is located in the middle of other sources emitting at the same energy which can disturb the measurement.
[0062] Dans ce cas il faut reconstruire l’image Compton sur l’intégralité de l’espace (4 Pi stéradians). Il faut ensuite identifier les sources parasites et exclure de la reconstruction les cônes qui passent par ces sources parasites. De cette manière on limite la perturbation du taux de comptage, ce qui fournit une collimation électronique du signal recueilli par le dispositif selon certains modes de réalisation de la présente demande . In this case, the Compton image must be reconstructed over the entire space (4 Pi steradians). It is then necessary to identify the parasitic sources and exclude from the reconstruction the cones which pass through these parasitic sources. In this way, the disturbance of the counting rate is limited, which provides an electronic collimation of the signal collected by the device according to certain embodiments of the present application.
[0063] La présente demande prévoit également d’intégrer au moins une mesure du flux d’une source écrantée. [0063] The present application also provides for the integration of at least one measurement of the flow of a screened source.
[0064] En effet, le plus souvent, les sources intenses de radiation sont situées dans un contenant qui peut être un fut métallique, une enceinte en béton, une protection en plomb ou tout autre type de matériau ou dispositif de radioprotection. In fact, most often, the intense sources of radiation are located in a container which may be a metal barrel, a concrete enclosure, lead protection or any other type of material or radiation protection device.
[0065] Dans un contexte de démantèlement, il faut connaître l’activité intrinsèque Fr d’une source et non pas l’activité apparente Fa de cette source aux limites de son conteneur. Nous allons montrer que notre caméra multi-capture permet d’estimer l’activité vraie. [0066]Tout d’abord si on choisit de faire une image dans la gamme d’énergie correspondant au pic de la source (par exemple 630-690 keV pour une source au 137Cs qui émet à 662 keV) on ne voit que les photons émis par la source et qui n’ont pas été diffusés par le conteneur, ceci permet de mesurer le flux apparent Fa. In a dismantling context, it is necessary to know the intrinsic activity Fr of a source and not the apparent activity Fa of this source at the limits of its container. We will show that our multi-capture camera makes it possible to estimate the true activity. First of all, if we choose to make an image in the energy range corresponding to the peak of the source (for example 630-690 keV for a 137 Cs source which emits at 662 keV) we only see the photons emitted by the source and which have not been diffused by the container, this makes it possible to measure the apparent flux Fa.
[0067] Ensuite, on regarde le spectre d’énergie. Il doit comporter des photons diffusés dont l’énergie est inférieure à celle de la source (typiquement pour 137Cs 500-600 keV) si la source est significativement écrantée. Idéalement on choisit pour l’analyse une gamme d’énergie où il n’y a pas d’autre raie d’émission apparente. Next, we look at the energy spectrum. It must include scattered photons whose energy is lower than that of the source (typically for 137 Cs 500-600 keV) if the source is significantly screened. Ideally, an energy range where there is no other apparent emission line is chosen for the analysis.
[0068] On réalise ensuite une image avec ces photons diffusés (ex 500-600 keV) : la source doit s’atténuer voire disparaître et on voit les photons diffusés par le contenant de la source. An image is then produced with these scattered photons (eg 500-600 keV): the source must attenuate or even disappear and we see the photons scattered by the container of the source.
[0069] Connaissant la distance de la source et l’angle solide sous tendu par l’image des photons diffusés, on peut mesurer le nombre de photons détectés et donc estimer le flux de photons et la répartition spatiale des photons diffusés Fd. Knowing the distance from the source and the solid angle undergone by the image of the scattered photons, we can measure the number of photons detected and therefore estimate the photon flux and the spatial distribution of scattered photons Fd.
[0070] Pour estimer le flux de photons absorbés par le conteneur, on peut couper en deux la zone d’énergie des photons diffusés et réaliser une image 500-550 keV et une image 550-600 keV. L’effet photo-électrique chutant rapidement avec la longueur d’onde, la comparaison du nombre de photons détectés dans ces Deux gammes d’énergie permet d’estimer le taux d’absorption du rayonnement. Fe To estimate the flux of photons absorbed by the container, we can cut the energy zone of the scattered photons in half and produce a 500-550 keV image and a 550-600 keV image. As the photoelectric effect drops rapidly with wavelength, comparing the number of photons detected in these two energy ranges allows an estimate of the absorption rate of the radiation. Fe
[0071] On a alors Fr = Fa + Fd + Fe We then have Fr = Fa + Fd + Fe
[0072] Bien entendu ce type de traitement sophistiqué n’est possible que si les images sont statistiquement valides, c’est-à-dire si l’on dispose d’un nombre de photons » 50/voxel. Of course, this type of sophisticated processing is only possible if the images are statistically valid, that is to say if there is a number of photons "50 / voxel.
[0073] Mesure précise du flux issu d’une source dans un contexte perturbé. [0073] Precise measurement of the flow from a source in a disturbed context.
[0074] On fait la reconstruction de l’image sur 4 Pi et on supprime de la reconstruction tous les cônes passant par des sources ou artefacts intenses situés hors de la zone d’intérêt. [0075] Dans la plupart des cas, on dispose d’une estimation initiale, même précise à 10% de la distance de la source (caméra visible multi-capture, mesure physique, télémètre laser... ). The image is reconstructed on 4 Pi and all the cones passing through sources or intense artefacts located outside the area of interest are removed from the reconstruction. In most cases, an initial estimate is available, even accurate to 10% of the distance from the source (visible multi-capture camera, physical measurement, laser range finder, etc.).
[0076] La figure 2 représente un exemple de caméra Compton monoculaire classique. Dans cet exemple classique, la direction d’incidence de chaque photon gamma réalisant un effet Compton dans le détecteur est positionnée sur un cône. Pour chaque paire de photons gamma détectée, il y a une à deux solutions possibles qui sont deux droites génératrices du cône. De plus, pour chaque plan de reconstruction il y a en général deux solutions dont une seule représente la position de la source. Ainsi, dans les caméras classiques, la solution est dégénérée en Z (i.e. incertaine quant à la profondeur de la source, c’est-à-dire sa distance par rapport à la caméra) car quelle que soit la position du plan de reconstruction, les deux solutions apparaissent angulairement au même endroit. FIG. 2 represents an example of a conventional monocular Compton camera. In this classic example, the direction of incidence of each gamma photon performing a Compton effect in the detector is positioned on a cone. For each pair of gamma photons detected, there are one or two possible solutions which are two generating lines of the cone. In addition, for each reconstruction plan there are generally two solutions, only one of which represents the position of the source. Thus, in conventional cameras, the solution is degenerated into Z (i.e. uncertain as to the depth of the source, i.e. its distance from the camera) because whatever the position of the reconstruction plane, the two solutions appear angularly in the same place.
[0077] La seconde solution (celle qui ne contient pas la source) est celle qui génère des artefacts (fausses concentrations) à la reconstruction. The second solution (that which does not contain the source) is that which generates artefacts (false concentrations) on reconstruction.
[0078] Par contre à partir du moment où l’on change le point d’observation d’une distance supérieure à l’erreur de position de la source (1 à 2° pour notre caméra), la position des artefacts qui dépend de concentrations statistiques de points plus ou moins aléatoires est changée (on n’observe plus les artefacts au même endroit) par contre la source vraie change de position de manière prévisible suivant le déplacement des positions des caméras. On the other hand from the moment when we change the observation point by a distance greater than the position error of the source (1 to 2 ° for our camera), the position of the artefacts which depends on statistical concentrations of more or less random points is changed (we no longer observe the artefacts in the same place) on the other hand the true source changes position in a predictable manner according to the displacement of the positions of the cameras.
[0079] La figure 4 représente la caméra multi-capture (ou l’effet d’un mouvement relatif à la trajectoire connue d’une caméra monoculaire) [0079] Figure 4 shows the multi-capture camera (or the effect of a movement relative to the known trajectory of a monocular camera)
[0080] Pour chaque paire de photons gamma, si l’on ne considère que les intersections des cônes issus de la caméra A et ceux issus de la caméra B, les solutions possibles sont un arc de conique (ellipse, parabole... ). Pour chaque plan de reconstruction il y a en général deux solutions dont une seule représente la position de la source. Par contre la solution n’est plus dégénérée en Z : au-delà d’une certaine distance il n’y a plus de solution. La position angulaire des solutions est dépendante du plan de reconstruction. Or la vraie source a une direction angulaire fixe, donc la vraie source va émerger très rapidement du bruit. For each pair of gamma photons, if we consider only the intersections of the cones from camera A and those from camera B, the possible solutions are a conical arc (ellipse, parabola, etc.) . For each reconstruction plan there are generally two solutions, only one of which represents the position of the source. On the other hand, the solution is no longer degenerated into Z: beyond a certain distance there is no longer any solution. The angular position of the solutions is dependent on the reconstruction plan. However, the real source has a fixed angular direction, so the real source will emerge from the noise very quickly.
[0081] Dans le cas particulier où on a deux sources proches, il y a de nombreuses "fausses intersections » qui apparaissent dans la zone entre les 2 sources. Ceci amène un collapse de l’image dans la zone centrale avec les méthodes de reconstruction classique. Par exemple, si l’on observe 2 sources de 137Cs d’intensité 720 MBq et 230 MBq depuis une distance de 2,5 m avec une caméra Compton. Le diamètre angulaire des taches est de 2°. Donc en optique classique ou pourrait prévoir une résolution angulaire de 3°. Si les sources sont séparées de 8° elles sont parfaitement résolues. Si les sources sont séparées de 6° on observe un collapsus de l’image dans la zone centrale entre les 2 sources. In the particular case where there are two close sources, there are many "false intersections" which appear in the area between the 2 sources. This leads to a collapse of the image in the central area with the reconstruction methods. For example, if we observe 2 sources of 137 Cs of intensity 720 MBq and 230 MBq from a distance of 2.5 m with a Compton camera. The angular diameter of the spots is 2 °. So in conventional optics or could provide an angular resolution of 3 ° If the sources are separated by 8 ° they are perfectly resolved If the sources are separated by 6 ° we observe a collapse of the image in the central zone between the 2 sources.
[0082] Dans le cas d’une caméra Multi-capture, pour deux sources proches, les « fausses solutions » seront réparties dans un halo diffus en Z alors que les vraies sources seront denses dans le plan de reconstruction. On devrait éviter le collapsus et récupérer une résolution de 3. Cela permet d’obtenir une caméra à coût réduit. [0082] In the case of a Multi-capture camera, for two close sources, the "false solutions" will be distributed in a diffuse halo in Z, while the real sources will be dense in the reconstruction plane. We should avoid collapse and recover a resolution of 3. This allows for a low cost camera.
[0083] La présente demande vise donc à protéger en outre : The present application therefore aims to further protect:
[0084] D’une part, au moins une caméra Compton multi-capture constituée de 2 ensembles de détection voisins observant le même champ de vue caractérisée en ce que les deux ensembles de détection sont séparés par une distance angulaire supérieure à 1 ° à la portée maximum de la caméra afin de permettre d’observer un déplacement d’une source ponctuelle à la portée maximum entre deux images prises simultanément. On the one hand, at least one Compton multi-capture camera consisting of 2 neighboring detection sets observing the same field of view, characterized in that the two detection sets are separated by an angular distance greater than 1 ° at the maximum range of the camera in order to allow observation of a movement of a point source at the maximum range between two images taken simultaneously.
[0085] D’autre part, au moins une caméra avec laquelle on réalise le même effet par un mouvement relatif précisément connu de la caméra entre deux prises de vues, la position de l’axe optique de la caméra au cours de ces deux prises de vues étant également connue. On the other hand, at least one camera with which the same effect is achieved by a precisely known relative movement of the camera between two shots, the position of the optical axis of the camera during these two shots of views being also known.
[0086] Par ailleurs, la présente demande vise également à protéger, alternativement ou en combinaison : - une utilisation de ce type de caméra pour estimer la distance d’une source radioactive par triangulation des rayons gamma ; - une élimination des artefacts en ne conservant que les points qui sont conservés entre les deux images (distance cohérente) ; Furthermore, the present application also aims to protect, alternatively or in combination: - use of this type of camera to estimate the distance from a radioactive source by triangulation of gamma rays; - elimination of artefacts by keeping only the points which are preserved between the two images (coherent distance);
[0087]- une utilisation d’une telle caméra pour détecter et réaliser une image de sources très faibles <0, 1 MicroRad/h en optimisant la certitude ; - use of such a camera to detect and produce an image from very weak sources <0.1 MicroRad / h while optimizing certainty;
[0088]- une méthode de reconstruction utilisant une caméra multi-capture qui consiste à ne considérer pour la reconstruction que les intersections des cônes issus de la caméra C1 avec ceux issus de la caméra C2 ; A reconstruction method using a multi-capture camera which consists in considering for the reconstruction only the intersections of the cones coming from the camera C1 with those coming from the camera C2;
[0089]- une amélioration de la résolution angulaire liée à l’utilisation de la reconstruction ci-dessus ; [0089] - an improvement in angular resolution linked to the use of the above reconstruction;
[0090] -une Mesure précise du flux de photons dans une zone donnée dans un contexte bruité en éliminant tous les cônes qui convergent hors de la zone d’intérêt ; [0090] -A precise measurement of the flow of photons in a given area in a noisy context by eliminating all the cones which converge outside the area of interest;
[0091]- une utilisation d’une caméra multi-capture pour estimer l’activité réelle d’une source écrantée en utilisant une mesure du flux des photons directs et du flux de photons diffusés. [0091] - a use of a multi-capture camera to estimate the actual activity of a screened source using a measure of the direct photon flux and the scattered photon flux.
[0092] Dans la seconde partie de la présente demande qui suit, nous présentons une méthode de reconstruction 3D Compton qui contient une combinaison des atouts du mode 1 D (une vue), 2D (deux vues) et 3D (trois vues) de la caméra Compton puis, de manière non limitative quelques applications. In the second part of the present application which follows, we present a 3D Compton reconstruction method which contains a combination of the advantages of the 1 D (one view), 2D (two views) and 3D (three views) mode of the Compton camera then, without limitation, a few applications.
[0093] L’invention concerne aussi un procédé permettant de créer une image Tridimensionnelle et/ou tomographique d’un objet en rayonnement gamma d’imagerie Compton caractérisé en ce qu’il comporte une ou plusieurs caméras Compton réalisant au moins trois vues à partir de trois positions connues réparties chacune sur un des trois axes (X, Y, Z) d’un trièdre, les champs d’acquisition desdites vues possédant au moins une zone de recouvrement couvrant l’objet à imager. The invention also relates to a method making it possible to create a three-dimensional and / or tomographic image of an object in Compton imaging gamma radiation, characterized in that it comprises one or more Compton cameras producing at least three views from of three known positions distributed each on one of the three axes (X, Y, Z) of a trihedron, the acquisition fields of said views having at least one overlap zone covering the object to be imaged.
[0094] Selon une particularité, l’invention concerne en outre un procédé d'imagerie Compton qui comporte une méthode de reconstruction utilisant moins de 10 photons/voxel par vue pour reconstruire l'image 3D. [0094] According to one feature, the invention further relates to a Compton imaging method which comprises a reconstruction method using less than 10 photons / voxel per view to reconstruct the 3D image.
[0095] Selon une particularité, l’invention concerne un procédé d'imagerie Compton qui comporte une étape de collimation électronique apte à exclure des sources ou des photons provenant des zones que l’on souhaite exclure de l’image. [0095] According to a particular feature, the invention relates to a Compton imaging method which comprises an electronic collimation step capable of excluding sources or photons originating from the areas that it is desired to exclude from the image.
[0096] Selon une particularité, lesdites vues peuvent être acquises soit simultanément par trois caméras Compton distinctes, soit séquentiellement par un déplacement d’au moins une caméra Compton sur lesdits 3 axes du trièdre. [0096] According to a particular feature, said views can be acquired either simultaneously by three separate Compton cameras, or sequentially by moving at least one Compton camera on said 3 axes of the trihedron.
[0097] Selon une autre particularité, ledit trièdre est un trièdre aux axes X, Y et Z orthogonaux définissant trois directions de l’espace, la source à imager étant à l’origine du trièdre. [0097] According to another feature, said trihedron is a trihedron with orthogonal X, Y and Z axes defining three directions of space, the source to be imaged being at the origin of the trihedron.
[0098] Selon une autre particularité, ledit procédé d’imagerie Compton contient une méthode de reconstruction tomographique dudit objet à imager à partir d’au moins deux vues Compton dont les champs de vue sont répartis dans les trois dimensions (X, Y, Z) de l’espace. According to another feature, said Compton imaging method contains a method of tomographic reconstruction of said object to be imaged from at least two Compton views, the fields of view of which are distributed in three dimensions (X, Y, Z ) from space.
[0099] Selon une autre particularité, ledit procédé d’imagerie Compton contient une méthode de reconstruction Compton dans laquelle ne sont retenues que les intersections de cônes issus de vues différentes. According to another feature, said Compton imaging method contains a Compton reconstruction method in which only the intersections of cones from different views are retained.
[00100] Selon une autre particularité, ledit procédé d’imagerie Compton contient un processus de dépouillement Compton, utilisé dans le cas où l’intensité de la source est identique entre plusieurs vues, pour filtrer les évènements parasites pour lesquelles ladite intensité de la source ne satisfait pas à la loi de l’inverse des distances au carré, ne variant pas comme 1/d2 sur chacune des vues, d étant la distance de la source à la caméra sur chacune des vues. [00101] L’invention concerne en outre un imageur Compton comportant au moins une caméra Compton, réalisant au moins trois vues successives ou simultanées par la mise en oeuvre du procédé selon au moins une des particularités ci-dessus décrites. [00100] According to another feature, said Compton imaging method contains a Compton analysis process, used in the case where the intensity of the source is identical between several views, to filter the parasitic events for which said intensity of the source does not satisfy the law of the inverse of squared distances, not varying like 1 / d 2 on each of the views, d being the distance from the source to the camera on each of the views. [00101] The invention further relates to a Compton imager comprising at least one Compton camera, producing at least three successive or simultaneous views by implementing the method according to at least one of the features described above.
[00102] Selon une autre particularité, une desdites caméras Compton est montée sur un cadre définissant ledit trièdre. [00102] According to another feature, one of said Compton cameras is mounted on a frame defining said trihedron.
[00103] Selon une autre particularité, au moins une desdites caméras Compton est montée sur au moins un bras articulé pouvant successivement, et simultanément se mouvoir dans toutes les directions de l’espace et être orienté suivant les angles d’Euler, soit en mode automatique, soit en mode manuel. [00103] According to another feature, at least one of said Compton cameras is mounted on at least one articulated arm capable of successively and simultaneously moving in all directions in space and being oriented along Euler angles, or in mode automatic, or in manual mode.
[00104] L’invention concerne également l’utilisation dudit imageur Compton selon l’une des particularités décrites précédemment dans divers domaines (médical, vétérinaire, industrielle, sécurité, ... ) [00104] The invention also relates to the use of said Compton imager according to one of the features described above in various fields (medical, veterinary, industrial, security, etc.)
[00105] L’invention concerne en outre un imageur Compton comportant au moins une tête CT-Scan permettant de réaliser une image tomodensitométrique pour une correction d’atténuation dans les images produites par l’imagerie Compton. [00105] The invention further relates to a Compton imager comprising at least one CT-Scan head enabling a computed tomography image to be produced for attenuation correction in the images produced by Compton imaging.
[00106] L’invention concerne également un imageur Compton couplé à un accélérateur médical. [00106] The invention also relates to a Compton imager coupled to a medical accelerator.
[00107] L’invention concerne en outre un imageur Compton dont l'ensemble des têtes de détection sont en regard autour d'un banc, ledit banc étant apte à effectuer des mouvements de translation et rotation dans un plan. [00107] The invention further relates to a Compton imager, all of the detection heads of which are facing each other around a bench, said bench being able to perform translational and rotational movements in a plane.
[00108] L’invention concerne en outre l'utilisation de l’imageur Compton pour améliorer le contrôle des traitements en radio thérapie et en hadron thérapie. [00108] The invention further relates to the use of the Compton imager to improve the control of radiotherapy and hadron therapy treatments.
[00109] L’invention concerne en outre l'utilisation de l’imageur Compton pour améliorer la radioprotection des patients, du personnel, des animaux et de l’environnement en présence d’une ou de plusieurs sources radioactives. [00110] L’invention concerne en outre l'utilisation de l’imageur Compton pour obtenir une image tomographique en rayonnement gamma d’un être vivant avec une dose injectée inférieure à 20 MBq en moins de 20 minutes pour des applications dans les domaines de l’imagerie médicale, vétérinaire et préclinique, pour réaliser le contrôle non destructif. [00109] The invention further relates to the use of the Compton imager to improve the radiation protection of patients, staff, animals and the environment in the presence of one or more radioactive sources. The invention further relates to the use of the Compton imager for obtaining a tomographic image in gamma radiation of a living being with an injected dose of less than 20 MBq in less than 20 minutes for applications in the fields of medical, veterinary and preclinical imaging, to perform non-destructive testing.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
[00111] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit en référence aux figures annexées, qui illustre : [00111] Other characteristics, details and advantages of the invention will emerge on reading the following description with reference to the appended figures, which illustrates:
- [Fig. 1 ] est une représentation schématique d’une imagerie Compton classique de l’art antérieur, - [Fig. 1] is a schematic representation of classic Compton imaging of the prior art,
- | Fig. 2] est une représentation schématique des reconstructions à partir de deux images Compton successives dans l’art antérieur, - | Fig. 2] is a schematic representation of the reconstructions from two successive Compton images in the prior art,
- [Fig. 3] est une représentation schématique des reconstructions à partir de quatre images Compton successives dans l’art antérieur. - [Fig. 3] is a schematic representation of reconstructions from four successive Compton images in the prior art.
- [Fig. 4] est une représentation schématique des reconstructions à partir de deux images Compton issues de deux captures Compton distinctes, selon certains modes de réalisation de la présente demande.- [Fig. 4] is a schematic representation of the reconstructions from two Compton images obtained from two separate Compton captures, according to certain embodiments of the present application.
- [Fig. 5] est une représentation schématique reconstructions à partir de trois images Compton issues obtenue par une première capture Compton et de deux images successives obtenues par une seconde capture Compton, selon certains modes de réalisation de la présente demande. - [Fig. 5] is a schematic representation of reconstructions from three Compton images obtained by a first Compton capture and from two successive images obtained by a second Compton capture, according to certain embodiments of the present application.
- [Fig. 6] est une représentation schématique de la réduction du volume cible des reconstructions à partir de plusieurs captures Compton à partir de position proche de la résolution angulaire. - [Fig. 6] is a schematic representation of the reduction in the target volume of reconstructions from several Compton captures from a position close to angular resolution.
- [Fig. 7] est une représentation schématique de la réduction du volume cible des reconstructions à partir de plusieurs captures Compton lorsque les captures sont déplacées selon un arc centré sur la source. - [Fig. 7] is a schematic representation of the reduction in target volume of reconstructions from multiple Compton captures when the captures are moved in an arc centered on the source.
- [Fig. 8] est une représentation schématique, de la reconstruction « classique » d’une des directions du trièdre (une vue = X), de Gauche à droite - [Fig. 8] is a schematic representation of the "classical" reconstruction of one of the directions of the trihedron (one view = X), from left to right
- A) Largeur du cône correspondant aux erreurs de mesure - A) Width of the cone corresponding to the measurement errors
- B) Intersection de 2 cônes vus par une même caméra présentant deux zones d’intersection étendues - C) Forme et volume de cette zone d’intersection correspondant au cas classique : La solution est dégénérée selon l’axe de visée - B) Intersection of 2 cones seen by the same camera presenting two extended intersection zones - C) Shape and volume of this intersection zone corresponding to the classic case: The solution is degenerated along the line of sight
[Fig. 9 a] est une représentation schématique de deux cônes selon deux vues distinctes. [Fig. 9 a] is a schematic representation of two cones in two separate views.
[Fig. 9. b] est la représentation schématique de la zone d’intersection de ces deux cônes et de son volume. [Fig. 9. b] is the schematic representation of the area of intersection of these two cones and of its volume.
- Fig. 9.c] et [Fig. 9.d] sont les l’images de deux sources (22Na et 137Cs) détectés par deux vues distinctes selon un mode de réalisation de l’invention (image reconstruite (MLM/MLEM) à partir desdites deux vues selon l’axe X [Fig. 9.c], selon l’axe Z [Fig. 9.d]: - Fig. 9.c] and [Fig. 9.d] are the images of two sources ( 22 Na and 137 Cs) detected by two separate views according to one embodiment of the invention (reconstructed image (MLM / MLEM) from said two views along the axis X [Fig. 9.c], along the Z axis [Fig. 9.d]:
- | Fig. 10] est une représentation schématique de trois caméras Compton réparties sur les trois axes (X, Y, Z) d’un trièdre centré en O, [Fig. 11.a] est une représentation schématique de trois cônes selon trois vues distinctes. [Fig. 11.b] est une représentation schématique de la zone d’intersection desdits trois cônes et de son volume. La [Fig. 12] représente un mode de réalisation de l’invention comprenant deux sources de 30 kBq, l’une de 137Cs, l’autre de 22Na séparées de 15 cm et observées depuis une distance de 50 cm. [Fig. 12. a] représente la coupe X-Z obtenue par reconstruction 3D « classique » en considérant toutes les intersections entre cônes Compton. La position des 2 sources est clairement visible mais l’image présente de nombreux artefacts. [Fig. 12. b] représente la même coupe X-Z obtenue par reconstruction selon certains modes de réalisation de l’invention n’utilisant que les intersections multi vues et montrant nettement la position des deux sources et la quasi disparition des artéfacts. DESCRIPTION DETAILLEE - | Fig. 10] is a schematic representation of three Compton cameras distributed over the three axes (X, Y, Z) of a trihedron centered in O, [Fig. 11.a] is a schematic representation of three cones in three distinct views. [Fig. 11.b] is a schematic representation of the area of intersection of said three cones and of its volume. The [Fig. 12] represents an embodiment of the invention comprising two sources of 30 kBq, one of 137 Cs, the other of 22 Na separated by 15 cm and observed from a distance of 50 cm. [Fig. 12. a] represents the XZ section obtained by “classical” 3D reconstruction by considering all the intersections between Compton cones. The position of the 2 sources is clearly visible but the image shows many artefacts. [Fig. 12. b] represents the same section XZ obtained by reconstruction according to certain embodiments of the invention using only the multi-view intersections and clearly showing the position of the two sources and the virtual disappearance of the artefacts. DETAILED DESCRIPTION
[00112] La présente invention a donc pour objet de proposer un procédé de reconstruction 3D Compton, des utilisations et un imageur Compton permettant de palier au moins une partie des inconvénients de l’art antérieur. [00112] The object of the present invention is therefore to provide a Compton 3D reconstruction method, uses and a Compton imager making it possible to overcome at least part of the drawbacks of the prior art.
[00113] A cet effet, l’invention concerne un procédé d’imagerie Compton utilisant une ou plusieurs caméras Compton. Lesdites caméras Compton réalisent au moins trois vues [Fig. 10], [Fig. 1 1 .c] (contenant les centres de capture CCi, CC2, CC3 [Fig. 10.]) à partir de trois positions connues réparties sur les trois axes (X, Y, Z) passant chacun par un des centres de capture d’une des caméras Compton. De manière avantageuse, la mise en oeuvre dudit procédé permet la reconstruction 3D de l’image d’un objet à partir d’un minimum de vues, de préférence trois. [00113] To this end, the invention relates to a Compton imaging method using one or more Compton cameras. Said Compton cameras produce at least three views [Fig. 10], [Fig. January 1 .c] (containing CCi capture centers, CC2, CC3 [Fig. 10]) from three known positions distributed over the three axes (X, Y, Z) each passing through a catch centers one of the Compton cameras. Advantageously, the implementation of said method allows the 3D reconstruction of the image of an object from a minimum of views, preferably three.
[00114] Un avantage d'utilisation du procédé de la présente invention est de permettre de réduire le nombre de vues nécessaires à la reconstruction de l’image qui impose des contraintes (le temps, dose, coût, etc.). Par exemple, multiplier le nombre de vues a un coût, soit en temps de pause si l’on doit déplacer la caméra pour obtenir suffisamment de vues, soit en coût d’équipement si l’on utilise un équipement prenant simultanément plusieurs vues. [00114] An advantage of using the method of the present invention is that it makes it possible to reduce the number of views necessary for the reconstruction of the image which imposes constraints (time, dose, cost, etc.). For example, multiplying the number of views has a cost, either in pause time if you have to move the camera to get enough views, or in equipment cost if you use equipment that takes multiple views simultaneously.
[00115] Par une réduction de l’incertitude position par acquisition, la mise en oeuvre du procédé de la présente invention permet de cumuler les avantages du mode de détection des caméras Compton, de la méthode de sélection originale et inédite des photons requis pour reconstruire l’image 3D. By reducing the position uncertainty by acquisition, the implementation of the method of the present invention makes it possible to combine the advantages of the detection mode of Compton cameras, of the original and novel method of selection of the photons required to reconstruct 3D image.
[00116] Selon une particularité, le procédé de la présente invention comporte une étape de reconstruction 3D Compton nécessitant moins de 10 photons/voxels pour reconstruire l’image. Ceci en partie en raison de la finesse de notre méthode de sélection des photons qui en réduisant l’incertitude de position par acquisition améliore la précision de localisation des photons gamma de reconstruction. [00117] Selon une autre particularité ledit procédé permet avec très peu de photons en comparaison avec les imageurs tomographiques classiques actuels, de reconstruire des images tridimensionnelles (3D) de qualité meilleure ou tout au moins équivalente. Ainsi, en effectuant une acquisition simultanée des trois vues, on réduit de manière significative, par exemple dans le domaine médical, le temps, la dose et le coût généré uniquement par les soins, sans tenir compte du matériel. [00116] According to one particular feature, the method of the present invention comprises a 3D Compton reconstruction step requiring less than 10 photons / voxels to reconstruct the image. This is partly due to the finesse of our photon selection method which, by reducing the positional uncertainty by acquisition, improves the localization accuracy of the reconstruction gamma photons. [00117] According to another particularity, said method makes it possible, with very few photons compared to current conventional tomographic imagers, to reconstruct three-dimensional (3D) images of better or at least equivalent quality. Thus, by carrying out a simultaneous acquisition of the three views, one reduces significantly, for example in the medical field, the time, the dose and the cost generated only by the care, without taking into account the material.
[00118] Un autre avantage non négligeable qui découle de cette précision améliorée de localisation lors de la mise en oeuvre du procédé est qu’elle induit la réduction significative des temps d’acquisition. Another not insignificant advantage which results from this improved precision of localization during the implementation of the method is that it induces a significant reduction in acquisition times.
[00119] De plus, s’abstraire des nombreuses contraintes liées aux collimateurs mécaniques est avantageux et, permet aussi d’avoir de grands champs de vue sur l’objet à imager. Cet atout utilisé dans la présente invention permet facilement de couvrir en totalité les objets de grandes et de petites tailles qu’on désire imager avec un minimum de vues. [00119] In addition, avoiding the many constraints associated with mechanical collimators is advantageous and also allows to have large fields of view on the object to be imaged. This advantage used in the present invention makes it easy to cover in full the objects of large and small sizes that one wishes to image with a minimum of views.
[00120] La collimation électronique des caméras Compton améliore la sensibilité, en comparaison par exemple avec les caméras d’Anger car elle accepte les photons quels que soient leurs angles d’incidence respectifs. Elle est aussi beaucoup plus robuste aux perturbations par des sources secondaires et/ou hors champ. En effet, il est possible d’exclure de la reconstruction les cônes qui contiennent une source secondaire à celle qu’on souhaite étudier, par exemple une source hors champ de mesure. En réalisant un tel traitement on obtient une image et un taux de comptage de la source principale très similaires à ce que l’on obtient en l’absence de source secondaire. Cette collimation électronique est donc apte à exclure des sources ou des photons non désirées et ne retenir que ceux utiles à la reconstruction de l’image pour un gain en qualité et en temps. [00120] The electronic collimation of Compton cameras improves sensitivity, compared for example with Anger cameras because it accepts photons regardless of their respective angles of incidence. It is also much more robust to disturbances from secondary and / or off-screen sources. Indeed, it is possible to exclude from the reconstruction cones which contain a source secondary to the one to be studied, for example a source outside the measurement field. By performing such processing we obtain an image and a count rate of the main source very similar to what we get in the absence of a secondary source. This electronic collimation is therefore able to exclude unwanted sources or photons and retain only those useful for reconstructing the image for a gain in quality and time.
[00121] Selon une particularité, le procédé de la présente invention comporte une étape de reconstruction 3D Compton nécessitant moins de 10 photons/voxels pour reconstruire l’image. Ceci en partie en raison de la finesse de notre méthode de sélection des photons qui améliore la précision de localisation des photons gamma de reconstruction pour une meilleure image avec moins de coups en comparaison avec les imageurs classiques du même type. [00122] Dans un mode de réalisation, de manière non limitative, il est possible de réaliser une image 25D à partir d’une seule position fixe c’est à dire une seule acquisition (mode planaire) et/ou de la reconstruction de la profondeur (Z), le cas échéant. [00121] According to one feature, the method of the present invention comprises a 3D Compton reconstruction step requiring less than 10 photons / voxels to reconstruct the image. This is in part due to the finesse of our photon selection method which improves the localization accuracy of reconstructing gamma photons for a better image with fewer hits compared to conventional imagers of the same type. In one embodiment, in a nonlimiting manner, it is possible to produce a 25D image from a single fixed position, that is to say a single acquisition (planar mode) and / or from the reconstruction of the depth (Z), if applicable.
[00123] Dans un autre mode de réalisation, il peut aussi être envisagé de réaliser une ou plusieurs reconstruction(s) tomographique(s) (axiale ou longitudinale) à l’aide du mode tomographique. [00123] In another embodiment, it can also be envisaged to perform one or more tomographic reconstruction (s) (axial or longitudinal) using the tomographic mode.
[00124] Il peut être difficile dans certains cas, à l’aide d’une ou de deux vues seulement, de définir tous les contours d’un objet à imager, ce qui contribue à induire dans les images reconstruites un certain nombre d’artéfacts. Avec moins de trois vues échantillonnant les trois directions de l’espace, des informations peuvent être absentes ou mal résolues pour la reconstruction 3D d’un objet. Deux vues simultanées, même assez proches d’un même objet, permettent toutefois de lever l’indétermination en profondeur dans la reconstruction Compton et présentent de nombreux avantages (amélioration du rapport signal/bruit, réduction des artéfacts.). [00124] It may be difficult in certain cases, using only one or two views, to define all the contours of an object to be imaged, which contributes to inducing in the reconstructed images a certain number of artifacts. With fewer than three views sampling all three directions of space, information may be missing or poorly resolved for the 3D reconstruction of an object. Two simultaneous views, even close enough to the same object, however make it possible to remove the indeterminacy in depth in the Compton reconstruction and have many advantages (improvement of the signal / noise ratio, reduction of artefacts.).
[00125] Selon une particularité, on réalise une de reconstruction Compton 3D à partir de trois vues, échantillonnant chacune une des trois directions de l’espace. Les temps d’acquisitions et les nombres de coups selon chaque vue définis au gré de l’utilisateur. Telle qu’illustré sur la [Fig.1 .], h et sont les deux points d’interaction et la direction de diffusion est donnée par la droite d ( l2) passant par h et I2. Le point d’absorption I2 sommet du cône Compton est le point repère localisant la position d’une des vues sur l’un des axes, les trois axes formant un trièdre dont l’origine O [Fig. 10.] est le point d’intersection desdits axes. [00125] According to one feature, a Compton 3D reconstruction is carried out from three views, each sampling one of the three directions of space. Acquisition times and number of moves according to each view defined at the user's discretion. As illustrated in [Fig.1.], H and are the two points of interaction and the direction of diffusion is given by the line d (l 2 ) passing through h and I2. The point of absorption I2 apex of the Compton cone is the reference point locating the position of one of the views on one of the axes, the three axes forming a trihedron whose origin O [Fig. 10.] is the point of intersection of said axes.
[00126] La localisation précise du lieu d’émission du photon détecté est d’importance cruciale. Pour une mesure idéale selon une vue, l’origine du photon absorbé est obtenue sur la surface du cône Compton (cône de sommet I2, d’axe d (I1 l2), et de demi-angle d’ouverture téta [Fig. 1 .]. En prenant en compte les incertitudes de mesure, l’origine dudit photon ne repose plus sur la surface du cône, mais se trouve à l’intérieur d’un volume entourant cette surface [Fig. 8. a.]. [00127] Avec deux interactions ai et a2 de deux photons détectés issus d’une même source (S) détectées par la même caméra Compton, sur une même vue (mode 1 D), on obtient deux zones d’intersection (z et Z2) étendues des cônes Compton [Fig. 8. b.], montrant la dégénérescence de la solution suivant l’axe de prise de vue de la caméra Compton utilisée. Cette dégénérescence induit de nombreux artéfacts principalement l’artéfact de la source fantôme dans une image reconstruite. Un autre avantage du procédé de la présente invention est de permettre la levée de ladite dégénérescence. [00126] The precise location of the site of emission of the detected photon is of crucial importance. For an ideal measurement according to a view, the origin of the absorbed photon is obtained on the surface of the Compton cone (apex cone I2, axis d (I 1 l 2 ), and opening half-angle teta [Fig . 1.]. Taking into account the measurement uncertainties, the origin of said photon no longer rests on the surface of the cone, but is located inside a volume surrounding this surface [Fig. 8. a.] . With two interactions ai and a2 of two photons detected from the same source (S) detected by the same Compton camera, on the same view (1 D mode), we obtain two intersection zones (z and Z2 ) extents of Compton cones [Fig. 8. b.], Showing the degeneration of the solution along the viewing axis of the Compton camera used. This degeneration induces many artefacts mainly the phantom source artefact in a reconstructed image. Another advantage of the process of the present invention is that it allows said degeneration to overcome.
[00128] La taille des volumes d’intersection des cônes en imagerie Compton affecte la rapidité de convergence des algorithmes de reconstruction utilisés. [00128] The size of the intersection volumes of the cones in Compton imaging affects the speed of convergence of the reconstruction algorithms used.
[00129] Les modes 1 D, 2D, 3D décris ci-dessous doivent être compris comme étant le nombre de directions spatiales de prise(s) de vue(s). Mode 1 D pour prise(s) de vue(s) dans une seule direction ; mode 2D prise(s) de vue(s) dans 2 directions : et mode 3D pour prise(s) de vue(s) dans trois directions. [00129] The 1 D, 2D, 3D modes described below must be understood as being the number of spatial directions of view (s). 1-D mode for single-direction shooting (s); 2D mode for shooting (s) in 2 directions: and 3D mode for shooting (s) in three directions.
[00130] Mode 1 D (prise(s) de vue(s) dans une seule direction) [00130] 1 D mode (shooting (s) in one direction)
[00131] Selon une variante, deux photons gammas issus de la même source sont détectés par une caméra Compton selon un des axes du trièdre (mode 1 D). Pour une reconstruction Compton classique (en mode 1 D), les volumes d’intersection des cônes sont assez importants. Par exemple, 2240 cm3 pour le volume d’intersection suivant une vue [Fig. 8.c] [00131] According to one variant, two gamma photons coming from the same source are detected by a Compton camera along one of the axes of the trihedron (1 D mode). For a classic Compton reconstruction (in 1 D mode), the intersection volumes of the cones are quite large. For example, 2240 cm 3 for the intersection volume following a view [Fig. 8.c]
[00132] Mode 2D (prise(s) de vue(s) dans 2 directions :). [00132] 2D mode (shooting (s) in 2 directions :).
[00133] Selon une autre variante, les deux photons gammas sont détectés soit par deux caméras Compton différentes, chacune suivant un des trois axes du trièdre, soit par une seule caméra Compton apte à réaliser successivement deux vues, chacune suivant deux axes différents du trièdre ([Fig. 9. a] ; [Fig. 9. b]). [00133] According to another variant, the two gamma photons are detected either by two different Compton cameras, each along one of the three axes of the trihedron, or by a single Compton camera capable of successively producing two views, each along two different axes of the trihedron ([Fig. 9. a]; [Fig. 9. b]).
[00134] Une telle disposition des caméras Compton permet d'avoir deux prises de vue distinctes suivant deux axes d'un plan passant par l'objet à imager, les détails de l'objet à imager sont mieux circonscrits, mieux définis et mieux résolus qu'en mode 1 D. [00135] Avec deux vues selon X et Y à 90° l'une de l'autre, on a un volume d'interaction des cônes Compton de 1327 cm3 [Fig. 9. b]. Inférieur à celui obtenu de l'intersection des cônes Compton en acquisition 1 D. Par ailleurs de nombreuses valeurs de X et Y sont exclues, la solution n’est plus dégénérée selon les axes d’observation. Un avantage de ce mode de réalisation est d’accélérer la convergence de l'algorithme de reconstruction. Such an arrangement of Compton cameras makes it possible to have two separate shots along two axes of a plane passing through the object to be imaged, the details of the object to be imaged are better circumscribed, better defined and better resolved than in 1 D mode. With two views along X and Y at 90 ° to each other, there is an interaction volume of the Compton cones of 1327 cm 3 [Fig. 9. b]. Lower than that obtained from the intersection of the Compton cones in acquisition 1 D. Moreover, many values of X and Y are excluded, the solution is no longer degenerate along the observation axes. An advantage of this embodiment is to accelerate the convergence of the reconstruction algorithm.
[00136] Les [Fig. 9.c] et [Fig. 9.d] sont les vues et les images obtenues de la reconstruction 2D classique à partir des vues selon X et selon Y à 90° l’une de l’autre. Toutes les intersections entre les cônes sont considérées comme valides. Les vues sont prises suivants les axes X et Y et l'image montrée selon l'axe Z où l'on ne dispose d'aucune observation. [00136] The [Fig. 9.c] and [Fig. 9.d] are the views and images obtained from the classical 2D reconstruction from views along X and along Y at 90 ° to each other. All intersections between cones are considered valid. The views are taken along the X and Y axes and the image shown along the Z axis where no observations are available.
[00137] Un des avantages de ce mode réalisation (reconstruction 2D classique) est de mettre en évidence trois problèmes, une ligne d'artéfact selon l'axe de vue, l'image de la source ponctuelle n'est pas sphérique et présente une distorsion selon les mêmes axes que l'artéfact, le temps de calcul de l'image est très long. One of the advantages of this embodiment (conventional 2D reconstruction) is to highlight three problems, an artefact line along the axis of view, the image of the point source is not spherical and has a distortion along the same axes as the artifact, the image computation time is very long.
[00138] Un lissage peut alors être envisagé pour réduire les artéfacts et de meilleures statistiques mais ils resteront problématiques dans le cas d'une source étendue dont on souhaite reconstituer la forme. Smoothing can then be considered to reduce artifacts and better statistics, but they will remain problematic in the case of an extended source whose shape it is desired to reconstitute.
[00139] Les [Fig. 9.c] et [Fig. 9.d] montrent que ce défaut est réduit si on observe selon l'axe X ou Y ou sont réalisées les observations (vues). Ces défauts sont d’origines diverses, la mauvaise définition des contours de l'objet à imager induit des défauts naturellement moins importants suivant l'axe de vue mais plus important si on n'est pas dans l'axe de vue, l'intersection de la paroi du cône (par exemple issue de Y) qui ne contient pas la source avec l'angle de vue (X dans ce cas). En effet l'angle de prise de vue est dense en cônes selon X, mais pauvre en intersection de cônes issus de Y. [00139] The [Fig. 9.c] and [Fig. 9.d] show that this defect is reduced if we observe along the X or Y axis where the observations (views) are made. These defects are of various origins, the poor definition of the contours of the object to be imaged induces naturally smaller defects along the view axis but more important if one is not in the view axis, the intersection of the wall of the cone (for example coming from Y) which does not contain the source with the viewing angle (X in this case). In fact, the angle of view is dense in cones along X, but poor in intersection of cones coming from Y.
[00140] Dans ce mode de réalisation, deux phénomènes intéressants sont mis en évidence, la taille de la tâche qui contient la source est réduite par rapport à une observation selon un seul axe (la résolution spatiale est supérieure). [00141] Un avantage de ce mode de réalisation est qu’il permet de positionner correctement l'objet avec un nombre très faible de photons (par exemple une dizaine seulement par voxel en 3D versus une cinquantaine par voxel pour une image en 2D, à partir d’une vue simple). [00140] In this embodiment, two interesting phenomena are demonstrated, the size of the task which contains the source is reduced compared to an observation along a single axis (the spatial resolution is greater). An advantage of this embodiment is that it makes it possible to correctly position the object with a very low number of photons (for example only ten per voxel in 3D versus about fifty per voxel for a 2D image, at from a simple view).
[00142] Selon une autre particularité, ne sont considérées que les intersections de cônes provenant des vues X et Y dans la reconstruction. Toutes les intersections X-X et Y-Y sont éliminées, ce qui a pour effet d’améliorer la précision de localisation de la source, d’accélérer la convergence de l’algorithme, et de réduire les artéfacts dus aux sources fantômes. [00142] According to another particularity, only the intersections of cones originating from the X and Y views in the reconstruction are considered. All X-X and Y-Y intersections are eliminated, improving source location accuracy, speeding up algorithm convergence, and reducing artifacts from ghost sources.
[00143] Selon une autre particularité, une observation selon l’axe Z réduit davantage les artéfacts. En effet, avec cette observation complète il n’y a plus de direction particulière selon une vue et l’artefact est beaucoup moins marqué. Ainsi, une solution que propose le procédé est, pour limiter ce problème, d’observer le système selon l’axe Z. [00143] According to another feature, an observation along the Z axis further reduces artifacts. Indeed, with this complete observation there is no longer a particular direction according to a view and the artifact is much less marked. Thus, one solution offered by the method is, to limit this problem, to observe the system along the Z axis.
[00144] Mode 3D (prise(s) de vue(s) dans trois directions). [00144] 3D mode (shot (s) of view (s) in three directions).
[00145] Selon une autre variante, trois photons gammas issus de la même source sont détectés, soit par trois caméras Compton différentes, chacune suivant un des trois axes du trièdre ([Fig. 10] ; [Fig. 12]), soit par une seule caméra Compton apte à réaliser trois vues, chacune suivant trois axes différents du trièdre, soit par deux caméras, l’une réalisant une vue suivant un des axes du trièdre et l’autre réalisant successivement les deux autres vues respectivement sur les deux autres axes du trièdre. Ces différentes options de disposition des caméras Compton ont pour but de recouvrir toutes les configurations envisageables pour au final permettre d'obtenir trois prises de vue distinctes suivant les trois axes d’un trièdre. [00145] According to another variant, three gamma photons from the same source are detected, either by three different Compton cameras, each along one of the three axes of the trihedron ([Fig. 10]; [Fig. 12]), or by a single Compton camera capable of producing three views, each along three different axes of the trihedron, or by two cameras, one producing a view along one of the axes of the trihedron and the other successively producing the other two views respectively on the other two axes of the trihedron. The purpose of these different Compton camera layout options is to cover all the possible configurations to ultimately make it possible to obtain three distinct shots along the three axes of a trihedron.
[00146] Selon un mode de réalisation, les vues peuvent être acquises, soit simultanément par trois caméras Compton distinctes, soit séquentiellement par un déplacement d’au moins une caméra Compton sur lesdits 3 axes X, Y et Z du trièdre. [00147] Selon un mode de réalisation, le lieu d’émission (S) du photon détecté coïncide avec le point d’intersection (O) des axes X, Y et Z origine du trièdre [Fig. 10. ]. [00146] According to one embodiment, the views can be acquired, either simultaneously by three separate Compton cameras, or sequentially by a displacement of at least one Compton camera on said 3 axes X, Y and Z of the trihedron. According to one embodiment, the place of emission (S) of the detected photon coincides with the point of intersection (O) of the X, Y and Z origin axes of the trihedron [Fig. 10.].
[00148] Selon un autre mode de réalisation, ledit trièdre est un trièdre aux axes X, Y et Z orthogonaux définissant trois directions de l’espace. Trois vues suivant les trois directions de l’espace constituent des conditions optimales d’observation pour une source donnée située à origine dudit trièdre, Dans le cas où le champ de vue est transparent au rayonnement, les vues dessus et dessous sont équivalentes en information, et sont celles ou les axes joignant la source à la caméra constituent un trièdre orthogonal. [00148] According to another embodiment, said trihedron is a trihedron with orthogonal X, Y and Z axes defining three directions of space. Three views following the three directions of space constitute optimal observation conditions for a given source located at the origin of said trihedron, If the field of view is transparent to radiation, the views above and below are equivalent in information, and are those where the axes joining the source to the camera constitute an orthogonal trihedron.
[00149] Dans un mode de réalisation, on observe simultanément la source selon les 3 axes du trièdre et on ne considère que les intersections qui comprennent les trois angles de vue, il n’existe dans le cas le plus général que 8 solutions ponctuelles possibles pour la source dans l’espace, 8 zones restreintes si les cônes ont une certaine épaisseur due aux incertitudes [Fig. 9.a] In one embodiment, the source is simultaneously observed along the 3 axes of the trihedron and only the intersections which include the three viewing angles are considered, in the most general case there are only 8 possible point solutions for the source in space, 8 restricted zones if the cones have a certain thickness due to uncertainties [Fig. 9.a]
[00150] Dans le cas où les 3 prises de vues sont réalisées de telle manière que l’angle du trièdre entre les 3 caméras et la position de la source est de 90°, Il y a deux zones positions possibles qui sont dans une gamme de distance à chacune des vues relativement réduites. Les solutions ne sont plus dégénérées dans aucune direction. Le volume de la zone des solutions est plus réduit que dans les modes 1 D et 2D. Avec trois vues, le volume d'interaction des cônes Compton [Fig. 1 1 . b] est de 360 cm3, environ 20 fois inférieur à celui obtenu de l'intersection des cônes Compton en mode 1 D et 2D. Ceci accélère davantage la convergence de l'algorithme de reconstruction classique utilisé. De plus la résolution spatiale des images reconstruite est améliorée en passant d’une reconstruction 2D a une reconstruction 3D. [00150] In the case where the 3 shots are taken such that the angle of the trihedron between the 3 cameras and the position of the source is 90 °, there are two possible position zones which are in a range distance to each of the relatively small views. The solutions are no longer degenerated in any direction. The volume of the solution zone is smaller than in 1 D and 2D modes. With three views, the interaction volume of the Compton cones [Fig. 1 1. b] is 360 cm3, approximately 20 times lower than that obtained from the intersection of the Compton cones in 1 D and 2D mode. This further accelerates the convergence of the classical reconstruction algorithm used. In addition, the spatial resolution of the reconstructed images is improved by switching from a 2D reconstruction to a 3D reconstruction.
[00151] Selon une autre variante de réalisation, le procédé contient une méthode de reconstruction Compton dans laquelle ne sont retenues que les intersections de cônes issues de vues différentes. Un des avantages étant par exemple, l’amélioration de la précision de localisation de la source qui permet une meilleure réduction des artéfacts de source fantôme dans l’image reconstruite. [00151] According to another variant embodiment, the method contains a Compton reconstruction method in which only the intersections of cones from different views are retained. One of the advantages being by example, improving the source location accuracy which allows better reduction of ghost source artifacts in the reconstructed image.
[00152] Si on compare 2 intersections de cônes en mode 3D contenant une même source mais correspondant à deux groupes de photons différents, la probabilité que les solutions « fantômes » coïncident est très faible. La technique de reconstruction va donc converger avec un nombre très limité de photons. (Dans une moindre mesure c’est aussi le cas quand on considère toutes les intersections). If we compare 2 intersections of cones in 3D mode containing the same source but corresponding to two different groups of photons, the probability that the “phantom” solutions coincide is very low. The reconstruction technique will therefore converge with a very limited number of photons. (To a lesser extent this is also the case when considering all intersections).
[00153] On passe d’une technique d’imagerie basée sur une approche probabiliste qui nécessite un nombre important de photons (50 pour une image 1 D) à une technique d’imagerie quasi déterministe qui pourrait fournir une image correcte avec moins de 10 photons/voxel. Un autre avantage qui en découle est de permettre de détecter de manière certaine une faible contamination avec un nombre réduit de photons. We are moving from an imaging technique based on a probabilistic approach which requires a large number of photons (50 for a 1 D image) to a quasi-deterministic imaging technique which could provide a correct image with less than 10 photons / voxel. Another advantage which results from this is to make it possible to detect with certainty a low contamination with a reduced number of photons.
[00154] On notera qu’un voxel est généralement défini comme une unité d’image volumique dont la géométrie est variable (cubique, cylindrique, sphérique, etc.) et que ce terme ne doit pas être entendu de manière limitative. [00154] It will be noted that a voxel is generally defined as a unit of volume image the geometry of which is variable (cubic, cylindrical, spherical, etc.) and that this term should not be understood in a limiting manner.
[00155] Un autre intérêt d’imposer la présence de cônes provenant des 3 vues pour considérer une zone d’intersection comme valide, est que cela va considérablement accélérer la convergence de l’algorithme de rétroprojection en supprimant les zones non pertinentes pour localiser la source. Another advantage of imposing the presence of cones from the 3 views to consider an intersection zone as valid, is that this will considerably accelerate the convergence of the rear projection algorithm by removing the irrelevant zones to locate the source.
[00156] Un autre intérêt est que cette réduction des incertitudes amène à réduire les dimensions de la tâche qui contient l’image de la source. Avec trois vues on a une meilleure résolution angulaire de la caméra Compton. [00156] Another advantage is that this reduction in uncertainties leads to reducing the dimensions of the task which contains the image of the source. With three views we have a better angular resolution of the Compton camera.
[00157] Selon une autre variante, ledit procédé d’imagerie Compton contient en outre un processus de dépouillement Compton, utilisé dans le cas où l’intensité de la source est identique entre plusieurs vues, pour filtrer les évènements parasites pour lesquelles ladite intensité de la source ne satisfait pas à la loi de l’inverse des distances au carré, ne variant pas comme 1/d2 sur chacune des vues, d étant la distance de la source à la caméra sur chacune des vues. [00158] Lorsque l’on observe une source donnée simultanément à partir de plusieurs points ou si l’intensité de la source de radiation n’est pas significativement variable durant le temps d’observation et les positions relatives des prises de vues dans l’espace sont précisément connues, il est possible d’exclure certaines des solutions issues des intersections de cônes en tenant compte de la loi de variation du nombre de photons détectés avec la distance. [00157] According to another variant, said Compton imaging method further contains a Compton scanning process, used in the case where the intensity of the source is identical between several views, to filter the parasitic events for which said intensity of the source does not satisfy the law of the inverse of squared distances, not varying as 1 / d 2 on each of the views, d being the distance from the source to the camera on each of the views. [00158] When a given source is observed simultaneously from several points or if the intensity of the radiation source is not significantly variable during the observation time and the relative positions of the shots in the space are precisely known, it is possible to exclude some of the solutions resulting from the intersections of cones by taking into account the law of variation of the number of photons detected with distance.
[00159] En particulier, si les vues de la source sont simultanées, il est possible dans la plupart des cas de déterminer laquelle des deux solutions est la bonne car le nombre de photons détectés par chaque caméra doit varier comme 1/d2 en fonction de l’éloignement de la source, ce qui n’est pas en général vérifié pour la source « fantôme ». In particular, if the views of the source are simultaneous, it is possible in most cases to determine which of the two solutions is the correct one because the number of photons detected by each camera must vary as 1 / d 2 depending on distance from the source, which is not generally verified for the "phantom" source.
[00160] L’utilisation de cette règle en 1/d2 permet d’exclure un certain nombre de solutions principalement celles qui sont générées par les sources fantômes. [00160] The use of this 1 / d 2 rule makes it possible to exclude a certain number of solutions, mainly those which are generated by the phantom sources.
[00161] Une autre variante d’utilisation de cette règle en 1/d2 permet dans la présente invention d’affiner les résultats de métrologie des flux de photon, de mesure d’activité, de localisation précise et indentification de diverses types sources et points chauds. Another variant of use of this rule in 1 / d 2 allows in the present invention to refine the results of metrology of photon fluxes, activity measurement, precise localization and identification of various types of sources and hot spots.
[00162] Dans le cas où l’objet à imager présente une absorption notable du rayonnement, les vues selon l’axe X et selon l’axe -X ne sont pas nécessairement équivalentes et doivent être observées. Dans ce cas on pourra être amené à réaliser 6 vues, voire plus selon l’importance de l’absorption du rayonnement. [00162] In the event that the object to be imaged exhibits significant absorption of radiation, the views along the X axis and along the -X axis are not necessarily equivalent and must be observed. In this case, it may be necessary to take 6 views, or even more, depending on the extent of the absorption of the radiation.
[00163] A contrario, l’atténuation due au rayonnement diffusé (imagerie médicale) n’est pas gênante puisqu’il est possible d’obtenir des images quantifiées du rayonnement diffusé. Il est donc avantageux d’utiliser ces images pour corriger le nombre de photons émis. [00163] On the other hand, the attenuation due to the scattered radiation (medical imaging) is not a problem since it is possible to obtain quantified images of the scattered radiation. It is therefore advantageous to use these images to correct the number of photons emitted.
[00164] La présente invention concerne en outre un imageur Compton comportant au moins une caméra Compton, apte à réaliser au moins trois vues successives ou simultanées et mettant en oeuvre le procédé d’imagerie Compton selon les particularités ci-dessus décrites. [00165] Selon un mode de réalisation, ledit imageur Compton comporte une caméra Compton montée sur un cadre définissant le trièdre. The present invention further relates to a Compton imager comprising at least one Compton camera, capable of producing at least three successive or simultaneous views and implementing the Compton imaging method according to the particularities described above. [00165] According to one embodiment, said Compton imager comprises a Compton camera mounted on a frame defining the trihedron.
[00166] Selon un autre mode de réalisation, au moins une des caméras Compton dudit imageur Compton est montée sur au moins un bras articulé pouvant successivement, et simultanément se mouvoir dans toutes les directions de l’espace et être orienté suivant les angles d’Euler, soit en mode automatique, soit en mode manuel. Ceci facilite le déploiement des caméras autour de l’objet à imager et, permet aussi d’envisager et réaliser tous types d’orientations possibles et souhaitées pour différentes dispositions des têtes de vues de chacune des Caméras. Un autre avantage est de permettre de rapprocher les têtes de détection au plus près de la zone à imager et ainsi réduire le temps d'acquisition et par la même la dose et, d’améliorer la résolution spatiale de l’image, de pouvoir réaliser les différentes positions de vues souhaitées quelques soient les contraintes géométriques. [00166] According to another embodiment, at least one of the Compton cameras of said Compton imager is mounted on at least one articulated arm which can successively and simultaneously move in all directions in space and be oriented along the angles of Euler, either in automatic mode or in manual mode. This facilitates the deployment of the cameras around the object to be imaged and also makes it possible to consider and achieve all types of possible and desired orientations for different arrangements of the view heads of each of the cameras. Another advantage is to make it possible to bring the detection heads closer to the area to be imaged and thus reduce the acquisition time and at the same time the dose and, to improve the spatial resolution of the image, to be able to achieve the various view positions desired regardless of the geometric constraints.
[00167] Selon un autre mode de réalisation, le pilotage du mode automatique est réalisé à distance. Ainsi pour certaine utilisation il n’est pas nécessaire d’avoir un opérateur à proximité de l’objet à imager. [00167] According to another embodiment, the automatic mode is controlled remotely. So for some use it is not necessary to have an operator near the object to be imaged.
[00168] Selon un autre mode de réalisation lesdites caméra Compton sont montées sur des aéronefs (par exemple un drone, ... ) ou sur un drone terrestre permettant ainsi de réaliser des vues d’un objet à imager situé dans une zone d’accès particulièrement contraignante (en mer, espace, zone contaminée, ... ). [00168] According to another embodiment, said Compton camera are mounted on aircraft (for example a drone, etc.) or on a land drone thus making it possible to produce views of an object to be imaged located in a zone of particularly restrictive access (at sea, space, contaminated area, ...).
[00169] De manière non limitative, la présente invention concerne l’utilisation de l’imageur Compton selon les particularités ci-dessus décrites dans de nombreux domaines (santé, industrie, environnement, sécurité). [00169] In a nonlimiting manner, the present invention relates to the use of the Compton imager according to the particularities described above in many fields (health, industry, environment, safety).
[00170] Dans le domaine de la santé par exemple, un des intérêts principaux de l’imagerie Compton 3D par rapport aux autres modalités d’imagerie, l’imagerie PET par exemple, elle permet d’obtenir des images tomographiques, certes moins résolues, mais d’une part avec une dose injectée d’un facteur 10 à 20 plus faible, et contribue de manière significative à l’amélioration de la radioprotection des patients, du personnel, des animaux, de l’environnement. In the field of health for example, one of the main interests of Compton 3D imaging compared to other imaging modalities, PET imaging for example, it makes it possible to obtain tomographic images, which are certainly less resolved. , but on the one hand with a dose injected by a factor of 10 to 20 lower, and contributes significantly to improving the radiation protection of patients, staff, animals and the environment.
[00171] D’autre part, le faible coût du dispositif de la présente invention par rapport à un PET scan (5% du coût d’un PET scan) le rend plus accessible. [00171] On the other hand, the low cost of the device of the present invention compared to a PET scan (5% of the cost of a PET scan) makes it more accessible.
[00172] De plus, la faible empreinte des détecteurs, donc un accès aisé au patient, favorise la mise en place de nouvelles applications telle que la chirurgie guidée par l’image etc. [00172] In addition, the small footprint of the detectors, therefore easy access to the patient, favors the establishment of new applications such as image-guided surgery, etc.
[00173] De manière non limitative, la présente invention concerne l’utilisation de l’imageur Compton pour T’imagerie médicale, pour l’imagerie vétérinaire, pour les contrôles précliniques. [00173] In a non-limiting manner, the present invention relates to the use of the Compton imager for medical imaging, for veterinary imaging, for preclinical checks.
[00174] Un des avantages de l’imageur Compton de la présente invention est qu’il est particulièrement adapté à l’imagerie de gros animaux (chevaux, vaches, éléphant, girafe ... ). [00174] One of the advantages of the Compton imager of the present invention is that it is particularly suitable for imaging large animals (horses, cows, elephant, giraffe ...).
[00175] Selon une autre particularité d’utilisation, le procédé et l’imageur Compton de la présente demande concerne en outre le domaine des études de pharmacocinétique (diffusion du traceur dans l’organisme). Un balayage des patients potentiellement cancéreux pour localiser les points chauds, la dose injectée étant si faible (et donc bon marché) qu’elle n’impose pas de risque audit patient. Il permet aussi d’accroître le nombres images fréquentes post-traitement pour un meilleur suivi des patients avec une dose fortement restreinte. [00175] According to another particularity of use, the Compton method and imager of the present application also relates to the field of pharmacokinetic studies (diffusion of the tracer in the body). Scanning of potentially cancerous patients to locate hot spots, the injected dose being so low (and therefore cheap) that it does not pose a risk to the patient. It also makes it possible to increase the number of frequent post-treatment images for better patient follow-up with a severely restricted dose.
[00176] Ainsi, l’utilisation de l’imageur Compton de la présente invention permet pour un patient, un cumul d’avantages en qualité de soins, en coût et temps traitement, meilleur suivit post-traitement. [00176] Thus, the use of the Compton imager of the present invention allows a patient to accumulate advantages in terms of quality of care, cost and treatment time, better post-treatment follow-up.
[00177] De manière non limitative, la présente invention concerne l’utilisation de l’imageur Compton dans l’industrie par exemple pour la détection des défauts dans divers types de structures, pour effectuer le contrôle non destructif etc. [00177] In a non-limiting manner, the present invention relates to the use of the Compton imager in industry, for example for the detection of faults in various types of structures, for performing non-destructive testing, etc.
[00178] De manière non limitative, la présente invention concerne l’utilisation de l’imageur Compton pour obtenir l’image de distributions de radioactivité, en déduire l’activité d’une ou de plusieurs sources dans l’industrie, localiser (lieu d’émission du photon) les sources dans les contenants. En effet avec une mesure précise des diffusés on avoir une bonne estimation de l’activité réelle d’une source. [00178] In a non-limiting manner, the present invention relates to the use of the Compton imager to obtain the image of radioactivity distributions, in deduce the activity of one or more sources in industry, locate (place of emission of the photon) the sources in the containers. Indeed, with a precise measurement of the broadcast, we have a good estimate of the real activity of a source.
[00179] Par exemple, la mise en œuvre du procédé sur un fût de stockage de dimensions 600 x 925 mm (qui peut être une bonne approximation de la taille du torse humain) conduit à une image (MLM/MLEM) en 20 minutes à 1 ,3 mètre du centre avec une dose de seulement 4,5 MBq de 60Co à l’aide du procédé de reconstruction Compton 3D décrit dans la présente invention. De manière comparative, pour un scanner PET avec un temps de pose équivalent (20 minutes) on injecte 250 MBq, avec les détecteurs PET disposés à moins de 40 cm du centre de l’objet à imager. [00179] For example, the implementation of the method on a storage drum of dimensions 600 x 925 mm (which can be a good approximation of the size of the human torso) leads to an image (MLM / MLEM) in 20 minutes at 1.3 meters from the center with a dose of only 4.5 MBq of 60 Co using the Compton 3D reconstruction method described in the present invention. In a comparative manner, for a PET scanner with an equivalent exposure time (20 minutes), 250 MBq is injected, with the PET detectors placed less than 40 cm from the center of the object to be imaged.
[00180] Un autre exemple illustré par la [fig.12] montre un mode de réalisation de l’invention où deux sources (137Cs et 22Na) de 30 kBq chacune, séparées de 15 cm sont observées (3 vues suivant trois directions distinctes) à une distance de 50 cm de l’origine du trièdre. En comparant nos images reconstruites par une méthode classique (toutes intersections) (MLM/MLEM) [Fig.12 b] à celles obtenues en utilisant les mêmes paramètres de reconstruction et d’acquisition [Fig.12. a] sur un imageur Compton par la méthode selon certains modes de réalisation de l’invention (seulement les intersections multi vues) , on observe sans aucune ambiguïté une nette amélioration. Another example illustrated by [fig.12] shows an embodiment of the invention where two sources ( 137 Cs and 22 Na) of 30 kBq each, separated by 15 cm are observed (3 views in three directions distinct) at a distance of 50 cm from the origin of the trihedron. By comparing our images reconstructed by a classical method (all intersections) (MLM / MLEM) [Fig.12 b] with those obtained using the same reconstruction and acquisition parameters [Fig.12. a] on a Compton imager by the method according to certain embodiments of the invention (only the multi-view intersections), a clear improvement is observed without any ambiguity.
[00181] Selon une particularité non limitative, l’imageur Compton décrit est appliqué à l’humain, avec le même champ de vue, trois caméras Compton étant à 40 cm du centre de la zone d’intérêt. Le nombre de photons détectés augmente d’un facteur 10. Une image tomographique est obtenue en 2 minutes, soit en lui injectant seulement 0,5 MBq, soit une image mieux résolue en posant plus longtemps. Les trois paramètres (temps, dose, qualité d’image) pouvant être ajustés en fonction de la pertinence, de l’analyse, d’une manière générale en fonction de l’information recherchée. [00181] According to a non-limiting feature, the Compton imager described is applied to humans, with the same field of view, three Compton cameras being 40 cm from the center of the area of interest. The number of photons detected increases by a factor of 10. A tomographic image is obtained in 2 minutes, either by injecting only 0.5 MBq, or a better resolved image by posing longer. The three parameters (time, dose, image quality) can be adjusted depending on the relevance, the analysis, generally depending on the information sought.
[00182] Suivant une particularité d’utilisation, l’invention concerne l’utilisation de l’imageur Compton pour réaliser des images tomographiques en rayonnement gamma (d’un être vivant, d’un animal, ... ) avec une dose injectée inférieure à 20 MBq pendant un temps t inférieur à 20 minutes. On cumule ainsi pour un patient les nombreux avantages (en qualité des soins, en coût, temps de traitement, ALARA, ... ) mis à disposition par le dispositif. [00182] According to a particular feature of use, the invention relates to the use of the Compton imager to produce tomographic images in gamma radiation (of a living being, of an animal, etc.) with an injected dose. less than 20 MBq for a time t less than 20 minutes. The many advantages (in quality of care, cost, treatment time, ALARA, etc.) made available by the device are thus combined for a patient.
[00183] Un autre avantage des caméras Compton est la possibilité qu’elles offrent de réaliser des vues avec de grandes tailles de champ. Par rapport aux caméras TEP la différence de champ de vue est significative (8100 degrés carrés contre 25 degrés carrés si on utilisait des modules PET de même taille que les modules Compton). [00183] Another advantage of Compton cameras is the possibility that they offer to take views with large field sizes. Compared to PET cameras the difference in field of view is significant (8100 square degrees versus 25 square degrees if PET modules of the same size as Compton modules were used).
[00184] Un autre avantage pour l’utilisation des caméras Compton est qu’en imagerie Compton, on image une densité de probabilité. L’image est sensible au voisinage, ce qui accélère la convergence de la reconstruction. Contrairement à l’image PET qui est pointilliste, chaque LOR étant indépendante. [00184] Another advantage for using Compton cameras is that in Compton imagery, a probability density is imaged. The image is sensitive to the neighborhood, which speeds up the convergence of the reconstruction. Unlike the pointillist PET image, each LOR is independent.
[00185] Selon une autre particularité d’utilisation, le procédé et l’imageur Compton de la présente demande est adapté et tout aussi efficace dans le cas des sources dont l’intensité est constante ou faiblement variable au cours du temps. [00185] According to another particularity of use, the Compton method and imager of the present application is suitable and just as effective in the case of sources whose intensity is constant or weakly variable over time.
[00186] Selon une particularité, Il est possible en faisant bouger la caméra et en réalisant au moins 3 poses (vues) d’un même objet de manière à ce que le vecteur joignant la source et la caméra ait des projections d’au moins 50% (au total ou 50% suivant chaque axe) selon les 3 axes d’un trièdre orthogonal. Le cas où les 3 observations ont lieu selon un trièdre (X, Y, Z) par rapport à la source est optimal. Ceci peut être fait par exemple en installant une caméra selon l’invention sur un bras robotique ou un drone terrestre ou aérien. Le but étant d’avoir toutes les configurations nécessaires pour éviter d’avoir des vues manquantes. [00186] According to one feature, it is possible by moving the camera and by performing at least 3 poses (views) of the same object so that the vector joining the source and the camera has projections of at least 50% (in total or 50% along each axis) according to the 3 axes of an orthogonal trihedron. The case where the 3 observations take place according to a trihedron (X, Y, Z) with respect to the source is optimal. This can be done for example by installing a camera according to the invention on a robotic arm or a land or air drone. The goal is to have all the necessary configurations to avoid having missing views.
[00187] Dans le cas où la source est variable (applications médicales) ou si l’on souhaite avoir une durée d’acquisition des images aussi courte que possible, il est avantageux d’acquérir simultanément les 3 vues selon X, Y, Z durant une seule et même pose. [00187] In the case where the source is variable (medical applications) or if it is desired to have an image acquisition period as short as possible, it is advantageous to simultaneously acquire the 3 views along X, Y, Z during one and the same pose.
[00188] Selon une autre particularité, l’invention concerne l’application du procédé et de l’imageur Compton décrit dans le domaine de l’industrie nucléaire pour réaliser une tomographie 3D des contenants de substances radioactives (par exemple les fûts de déchets) en les observant pendant moins de 20 minutes dans une installation dédiée. Ainsi on obtient une visualisation tomographique de la répartition de la radioactivité isotope par isotope (le détecteur est-il initialement calibré aux différentes énergies des divers isotopes) dans le fut de déchet. Ceci permet de connaître finement le contenu d’un fut et de prévoir d’éventuels problèmes lors de son pressage (radioprotection). Étant donné que l’on dispose de la distance et de l’activité de l’isotope point par point, il est possible de calculer précisément le terme source isotope par isotope et ensuite calculer l’activité aux parois du contenant sans avoir besoin d’exposer un opérateur à la radioactivité. Cela permet également d’observer des zones inaccessibles telles le fond d’un fût. [00188] According to another particularity, the invention relates to the application of the method and of the Compton imager described in the field of the nuclear industry. to perform a 3D tomography of containers of radioactive substances (for example waste drums) by observing them for less than 20 minutes in a dedicated facility. This gives a tomographic visualization of the distribution of radioactivity isotope by isotope (the detector is initially calibrated to the different energies of the various isotopes) in the waste drum. This makes it possible to precisely know the content of a barrel and to foresee possible problems during its pressing (radiation protection). Since we have the distance and the activity of the isotope point by point, it is possible to precisely calculate the source term isotope by isotope and then calculate the activity at the walls of the container without the need for expose an operator to radioactivity. It also makes it possible to observe inaccessible areas such as the bottom of a barrel.
[00189] Selon un mode de réalisation, l’imageur Compton de la présente invention comporte au moins une tête CT-Scan permettant de réaliser une image tomodensitométrique. Un avantage de ce mode de réalisation est de permettre à l’utilisateur d’effectuer des corrections d’atténuation. La tête CT-scan fournit une image du squelette et permet en outre d’améliorer la localisation d’un organe dans l’organisme par rapport au repère osseux. [00189] According to one embodiment, the Compton imager of the present invention comprises at least one CT-Scan head enabling a tomodensitometric image to be produced. An advantage of this embodiment is that it allows the user to make attenuation corrections. The CT-scan head provides an image of the skeleton and further improves the localization of an organ in the body relative to the bone landmark.
[00190] La tête CT-Scan de la présente invention inclut tout type de combinaison tube de rayon X détecteur permettant de déterminer les cartes d’atténuation ou de réaliser des images par rayon X. [00190] The CT-Scan head of the present invention includes any type of detector X-ray tube combination making it possible to determine the attenuation maps or to produce X-ray images.
[00191] Selon une particularité, l’imageur Compton est couplé à un accélérateur médical pour effectuer des mesures de dosimétrie-in vivo et ainsi permet de contrôler que le traitement réellement délivré est bien celui qui a été planifié. [00191] According to one feature, the Compton imager is coupled to a medical accelerator to perform dosimetry-in vivo measurements and thus makes it possible to check that the treatment actually delivered is indeed that which has been planned.
[00192] Le terme accélérateur médical désigne ici tout type de dispositif médical de traitement générant d’une manière quelconque les photons gamma ou X, d’énergies à portée desdites caméras Compton supérieur à 200 keV. [00192] The term medical accelerator here designates any type of medical treatment device that generates gamma or X photons in any way, with energies within the range of said Compton cameras greater than 200 keV.
[00193] Selon un mode de réalisation le couplage est réalisé à l’aide de bras articulés facilitant un positionnement optimal souhaité pour la mesure à réaliser. [00194] Selon un mode de réalisation, les têtes de détection sont chacune en regard autour d’un banc, ledit banc apte à effectuer des mouvements de translation et rotation dans un plan. [00193] According to one embodiment, the coupling is carried out using articulated arms facilitating the optimum positioning desired for the measurement to be carried out. [00194] According to one embodiment, the detection heads are each facing one another around a bench, said bench capable of performing translational and rotational movements in a plane.
[00195] Le banc décrit ci-dessus pouvant être un lit, une table ou tout autre dispositif du même type permettant le bon positionnement de la zone à imager dans le ou les champ(s) de vue des caméras Compton. [00195] The bench described above can be a bed, a table or any other device of the same type allowing the correct positioning of the area to be imaged in the field (s) of view of the Compton cameras.
[00196] Les mouvements de translations et rotation non seulement facilitent le positionnement mais de manière plus importante permettent d'effectuer une acquisition en mode balayage (pas à pas ou en continue). [00196] The translation and rotation movements not only facilitate the positioning but more importantly make it possible to perform an acquisition in scanning mode (step by step or continuously).
[00197] Le mode balayage ci-dessus décrit comprend un déplacement du banc dans la direction souhaitée pour permettre d'imager des zones hors de portée des champs de vue des caméras Compton (par exemple en médecine une acquisition corps entier pour voir la distribution d'un radionucléide dans l'ensemble de l'organisme). [00197] The scanning mode described above comprises a displacement of the bench in the desired direction to make it possible to image areas beyond the range of the fields of view of the Compton cameras (for example in medicine a whole body acquisition to see the distribution of 'a radionuclide throughout the body).
[00198] L’invention concerne en outre l’utilisation de l’imageur Compton de la présente invention pour améliorer le contrôle des traitements en hadron thérapie. En effet, la corrélation entre la position d’émission des gammas prompt et la position du pic de Bragg permet de contrôler la qualité des traitements en hadron thérapie. L’énergie des gammas prompts varie de quelque centaine de keV à plusieurs MeV favorisant la diffusion Compton. Dans ce mode de réalisation, l’imageur Compton de la présente invention permet avec une précision de localisation inégalée le lieu d’émission de chaque photons gamma prompt. Ainsi la corrélation peut être faite et facilite le suivi des traitements. Un autre avantage d'utilisation dudit imageur Compton est sa très bonne résolution en énergie lui permettant de détecter et discriminer tout le spectre desdits gammas prompts. Un intérêt supplémentaire de l’invention est la résolution temporelle des détecteurs employés (inférieur à 200 picosecondes / ps) permettant d’attribuer les photons détectés à une phase particulière du flux pulsé de photons détectés (par exemple front montant du puise de photons émis par l’appareil) [00199] De manière non limitative, la présente invention concerne l’utilisation de l’imageur Compton pour améliorer la radioprotection des patients, du personnel, des animaux, de l’environnement en présence d’une ou de plusieurs sources radioactives. [00198] The invention further relates to the use of the Compton imager of the present invention for improving the control of hadron therapy treatments. Indeed, the correlation between the position of emission of the prompt gamma rays and the position of the Bragg peak makes it possible to control the quality of hadron therapy treatments. The energy of the prompt gammas varies from some hundred keV to several MeV favoring Compton scattering. In this embodiment, the Compton imager of the present invention allows with unequaled localization precision the place of emission of each prompt gamma photons. Thus the correlation can be made and facilitates the monitoring of treatments. Another advantage of using said Compton imager is its very good energy resolution enabling it to detect and discriminate the entire spectrum of said prompt gammas. An additional advantage of the invention is the temporal resolution of the detectors employed (less than 200 picoseconds / ps) making it possible to attribute the photons detected to a particular phase of the pulsed flux of photons detected (for example rising edge of the pulse of photons emitted by the device) [00199] In a non-limiting manner, the present invention relates to the use of the Compton imager to improve the radiation protection of patients, staff, animals and the environment in the presence of one or more radioactive sources.
[00200] De manière non limitative, dans le domaine de la sécurité, il peut être envisagé une mise en oeuvre du procédé de la présente demande par les services douaniers par exemple pour la détection et localisation de sources (même de très faibles) dans les containeurs par exemple ou tout autres types de cible d’intérêts. In a nonlimiting manner, in the field of security, it can be envisaged an implementation of the method of the present application by the customs services, for example for the detection and localization of sources (even very weak ones) in the containers for example or any other type of target of interest.
[00201] On comprend aisément à la lecture de la présente demande que les particularités de la présente invention, comme généralement décrites et illustrées dans les figures, peuvent être arrangées et conçues selon une grande variété de configurations différentes. Ainsi, la description de la présente invention et les figures afférentes ne sont pas prévues pour limiter la portée de l'invention, mais représentent simplement des modes de réalisation choisis. It is easily understood from reading the present application that the features of the present invention, as generally described and illustrated in the figures, can be arranged and designed according to a wide variety of different configurations. Thus, the description of the present invention and the accompanying figures are not intended to limit the scope of the invention, but simply represent selected embodiments.
[00202] L’homme de métier comprendra que les caractéristiques techniques d’un mode de réalisation donné peuvent en fait être combinées avec des caractéristiques d’un autre mode de réalisation à moins que l’inverse ne soit explicitement mentionné ou qu’il ne soit évident que ces caractéristiques sont incompatibles. De plus, les caractéristiques techniques décrites dans un mode de réalisation donné peuvent être isolées des autres caractéristiques de ce mode à moins que l’inverse ne soit explicitement mentionné. [00202] Those skilled in the art will understand that the technical characteristics of a given embodiment can in fact be combined with characteristics of another embodiment, unless the reverse is explicitly mentioned or it is not be obvious that these characteristics are incompatible. In addition, the technical characteristics described in a given embodiment can be isolated from the other characteristics of this mode unless the reverse is explicitly mentioned.
[00203] Enfin l’homme de métier comprendra que les informations contenues dans les figures, notamment celles des figures 1 à 1 1 , seront des informations techniques incorporables au présent texte en tant qu’annexe. Finally, those skilled in the art will understand that the information contained in the figures, in particular that of Figures 1 to 11, will be technical information that can be incorporated into this text as an appendix.
[00204] Il doit être évident pour les personnes versées dans l’art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l’éloigner du domaine défini par la protection demandée, ils doivent être considérés à titre d'illustration et l’invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus. LISTE DES SIGNES DE REFERENCE [00204] It should be obvious to those skilled in the art that the present invention allows embodiments in many other specific forms without departing from the field defined by the requested protection, they should be considered as illustration and the invention should not be limited to the details given above. LIST OF REFERENCE SIGNS
[00205] [00205]
CC. Centre de capture CC. Capture center
PRC, PC1 , PC2. Plans de Reconstruction de l’imagerie Compton DR. Disques de Reconstruction de l’imagerie Compton PRC, PC1, PC2. Compton DR Imaging Reconstruction Plans. Compton Imaging Reconstruction Discs
A, A1 , A2. Artéfacts obtenus par l’imagerie classique A, A1, A2. Artifacts obtained by classical imagery
S. Source S. Source
DIC. Distance Inter-centres de capture DIC. Distance between capture centers
AIC. Angle inter-centres de capture AIC. Inter-center capture angle

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé permettant de créer une image tridimensionnelle et/ou tomographique d’un objet en rayonnement gamma d’imagerie Compton caractérisé en ce qu’il comporte une ou plusieurs caméras Compton réalisant au moins trois vues à partir de trois positions connues réparties chacune sur un des trois axes (X, Y, Z) d’un trièdre, les champs d’acquisition desdites vues possédant au moins une zone de recouvrement couvrant l’objet à imager 1. Process for creating a three-dimensional and / or tomographic image of an object in Compton imaging gamma radiation, characterized in that it comprises one or more Compton cameras producing at least three views from three known positions each distributed over one of the three axes (X, Y, Z) of a trihedron, the acquisition fields of said views having at least one overlap area covering the object to be imaged
2. Procédé d'imagerie Compton selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte une méthode de reconstruction utilisant moins de 10 photons/voxel par vue pour reconstruire l'image 3D, 2. Compton imaging method according to claim 1, characterized in that it comprises a reconstruction method using less than 10 photons / voxel per view to reconstruct the 3D image,
3. Procédé d’imagerie Compton selon la revendication 1 à 2, caractérisé en ce qu’il comporte une étape de collimation électronique apte à exclure des sources ou des photons provenant des zones que l’on souhaite exclure de l’image. 3. Compton imaging method according to claim 1 to 2, characterized in that it comprises an electronic collimation step capable of excluding sources or photons originating from areas that it is desired to exclude from the image.
4. Procédé d’imagerie Compton selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que les vues peuvent être acquises soit simultanément par trois caméras Compton distinctes, soit séquentiellement par un déplacement d’au moins une caméra Compton sur lesdits 3 axes du trièdre. 4. Compton imaging method according to claim 1 to 3, characterized in that the views can be acquired either simultaneously by three separate Compton cameras, or sequentially by moving at least one Compton camera on said 3 axes of the trihedron.
5. Procédé d’imagerie Compton selon la revendication 1 à 4, caractérisé en ce que ledit trièdre est un trièdre aux axes X, Y et Z orthogonaux définissant trois directions de l’espace, la source à imager étant à l’origine du trièdre. 5. Compton imaging method according to claim 1 to 4, characterized in that said trihedron is a trihedron with orthogonal X, Y and Z axes defining three directions in space, the source to be imaged being at the origin of the trihedron. .
6. Procédé d’imagerie Compton selon la revendication 1 à 5, caractérisé en ce qu’il contient une méthode de reconstruction tomographique dudit objet à imager à partir d’au moins deux vues Compton dont les champs de vue sont répartis dans les trois dimensions (X, Y, Z) de l’espace. 6. Compton imaging method according to claim 1 to 5, characterized in that it contains a method of tomographic reconstruction of said object to be imaged from at least two Compton views, the fields of view of which are distributed in three dimensions. (X, Y, Z) of space.
7. Procédé d’imagerie Compton selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il contient une méthode de reconstruction Compton dans laquelle ne sont retenues que les intersections de cônes issues de vues différentes. 7. Compton imaging method according to claims 1 to 6, characterized in that it contains a Compton reconstruction method in which only the intersections of cones from different views are retained.
8. Procédé d’imagerie Compton selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il contient un processus de dépouillement Compton, utilisé dans le cas où l’intensité de la source est identique entre plusieurs vues, pour filtrer les évènements parasites pour lesquelles ladite intensité de la source ne satisfait pas à la loi de l’inverse des distances au carré, ne variant pas comme 1/d2 sur chacune des vues, d étant la distance de la source à la caméra sur chacune des vues. 8. Compton imaging method according to claims 1 to 7, characterized in that it contains a Compton scanning process, used in the case where the intensity of the source is identical between several views, to filter the parasitic events for which said source intensity does not satisfy the law of the inverse of the squared distances, not varying as 1 / d 2 on each of the views, d being the distance from the source to the camera on each of the views.
9. Imageur Compton comportant au moins une caméra Compton, réalisant au moins trois vues successives ou simultanées par la mise en œuvre du procédé selon les revendications précédentes. 9. Compton imager comprising at least one Compton camera, producing at least three successive or simultaneous views by implementing the method according to the preceding claims.
10. Imageur Compton selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comporte une desdites caméras Compton montée sur un cadre définissant ledit trièdre. 10. Compton imager according to claim 8, characterized in that it comprises one of said Compton cameras mounted on a frame defining said trihedron.
1 1 . Imageur Compton selon la revendication 8 à 9 caractérisé qu’au moins une desdites caméras Compton est montée sur au moins un bras articulé pouvant successivement, et simultanément se mouvoir dans toutes les directions de l’espace et être orienté suivant les angles d’Euler, soit en mode automatique, soit en mode manuel. 1 1. Compton imager according to claim 8 to 9 characterized that at least one of said Compton cameras is mounted on at least one articulated arm capable of successively and simultaneously moving in all directions of space and being oriented along Euler angles, either in automatic mode or in manual mode.
12. Imageur Compton selon au moins l’une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une tête CT-Scan permettant de réaliser une image tomodensitométrique 12. Compton imager according to at least one of claims 8 to 10, characterized in that it comprises at least one CT-Scan head making it possible to produce a tomodensitometric image
13. Imageur Compton selon au moins l’une des revendications 8 à 1 1 , caractérisé en ce qu’il est couplé à un accélérateur médical 13. Compton imager according to at least one of claims 8-1 1, characterized in that it is coupled to a medical accelerator
14. Imageur Compton selon au moins l’une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce les têtes de détection sont chacune en regard autour d'un banc, ledit banc étant apte à effectuer des mouvements de translation et rotation dans un plan 14. Compton imager according to at least one of claims 8 to 12, characterized in that the detection heads are each facing around a bench, said bench being able to perform translational and rotational movements in a plane.
15. Utilisation de l’imageur Compton selon au moins l’une des revendications 8 à 13, dans les domaines de l’imagerie médicale, vétérinaire et préclinique. 15. Use of the Compton imager according to at least one of claims 8 to 13, in the fields of medical, veterinary and preclinical imaging.
16. Utilisation de l’imageur Compton selon au moins l’une des revendications 8 à 13 pour le contrôle non destructif. 16. Use of the Compton imager according to at least one of claims 8 to 13 for non-destructive testing.
17. Utilisation de l’imageur Compton selon au moins l’une des revendications 8 à 13 pour obtenir l’image de distributions de radioactivité dans l’industrie. 17. Use of the Compton imager according to at least one of claims 8 to 13 to obtain the image of radioactivity distributions in industry.
18. Utilisation de l’imageur Compton selon au moins l’un des revendications 8 à 13 pour obtenir une image tomographique en rayonnement gamma d’un être vivant avec une dose injectée inférieure à 20 MBq en moins de 20 minutes 18. Use of the Compton imager according to at least one of claims 8 to 13 for obtaining a tomographic image in gamma radiation of a living being with an injected dose of less than 20 MBq in less than 20 minutes.
19. Utilisation de l’imageur Compton selon au moins l’une des revendications 8 à 13 pour améliorer la radioprotection des patients, du personnel, des animaux, de l’environnement en présence d’une ou de plusieurs sources radioactives. 19. Use of the Compton imager according to at least one of claims 8 to 13 to improve the radiation protection of patients, staff, animals, the environment in the presence of one or more radioactive sources.
20. Utilisation de Imageur Compton selon au moins l’une des revendications 8 à 13 pour améliorer le contrôle des traitements en hadron thérapie. 20. Use of a Compton imager according to at least one of claims 8 to 13 for improving the control of hadron therapy treatments.
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