FR2496912A1

FR2496912A1 - Appareil de tomosynthese rapide pour la representation d'images de couches presentant peu d'artefacts

Info

Publication number: FR2496912A1
Application number: FR8123291A
Authority: FR
Inventors: William John Dallas
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1981-12-14
Publication date: 1982-06-25
Also published as: JPS57128134A; GB2090997B; FR2496912B1; US4469440A; GB2090997A; DE3047889A1

Abstract

APPAREIL POUR L'OBTENTION D'IMAGES DE COUCHES D'UN OBJET A PARTIR D'IMAGES EN PERSPECTIVE 5A-C, 6A-C DE CET OBJET, PRISES DE DIVERSES POSITIONS AU MOYEN D'UN MONTAGE DE SOURCE DE RAYONNEMENT COMPORTANT UN DISPOSITIF D'ECLAIRAGE 9 PERMETTANT UN ECLAIRAGE PAR TRANSPARENCE DES IMAGES EN PERSPECTIVE ET UNE MATRICE DE VISUALISATION 10 CONTENANT DES ELEMENTS DE VISUALISATION, CETTE MATRICE ETANT TRAVERSEE EN SON CENTRE PERPENDICULAIREMENT PAR UN AXE OPTIQUE DU SYSTEME ET SERVANT A SUPERPOSER LES IMAGES EN PERSPECTIVE SUR UNE SURFACE DE DETECTEUR 12 PHOTOSENSIBLE.

Description

249691 2

"Appareil de tomosynthèse rapide pour la représentation

d'images de couches présentant peu d'artefacts."

La présente invention concerne un appareil pour l'obtention d'images de couches d'un objet à partir

d'images en perspective de cet objet prises de diver-

ses positions au moyen d'un montage de sources de rayon nement comportant un dispositif d'éclairage permettant l'éclairage par transparence des images en perspective et une matrice de visualisation contenant des éléments de visualisation, cette matrice étant traversée en son

centre perpendiculairement par un axe optique du sys-

t&me et servant à superposer les images en perspective

sur une surface de détecteur photosensible.

Un tel appareil est connu de manière générale et est décrit par exemple dans la demande publiée de

brevet allemand n0 OS 27 46 035. Les images de couches-

obtenues au moyen de cet appareil présentent cependant des' artefacts en raison du fait que,dans le cas de la tomosynthûse rapide, on ne dispose que d'un nombre limi

té de sources de rayonnement ou de directions de pro-

jection.

On distingue en substance deux types d'arte-

facts dans l'image de couche reconstruite à savoir ceux

qui sont formés par les images en perspective représen-

tant le plan de la couche lors de l'autocorrélation (décalage 'et sommation, voir le brevet 2> 31 700.8) des images en perspective par ces dernières elles-mêmes et ceux qui sont dus à des images en perspective d'autres

couches qui sont projetées dans l'image de couche.

L'invention a pour but de diminuer danis l'ma ge de couche les artefacts qui proviennent d'images. en perspective d'autres couches qui sont projetées dans

l'image de couche.

Ce but est atteint conformément à l'invention par le fait que devant ou derrière chaque élément de visualisation est prévu un élément' de déviation optique qui efface l'image en perspective suivant une figure présentant une direction d'allongement principale, chaque él6ment de déviation étant monté de façon que la direction d'allongement principale soit au moins à

peu près perpendiculaire à une droite de liaison s'éten-

dant dans le plan matriciel de l'axe optique du système vers le centre de l'élément de visualisation et tous les éléments de déviation étant disposés les uns par rapport aux autres de manière que les directions d'allongement principales forment entre elles autant que possible des

angles égaux.

Une telle disposition d'éléments de déviation

dans le trajet des rayons entre les éléments de visuali-

sation et la surface de détecteur permet qu'en parti-

culier les images en perspective dans l'image de couche

qui représentent d'autres couches de l'objet soient effa-

cées d'une manière telle que par rapport aux structures de l'objet présentes dans la couche représentée, on obtienne un fond d'image à peu près uniforme. On efface

ainsi la structure du fond de l'image de -manière à amé-

liorer la possibilité de reconnaître des détails des

structures de l'objet réel. On efface bien entendu éga-

lement 1-es structures de l'objet se trouvant dans le plan de couche représenté mais cela ne s'av're

pas gênant en raison de la disposition particu-

lière des éléments de déviation les uns par rapport aux

autres dans l'image de couche comme encore expliqué da-

vantage ci-après. On prévoit à cet effet comme éléments de déviation des éléments optiques modifiant la phase

de la lumière incidente au moyen desquels on peut avan-

tageusement réaliser l'effacement des images en pers-

pective sur la surface de détecteur.

Les éléments de déviation sont avantageusement réalisés sous forme d'imagesVcinmatographique [voir par exemple Applied Optics, volume 12, n 7, pages 136 à 1388 (juillet 1973)], d 'hlo] orames ou de rlseé. oMticues classiques,par exemple de réseau-x de li:gnes. LEs iages en perspective déviées au moyen des structures en for-':-e

de réseau (par exemple dals les images ci,:2ator-rp -

ques ou h^ogra:m es) se trouvent alors sur des dr'of eú.

2496912 g La direction d'allongement principale de chaque figure de déviation coincide alors de ce fait avec la direction

des droites.

Au moyen d'autres images cinématographiques i ou hologrammes appropriés, il est cependant possible de faire dévier les images en perspective suivant aussi

d'autres figures par exemple suivant des trajets cour-

bes allongés, suivant des ellipses ou suivant des figures analogues. La direction d'allongement principale d'une figure est alors la direction dans laquelle cette figure

présente le plus grand allongement.

L'invention est illustrée par quelques exem-

ples de réalisation représentés aux dessins annexés dans lesquels:

la Fig. 1 montre un appareil pour l'en-

registrement d'images enperspective d'un objet radio-

graphié; la Fig. 2 montre une image de couche recons- À truite à partir des images en perspective enregistrées; la -Fig. 3 montre un appareil pour ia re-: construction d'images de couches; "

la Fig. 4 montre une section de l'image de!-

couche reconstruite présentant des artefacts effacés;

la Fig. 5 est une vue de dessus d'une ma-

trice de visualisation, et les Fig. 6a à c montrent diverses figures

d'effacement d'artefacts.

La Fig. 1 illustre un appareil de tomosynthese rapide connu. Cet appareil comprend plusieurs sources de rayonnement 2, par exemple des tubes à rayons X dis- /? posés dans un plan de sources de rayonnement 1. Trois de ces sources seulement ont été représentées pour plus de clarté. Les sources de rayonnement 2 peuvent être ' i

enclenchées par exemple successivement ou simultanément.

En dessous du plan de sources de rayonnement 1 se trouve.

un objet 3 à examiner qui est radiographié dans diverses Ln perspectives au moyen des faisceaux de rayons 4 provenant,'4 ,4 des sources de rayonnement 2 et limités éventuel]ement

par des blindages non représentés.

Pour plus de simplicité, l'objet 3 n'est con-

stitué que dé deux couches d'objet Si et S2, la couche

d'objet S1 contenant par exemple un cercle 5 et la cou-

che d'objet S2 un carré 6. Les images en perspective obtenues à partir de ces structures d'objet 5, 6 à savoir 5a-c, 6a-c sont enregistrées séparément ou en

étant superposées l'une à l'autre sur un porteur d'en-

registrement 7, par exemple un film radiographique dis-

posé en dessous de l'objet 3.

Lorsque la couche d'objet S2 doit par exemple êtoe reconstruite à partir des images. en perspective 5a à c ou

6a à c ainsi enregistrées, il faut, par un décalage appro-

prié, superposer l'une à l'autre les images en perspec-

tive 6a à'C puis les sommer (autocorrélation des images en perspective). Dans ce cas, toutes les autres images en perspective.5a à c sont cependant également décalées. -On obtient alors l'image de couche S2' de la couche d'objet S2 représentée à la

Fig. 2.

Cette image de couche S2' contient en son centre le carré 6' qui est reconstruit à partir des images en perspective 6a à c superposées ainsi que plusieurs images secondaires carrées 6a, 6b', 6c' qui correspondent aux images en perspective 6a-c. Ces images en perspective 6a', 6b', 6c' qui représentent

la couche d'objet S2 constituent le premier groupe d'ar-

tefacts dans l'image de couche S2'.

L'image de couche S2' comprend en outre les

images en perspective circulaires 5a'-5c' qui corres-

pondent aux images en perspective 5a-c. Celles-ci con-

stituent le deuxième groupe d'artefacts dans l'image de

couche S2'. Ces images en perspective 5a'-5c' ne re-

présentent cependant pas la couche d'objet S2 mais la couche d'objet S1. Il s'agit dans ce cas dès lors

d'imagesen perspective d'une autre couche d'objet pro-

2496912;X

- I

jetéesdans l'image de couche. -

Si l'on considère sur la Fig. 2 les artefacts X circulaires 5a'-5c' on observe qu'ils peuvent à nouveau

être répartis en deux sous-gioupes. Il s'agit des arte-

facts qui se trouvent à proximité du centre de l'image

de couche 82' (à l'intérieur du cadre 8 représenté en -

traits interrompus) et de ceux qui se trouvent au bord de l'image (à l'extérieur du cadre 8). Ces deux sous-groupes se distinguent fondamentalement par le fait que les images en perspective se trouvant à l'in ' térieur du cadre 8 à savoir 5a', 6a'; 5b' 6b'; 5c', 6c' (6'=6a'+ 6b'+6c') sont chaque fois formées par paire par visualisation des images en perspective 5a', 6a', etc. par les éléments de visualisation optiques qui leur sont associés tandis qu'une image en perspective 5a' se trouvant à l'extérieur du 'cadre 8 est formée par exem--t

ple au moyen des éléments optiques qui sont associés -

aux images en perspective 5b, 5c etc. Ce phénomène est

illustré davantage à la Fig. 3. Pour-améliorer la qua- ',-

lité des images de couche S2' reconstruites, on efface È

les images en perspective 5a'-5c' ou artefacts se trou--

vant à l'intérieur du cadre 8. A ce propos, il convient de se référer à la Fig. 3 qui montre un appareil pour laà

reconstruction de telles images de couches améliorées.--

Cet apparail comprend une boîte de lumière 9 -?

pour l'éclairage par transparence des images en pers- -

pective 5a, 6a; 5b, 6b; 5c, 6c se trouvant sur le por-.

teur d'enregistrement 7 et disposées devant cette bofte.-

Ces images sont visualisées superposées l'une à l'autre";:i sur une surface de détecteur 12 au moyen d'une matrice

de visualisation 10 qui est disposée parallèlement au -

porteur d'enregistrement 7 et à travers le centre de laquelle s'étend perpendiculairement un axe optique 11.: La matrice de visualisation 10 comprend à cette fin des éléments de visualisation distincts 13a-c, par exem-? ple des lentilles biconvexes qui sont chacune (13a) as-,-' sociées à une image en perspective 5a, 6a etc. Des ima:[ - 7 ges de couches de l'objet qui correspondent à l'image de couche S2' représentée à la Fig. 2 se forment ainsi sur la surface de détecteur 12 qui est par exemple une

vitre mate ou la surface d'entrée d'un système'de trai-

tement d'image optoélectronique. Lorsque les images en perspective 5a-c sont

chaque fois transférées par les éléments de visualisa-

tion 13a-c qui leur sont associés c'est-à-dire 5a par 13a, *5b par 13b et 5c par 13c, on obtient les artefacts

5a'-5c' se trouvant à l'intérieur-du cadre 8 de la Fig.2.

Par contre lorsque ces images sont transférées par des éléments de visualisation qui ne leur sont pas associés c'est-à-dire Sa par 13b,c, 5b par 13a,c et 5c par 13a,b,

on obtient les artefacts 5a'-c' se trouvant à l'exté-

rieur du cadre 8.

Pour effacer les images en perspective 5a'-c' se trouvant à l'intérieur du cadre 8 de la Fig. 2, des éléments de déviation I+a-c sont disposés dans le trajet des rayons. entre les éléments de visualisation 13a-c et- la surface de détecteur 12,de préférence à proximité des

éléments de visualisation 13a-c. Ces éléments de visua-

lisation l-a-c peuvent effacer les images en perspecti-

ve 5a-c par exemple suivant ldes trajets droits qui

forment à cette fin une structure en réseau.

Les éléments de déviation lha-c pourraient aussi ètre disposés dans le trajet des rayons entre les images a-c, 6a-c et les éléments de visualisation 13a-c.

L'effacement est expliqué davantage avec ré-

férence à la Fig. 4 qui représente à plus grande échelle

la partie de l'image de couche S2' se trouvant à l'in-

térieur du cadre 8. Cette zone est la partie intéres-

sante de l'image de couche S2' parce -que ce n'est que dans cette partie qu'un nombre suffisant d'images en perspective sont superposées pour la reconstruction de

couches d'objet.

La zone d'image de- couche se trouvant à l'extérieur du

2496912;

cadre 8 n'entre le plus souvent pas en ligne de compte.

parce qu'à cet endroit, les images en perspective ne

sont qu'insuffisamment sinon plus du tout superposées. -

Les images en perspective 5a'-c' sont effa-

cées à la Fig. + suivant des. droites 15 c'est-à-dire

suivant des figures qui présentent une direction d'al-

longement principale (dans ce cas la direction des droi-

tes). Les éléments de déviation en forme de réseau "u

1ia-c sont dans ce cas disposés dans le trajet des rayons -

de telle manière que les directions d'allongement prin-

cipales des figures résultant de la déviation! de la lumière soient si possible perpendiculaires aux trajetsBl, B2, B3 (Fig. 2) suivant lesquels les arte-,,l facts ou les images en perspective 5a'-c' s'étendent sur 1,' la surface de détecteur 12 lorsque la surface de détecteur '

12 est déplacée le long de l'axe optique 11 en vue de la..

reconstruction de différentes couches de l'objet 3. En c d'autres termes, les directions d'allongement principales H sont, comme illustré à la Fig. 5 qui est une vue du dessus du plan matriciel, si possible perpendiculaires à une droite de liaison 16 s'étendant dans le plan matriA ciel depuis l'axe optique 11 du système vers le centre de

l'un quelconque des éléments de visualisation 13a-c.

A la Fig..5, pour plus de clarté, un seul élément de-

visualisation 13a est représenté dans le plan matriciel -

(plan du papier). Un réseau optique est représenté: comme élément de déviation lia. '

Une telle disposition des éléments de dévia-

tion l1a-c est avantageuse parce que,dans ce cas, les images en perspective 5a'-c' rendues floues le long des droites 15 ne peuvent pas percer la structure d'objet

6' reconstruite.

Pour obtenir en outre un fond d'image à peu près uniforme, il est nécessaire de répartir aussi uni-; formément que possible dans l'image de couche S2' les directions dans lesquelles les images en perspective, a'c' sont effacées, c'est-à-dire que les angles g Q

formés chaque fois entre deux droites 15 doivent si pos-

sible être 6gaux.

Dans l'ensemble, la disposition des éléments de déviation 14-a-c a pour effet que les artefacts 5a'-c' ne sont plus aussi fortement perceptibles par rapport à la structure d'objet 6' réelle (correspondant à la superposition des images en perspective 6a', 6b', 6c')

ce qui améliore la possibilité de reconnaître des dé-

tails dans la structure d'objet 6' réelle.

Les éléments de déviation la-c effacent

évidemment aussi la structure d'objet 6' qui est con-

stituée des images en perspective superposées 6a'-c' suivant des droites 17 qui sont parallèles aux droites i5. Ceci ne nuit cependant que très peu à la qualité des images de couches S2' parce que la structure d'objet 6' est visualisée avec plus d'intensité à l'intérieur de la zone de superposition commune de toutes les droites' 17,' en fonction du nombre de droites 17,qu'à l'extérieur de cette zone de superposition. De ce fait, un observateur a pour un plus grand nombre de droites 17 l'impression que la structure d'objet 6' n'est concentrée que dans

la zone de superposition des droites 17.

Comme déjà mentionné plus haut, on prévoit comme éléments de déviation 14a-c des éléments optiques modifiant la phase de la lumière incidente. Il peut

s'agir par exemple d'hologrammes ou d'images cinémato-

graphiques qui agissent notamment comme réseaux de

déviation. On peut évidemment aussi utiliser directe-

ment un réseau optique de ligies. Les réseaux peuvent aussi par exemple dans les images cinématographiques être non périodiques de sorte que le rayonnement est réparti

aussi uniformément que possible dans une zone de dévia-

tion sélectionnée au préalable. Dans les cas précités,

la boîte de lumière 9 peut émettre par exemple un rayon-

nement quasimonochromatique en l'occurrence la lumière

- d'une lampe à vapeur de sodium. Cette boîte peut cepen-

dant aussi émettre un rayonnement polychromatique par

2 4 9 6 912

exemple de la lumière blanche., Au moyen d'images cinématographiques ou

d'hologrammes, on peut en outre réaliser de manière sim-

ple des échantillons de phase à l'aide desquels les images en perspective qu'ils transmettent sont déviées!' ou effacées suivant des trajets bidimensionnels. Les Fig. 6b et 6c montrent à cet effet deux exemples tandis gue la Fig. 6a illustre une nouvelle fois l'effacement conformément à la Fig. 4. Les lignes en trait plein représentent chaque fois le trajet d'effacement de la: structure d'objet 6' tandis que les lignes en traits interrompus représentent le trajet d'effacement des ma-:,

ges en perspective 5a'-c'. Les directions d'allonge-

ment principales des trajets sont chaque fois celles -

dans lesquelles les trajets s'étendent le plus loin.

De plus, l'effacement des images en perspective 5a'-c' peut évidemment aussi être réalisé chaque fois suivant d

des trajets différents.

Suivant une autre forme de réalisation avan-

tageuse de l'invention, il.est en outre prévu de réa-

liser chaque fois un élément de visualisation et un élément de déviation sous forme d'un seul élément opti que modifiant la phase de la lumière incidente. Les "

éléments 13a-l14a, 13b-l14b et 13c-l14c peuvent alors être--

remplacés par exemple chaque fois par une seule image -

cinématographique ou un seul hologramme. "

REV E N D I C AT I 0 N S

1 - Appareil pour l'obtention d'images de couches d'un objet à partir d'images en perspective

(5a-c, 6a-c) dé cet objet prises de diverses posi-

tions au moyen d'un montage de.sources de rayonnement comportant un dispositif d'éclairage (9) permettant l' éclairage par transparence des images en perspective

et une matrice de visualisation (10) contenant des élé-

ments de visualisation, cette matrice étant traversée -

en son centre perpendiculairement par un axe optique du

système et servant à superposer les images en perspec-

tive sur une surface de détecteur (12) photosensible, caractérisé en ce que devant ou derrière chaque élément

de visualisation (13a-c) est prévu un élément de dévia-

tion optique (14a-c) qui efface l'image en perspective

suivant une figure présentant une direction d'allonge-

ment principale (H), chaque élément de déviation est monté de façon que la direction d'allongement principale soit au moins à peu prèsperpendiculaire à une droite de

liaison (16) s'étendant dans le plan matriciel de l'axe op-

tique du système (11) vers le centre de l'élément de vi-

sualisation et tous les éléments de déviation sont dis-

posés les uns par rapport aux autres de manière que la di-

rection d'allongement principale forme entre elles autant

que possible des angles (O) égaux.

2 - Appareil suivant la revendication 1, carac-

térisé en ce que les éléments de déviation (14a-c) sont des éléments optiques modifiant la phase de la lumière incidente.

3 - Appareil suivant la revendication 2, carac-

térisé en ce que les éléments de déviation (14-c) ont la

forme d'images cinématographiques.

4 - Appareil suivant la revendication 2, carac-

térisé en ce que les éléments de déviation (14-c) ont la

forme d'hologrammes.

- Appareil suivant la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les éléments de déviation Sll

24969i 1;2-

(la-c) sont des réseaux optiques. -

6 - Appareil suivant la revendication 5, cara.c-

térisé en ce que les réseaux ont une structure non pério-

dique. 7 - Appa.reil suivant la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les éléments de déviation.! (1la-c) sont conformés de telle manière que les images en perspective qu'ils transmettent soient effacées suivant,

des trajets bidimensionnels (Fig. 6b, c)..

8 - Appareil suivant une ou plusieurs des re-! vendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éléments

de déviation (la-c) sont disposés entre les éléments de.

visualisation (13a.-c) et la surface de détecteur (12)'et.

à proximité des éléments de visualisation.!

9 - Appareil suivant une ou plusieurs des re-

vendications i à 8, ca.ractérise en ce qu'un élément de vi-..

sualisation (13a-c) et un élément de déviation (l1a-c) sont chaque fois agencés sous la forme d'un seul élément:

optique modifiant la phase de la. lumière incidente.

-10 - Appareil suivant une ou plusieurs des re- '" vendications 1 à 9, caractérisé en ce quel le dispositif d'éclairage (9) émet un rayonnement quasi-monochromatique i 9'd

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