EP3987312A1 - Camera compton et procede d'imagerie 3d campton - Google Patents

Camera compton et procede d'imagerie 3d campton

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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)
English (en)
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/fr
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.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif, un système et un procédé d'utilisation de Caméra Compton multi-capture, caractérisée par l'utilisation d'au moins deux centres de captures de positions distinctes.

Description

TITRE : CAMERA COMPTON ET PROCEDE D’IMAGERIE 3D COMPTON
DOMAINE TECHNIQUE DE L’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.
[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.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
EXPOSE DE L’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.
[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.
[0013] L’invention est présentée en deux grande parties
[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.
[0015] Une seconde portant sur une méthode d’imagerie 3D utilisant lesdites caméras Compton et quelques-unes des diverses applications qui en découlent.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[0025] Constitution d’une caméra Compton multi-capture :
[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.
[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)
[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).
[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.
[0031]Apports d’une caméra multi-capture :
[0032] Triangulation gamma de la 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)
[0034] Réduction des 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.
[0036] Détection certaine de sources faibles
[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.
[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.
[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.
[0041] Exaltation de la résolution angulaire
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[0048] Ce mode est donc particulièrement avantageux pour la détection de très faibles contaminations.
[0049] Gestion automatique de l’imagerie objets étendus :
[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.
[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.
[0052] Il est donc important avant de choisir le nombre de lissage effectué d’identifier la nature ponctuelle ou étendue d’une 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 :
[0054] On choisit une zone de l’image à étudier [0055] Dans cette zone on détermine le contour probable de la source principale
[0056] On estime le nombre de photons présents dans la source
[0057] On compare le profil de la source à PSF (Q) d’une source ponctuelle
[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.
[0059] Mesure précise du flux d’une source nue dans un contexte bruité
[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.
[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.
[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 .
[0063] La présente demande prévoit également d’intégrer au moins une mesure du flux d’une source écrantée.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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
[0071] On a alors 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.
[0073] Mesure précise du flux issu d’une source dans un contexte perturbé.
[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... ).
[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.
[0077] La seconde solution (celle qui ne contient pas la source) est celle qui génère des artefacts (fausses concentrations) à la 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.
[0079] La figure 4 représente la caméra multi-capture (ou l’effet d’un mouvement relatif à la trajectoire connue d’une caméra monoculaire)
[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.
[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.
[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.
[0083] La présente demande vise donc à protéger en outre :
[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.
[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.
[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) ;
[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 ;
[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 ;
[0089]- une amélioration de la résolution angulaire liée à l’utilisation de la reconstruction ci-dessus ;
[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 ;
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[00102] Selon une autre particularité, une desdites caméras Compton est montée sur un cadre définissant ledit trièdre.
[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.
[00104] L’invention concerne également l’utilisation dudit imageur Compton selon l’une des particularités décrites précédemment dans divers domaines (médical, vétérinaire, industrielle, sécurité, ... )
[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.
[00106] L’invention concerne également un imageur Compton couplé à un accélérateur médical.
[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.
[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.
[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.
BREVE DESCRIPTION DES 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 :
- [Fig. 1 ] est une représentation schématique d’une imagerie Compton classique de l’art antérieur,
- | Fig. 2] est une représentation schématique des reconstructions à partir de deux images Compton successives dans l’art antérieur,
- [Fig. 3] est une représentation schématique des reconstructions à partir de quatre images Compton successives dans l’art antérieur.
- [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. 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. 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. 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. 8] est une représentation schématique, de la reconstruction « classique » d’une des directions du trièdre (une vue = X), de Gauche à droite
- A) Largeur du cône correspondant aux erreurs de mesure
- 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
[Fig. 9 a] est une représentation schématique de deux cônes selon deux vues distinctes.
[Fig. 9. b] est la représentation schématique de la zone d’intersection de ces deux cônes et de son 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. 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
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.).
[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.
[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.
[00128] La taille des volumes d’intersection des cônes en imagerie Compton affecte la rapidité de convergence des algorithmes de reconstruction utilisés.
[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.
[00130] Mode 1 D (prise(s) de vue(s) dans une seule 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]
[00132] Mode 2D (prise(s) de vue(s) dans 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]).
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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).
[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.
[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.
[00144] Mode 3D (prise(s) de vue(s) dans trois 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.
[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. ].
[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.
[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]
[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.
[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.
[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).
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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 ».
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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, ... ).
[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).
[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.
[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.
[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.
[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.
[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 ... ).
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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).
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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).
[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).
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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
[00205]
CC. Centre de capture
PRC, PC1 , PC2. Plans de Reconstruction de l’imagerie Compton DR. Disques de Reconstruction de l’imagerie Compton
A, A1 , A2. Artéfacts obtenus par l’imagerie classique
S. Source
DIC. Distance Inter-centres de capture
AIC. Angle inter-centres de capture

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
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,
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
10. Imageur Compton selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comporte une desdites caméras Compton montée sur un cadre définissant ledit trièdre.
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.
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
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
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
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.
16. Utilisation de l’imageur Compton selon au moins l’une des revendications 8 à 13 pour le contrôle non destructif.
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.
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
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.
20. Utilisation de Imageur Compton selon au moins l’une des revendications 8 à 13 pour améliorer le contrôle des traitements en hadron thérapie.
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