FR2519445A1 - Procede d'imagerie tomodensitometrique en mode dynamique, et tomodensitometre mettant en oeuvre un tel procede - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION TROUVE APPLICATION EN RADIOLOGIE MEDICALE. ELLE CONCERNE UN PROCEDE ET UN TOMODENSITOMETRE METTANT EN OEUVRE CE PROCEDE POUR REALISER EN TEMPS REEL ET SIMULTANEMENT PLUSIEURS IMAGES A DES INSTANTS RAPPROCHES D'UNE MEME COUPE PLANE D'UN CORPS SOUS EXAMEN. APRES TRAITEMENT CONVENABLE, CHAQUE PROJECTION ACQUISE D'UNE SOURCE DE RAYONNEMENT A TRAVERS LA COUPE PLANE SUR UN RECEPTEUR EST FOURNIE A UN CALCULATEUR 19 DES CONTRIBUTIONS DE LA PROJECTION A UN POINT DONNE DE LA COUPE. LA CONTRIBUTION EST FOURNIE A UN MULTIPLEXEUR 22 QUI L'ENVOIE SUR DES MEMOIRES 40, 44 A ACCUMULATION, CHACUNE ASSOCIEE A UNE IMAGE DE LA COUPE A UN INSTANT DONNE.

Description

PROCEDE D'IMAGERIE TOMODENSITOMETRIQUE EN MODE DYNAMIOUE,

ET TOMODENSITOMETRE METTANT EN OEUVRE UN TEL PROCEDE.

La présente invention concerne un procédé d'imagerie tomodensitométrique en mode dynamique Elle concerne aussi un tomodensitométre mettant en oeuvre un tel procédé Elle trouve application en Radiodiagnostic et notamment en Imagerie Médicale par rayons X. La tomodensitométrie est une technique qui permet l'obtention d'images de l'intérieur du corps humain par des rayonnements électromagnétiques transmis à travers une section plane du corps examiné Un tomodensitométre comporte en fait trois parties principales: un statif qui entoure la section à imager, qui porte des moyens d'acquisition des données tomodensitométriques et des moyens moteurs pour faire tourner autour de la section les moyens d'acquisition des données, un système de traitement des données tomodensitométriques afin de les transformer en données d'image exploitable, un ensemble de visualisation qui peut comporter par exemple un ordinateur graphique pour le traitement d'image et un système de mémorisation. L'acquisition des données tomodensitométriques est faite à chaque rotation des moyens d'acquisition pour obtenir une projection de la section dans une direction angulaire donnée On obtient par rotations successives un ensemble de projections Les données tomodensitométriques sont constituées par l'ensemble des valeurs des projections Il est connu que la connaissance de l'ensemble de ces projections est suffisante pour connaître en tout point la valeur de l'image projetée Les valeurs de l'image sont déduites des valeurs

de projection par un calcul suivant un algorithme connu.

Un modèle particulier de tomodensitométre est le

tomodensitométre à multidétecteurs et rotation combinée source-

détecteurs Dans le cas des rayons Y, une source de rayons X émet un faisceau en éventail intercepté par la section examinée puis par un récepteur multi-détecteur qui intercepte tout le faisceau Source et récepteur sont fixes sur le statif Chaque projection comprend donc, pour une position angulaire, les valeurs des mesures relevées sur chacun des détecteurs du récepteur Puis, au cours d'une rotation sur un angle d'au moins un demi tour augmenté de l'ouverture du faisceau en éventail, on obtient une couverture théoriquement

suffisante de l'ensemble de la section.

Un traitement particulier de chaque projection est nécessaire pour calculer la valeur de densité d'image à chaque point d'image (pixel ou élément d'image) Dans un exemple particulier de traitement, ainsi qu'il est connu dans l'art antérieur, ce traitement comporte une déconvolution linéaire et un épandage, cette dernière opération correspondant à un calcul des contributions de chaque projection à chaque élément d'image, puis à une accumulation des

contributions à chaque point.

A la fin du traitement de reconstruction, une image est disponible, sous forme numérique; l'ensemble de visualisation

permet de le rendre accessible à l'utilisateur sous forme visuelle.

Des moyens informatiques permettent en outre d'effectuer des

traitements d'image.

Ces divers traitements sont réalisés avec des vitesses très grandes Mais un élément freine considérablement la vitesse d'acquisition* d'une image En effet, l'acquisition des données

tomodensitométriques est mécanique au niveau de leur collection.

Les temps d'acquisition sont donc assez longs Notamment, ils ne permettent pas de réaliser des images en mode dynamique, c'est à dire suffisamment fréquentes pour permettre de donner une information globale non brouillée sur des organes en mouvement ou

encore une information utile sur des mouvements en eux mêmes.

Des solutions partielles consistent à diminuer les temps d'acquisition en diminuant l'amplitude des rotations Il a par exemple été proposé de coupler plusieurs sources uniformément réparties sur le statif circulaire L'intervalle entre deux sources est occupé par un récepteur Une rotation d'amplitude inférieure à l'angle au centre séparant deux sources est suffisante Comme cet angle peut être limité à quelques degrés, la rotation est très faible et le temps

d'acquisition bien réduit.

Mais une telle solution engendre un accroissement l O considérable de la quantité de matériel On augmente le prix de l'appareil et de sa maintenance ainsi que la complexité de son contrôle. Une autre solution, consiste à décomposer un ensemble de projections prises sur un angle total supérieur au minimum nécessaire en plusieurs ensembles de projections, comportant des éléments communs, chacun correspondant à l'amplitude angulaire minimum La solution est avantageuse avec les machines tournant

en continu.

Quand les données de projections ont été acquises sur près de un tour complet, il est patent que plusieurs images différentes de la même section peuvent être reconstruites à des dates différentes en

regroupant pour chaque image un nombre suffisant de projections.

La durée qui sépare deux images est au moins égale à la durée d'une rotation de l'ensemble d'acquisition de la position d'acquisition de la première projection de la première image à la position d'acquisition

de la première projection de la seconde image.

On peut obtenir ainsi deux images d'un phénomène très proche l'une de l'autre dans le temps (au mieux de l'ordre de 10 ms) Mais dans l'art antérieur, ce procédé réclame pour être mis en oeuvre ou bien des moyens de calcul propres à chaque image pour une reconstruction en temps réel, ou bien un stockage de toutes les

projections et un traitement ultérieur et successif de chaque image.

La première solution implique d'abord une augmentation du nombre des systèmes de traitement, un seul étant réservé à chaque image, ce qui n'est pas réellement praticable pour des raisons économiques. La seconde solution oblige à disposer d'une grande capacité de stockage des projections et ne fournit les images qu'en temps différé D'autre part, elle contraint d'arrêter l'acquisition une fois la dernière image du phénomène variable acquise Ceci est désavantageux dans le cas d'un tomodensitométre qui fonctionne

sans interruption et qui réalise plusieurs coupes successivement.

La présente invention permet d'éviter ces inconvénients de l'art antérieur En effet, elle concerne un procédé d'imagerie tomodensitométrique en mode dynamique qui consiste en une acquisition de projections de la section à imager sur un intervalle angulaire supérieur à la valeur minimale nécessaire à la reconstruction d'une image et à regrouper ces dernières en autant de sous ensembles que Pon désire obtenir d'images de la même section à des instants prédéterminés, chaque sous ensemble comprenant un nombre suffisant de projections pour reconstruire une image convenable Le procédé selon l'invention est principalement caractérisé en ce que chaque projection est traitée indépendamment des images auxquelles elle est associée mais que sa contribution à chacune de ces images est accumulée dans une mémoire d'image

spécialement associée à chaque image de la section examinée.

L'invention concerne aussi un tomodensitométre mettant en oeuvre un tel procédé Un tomodensitométre selon l'invention comporte un ensemble d'acquisition de projections de type connu en nombre supérieur à celui requis pour réaliser la reconstruction d'une image de la coupe plane à examiner et un processeur de traitement des projections Mais il est caractérisé principalement par le fait, que chaque projection relative à une position angulaire subit d'abord tous les traitements permettant de déterminer sa contribution à toute image relative à l'intervalle de temps auquel elle appartient; le résultat de ces traitements constitue un ensemble de valeurs devant être accumulées en tout point de chaque image; ces valeurs sont dirigées au moyen d'un multiplexeur sur un nombre prédéterminé de mémoires à accumulation indépendantes, chaque mémoire contenant une image de la section pendant l'un des

intervalles de temps contenant l'instant de mesure de la projection.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description et

des figures annexées qui sont: la figure 1: un schéma de principe d'un tomodensitométre à faisceau en éventail, la figure 2: un groupement de données de projections en une pluralité d'ensembles afin de reconstruire une pluralité d'images en mode dynamique,

la figure 3: un schéma de processeur selon l'invention.

A la figure 1 a été représenté un tomodensitométre classique.

Le corps à imager de section I a été placé à l'intérieur d'un statif 2.

Sur le statif sont mobiles en rotation une source 3 et un détecteur 5.

La source peut être une source de type tube à rayons X ou source collimatée en nappe plane limitée en éventail Elle est alimentée par un générateur de Haute Tension programmable 4 Le détecteur 5 permet d'acquérir une projection de la coupe à imager Ouand le détecteur 5 comporte une pluralité de détecteurs élémentaires, chaque détecteur permet d'acquérir une donnée de projection dans la direction du rayon du faisceau en évantail qui est intercepté par le détecteur Si le détecteur comporte 256 détecteurs, la projection acquise comporte 256 données acquises le long de 256 directions contenues dans le faisceau en éventail Un moteur 6 entraine la source et le détecteur en rotation de manière solidaire de façon à ce que source et récepteur restent diamétralement opposés sur le statif Les signaux fournis par le récepteur 5, qui sont les données tomodensitométriques de projection, sont envoyés à un circuit de mise en forme amplificateur 9 Les signaux sont alors envoyés dans un processeur 10, 11 qui comporte par exemple un déconvolueur 10 et un épandeur Il Après déconvolution, les projections déconvoluées sont fournies à l'épandeur qui permet d'accumuler dans la mémoire 12 à chaque point image la valeur d'absorption correspondante au point adressé Le contenu de la mémoire peut

être affiché sur un dispositif de visualisation 13.

A chaque acquisition, un capteur de position 8 mesure la position de la source 3 La donnée de position est fournie -à un processeur 7 qui fournit un signal de commande au moteur 6 d'une

part et au processeur de reconstruction d'image 10, Il d'autre part.

Dans un tel dispositif, l'acquisition des données nécessaires à la reconstruction d'une image est réalisée durant un temps trop long pour être compatible avec le phénomène à visualiser Pour permettre cette analyse, il a été proposé d'assembler les projections en ensemble de données sur au moins 180 Une telle réalisation est représentée à la figure 2 o le statif 2 a été figuré Cinq ensembles 14 à 18 de projections sont représentés pour figurer l'acquisition successive de cinq images sur un cycle complet de rotation de l'ensemble source 3- récepteur 5 Avec un tel dispositif quand le cycle d'acquisition tomodensitométrique est lancé, les données de projections sont détectées et traitées sur au moins un demi tour, en accord avec la théorie Dans le cas d'un tomodensitométre à faisceau en éventail, il faut augmenter cette distance angulaire de

l'ouverture du faisceau en éventail.

Afin de permettre l'acquisition successive de plusieurs images, il a donc été proposé de décomposer sur un tour complet d'acquisition, les projections tomodensitométriques en une pluralité d'ensembles de projections chaque ensemble étant formé des données acquise pour l'angle de 180 angmenté de l'angle d'ouverture

du faisceau Chaque ensemble permet de reconstruire une image.

Sur un cycle de 10 secondes, il est ainsi possible de synchroniser l'étude d'un phénomène de 2 secondes en 2 secondes avec cinq

ensembles de projections.

Selon un mode préféréde de réalisation de notre invention illustré figure 3, il est proposé une solution qui évite l'augmentation

des moyens de calcul.

Dans la demande de brevet Français 80 14909, déposée le 04 Juillet 1980 au nom de la demanderesse, il a été proposé une mémoire à accumulation particulière Dans cette demande, la mémoire à accumulation comporte aussi un organe de traitement ou opérateur délocalisé du processeur de traitement Dans un algorithme par déconvolution et épandage, cet opérateur est préférentiellement un additionneur Au cours de l'épandage, les projections déconvoluées sont attribuées à chaque point adressé sur l'image Ces contributions sont accumulées directement sur la mémoire d'image de façon à éviter d'occuper l'organe de contrôle du processeur central pendant les opérations d'accumulation Il a aussi été proposé dans cete demande d'organiser la mémoire en un certain nombre de partitions ou pages, chaque partition comportant son

propre organe de contrôle et son propre organe de traitement.

Dans la présente invention les différentes partitions de la mémoire sont munies d'un additionneur et fonctionnent sous le contrôle d'un séquenceur et d'un programmeur qui permettent de

fixer la reconstruction de chaque image en mode dynamique.

Chaque partition de la mémoire peut jouer le role d'une mémoire à accumulation dans un tomodensitométre selon l'invention Elle est affectée alors à un ensemble de N projections bien déterminées parmi les M projections acquises sur un cycle de

fonctionnement de la machine.

A la figure 3, à la sortie du déconvolueur les projections

déconvoluées sont fournies à un calculateur 19 des contributions.

Les contributions sont, sous la commande d'un séquenceur 21 contrôlé par un programmeur 20, fournies à la mémoire 12 Celle ci

dans l'invention comporte plusieurs mémoires à accumulation 40-44.

Chaque mémoire à accumulation comporte une mémoire vive 33-37, un additionneur 28-32 et un registre d'entrée 23-27 La mémoire 12 comporte aussi un multiplexeur 22 Ouand le séquenceur 21 autorise le calculateur 19 à émettre une contribution correspondant à un point de position (x, y) de la coupe, cette contribution est envoyée par le multiplexeur 22 à chacun des registres d'entrée 23-27 de chaque mémoire à accumulation 40- 44 Comme chaque mémoire à accumulation est affectée à une image correspondante à un ensemble de N projections bien déterminé, la contribution qui provient d'une projection ne concerne que certaines des mémoires à accumulation La mémoire 12 comporte aussi un séquenceur 38 qui, sous contrôle d'un programmeur 39, sélectionne les mémoires à accumulation concernées par la contribution émise par le calculateur 19 et l'adresse de chacune de leurs mémoires vives 33-37 correspondante à la position (x, y) du point de la coupe o la

contribution à été calculée.

Dans le cas d'un tomodensitométre à rotation continue, le procédé selon l'invention s'applique très bien Par exemple il est possible d'associer un cycle complet à chaque coupe Comme il a été dit, chaque image est acquise sur environ un demi tour Avant d'être à nouveau chargée, chaque mémoire peut donc être lue et remise à zéro Pour cela, il suffit que les recouvrements laissent assez de temps à une mémoire pour être lue et remise à zéro Il est alors possible ou bien de recommencer un cycle d'acquisition des images de la même coupe ou bien de déplacer l'appareil pour acquérir une

autre coupe.

On va utiliser maintenant les figures 2 et 3 conjointement pour exposer le travail du tomodensitométre selon l'invention à un instant donné Quand on se fixe sur la figure 2 dans une position o le dispositif d'acquisition est placé de telle sorte que le récepteur soit placé sur le coté droit du diamètre horizontal, on constate que trois images ont été programmées Ce sont les images relatives à l'ensemble 1 de projections, à l'ensemble 2 de projections et à l'ensemble 3 de projections Quand la projection est détectée, elle va devoir être attribuée à la mémoire 1-33, la mémoire 2-34 et la mémoire 3-35 Pour cela, le multiplexeur fournit à chaque registre 21 à 27 la contribution exacte de cette projection après déconvolution à la suite des points composant l'image Chaque point est contenu dans une cellule de chacune des mémoires d'images Le séquenceur 38 donne alors l'ordre au registre 1-23, au registre 2-24 et au registre 3-25 de fournir la contribution commune aux trois images associées aux ensembles 1, 2 et 3 aux additionneur 28 ou 29

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ou 30 pour le premier point Le séquenceur 38 donne l'ordre aux mémoires 33, 34, 35 de fournir le deuxième argument à chacun des additionneurs 28, 29 ou 30 situé à la première adresse Comme la projection en question est la première pour l'ensemble 3, la mémoire associée 35 est vide et le second argument qu'elle fournit est zéro. Le résultat est communiqué à chacune des mémoires 33, 34, 35 à la même adresse Il est alors possible de passer à l'adresse du point image suivant Une nouvelle contribution de la projection acquise ainsi qu'il a été indiqué sur la figure 2 est fournie par le processeur à la mémoire d'image Le processus d'écriture est un processus temps réel. Il est possible de travailler avec des partitions de mémoire de capacités réduites relativement à la capacité maximale de la mémoire. Chaque mémoire à accumulation au bout du temp t de reconstruction-acquisition d'une image, contient donc une image complète d'un état de la coupe à une date donnée Pendant une durée T-t, cette mémoire n'est plus adressée par aucune contribution puisque son image est acquise La première projection qui reviendra, laisse un temps libre qui peut servir à exploiter le contenu de cette mémoire Sa mémoire vive sur ordre du séquenceur 38 est alors lue de façon à être vidée sur une mémoire de masse comme un disque magnétique, et/ou vers un dispositif de visualisation. Le dispositif de visualisation peut, sous certaines conditions, permettre une étude de type cinématographique du lot d'images en utilisant un ordinateur pour gérer les différentes images contenue dans la mémoire de masse L'observateur peut ainsi ou bien geler le processus de visualisation sur un état particulier ou bien voir défiler la suite des états à une cadence qui peut par exemple être

compatible avec la persistence rétinienne.

Toutes les durées T, o T correspond à un cycle complet d'acquisition, un signal d'initialisation doit être constitué pour permettre une nouvelle écriture dans chaque mémoire à

accumulation.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1 Procédé d'imagerie tomodensitométrique en mode dynamique consistant en l'acquisition de M projections d'une section plane d'un corps à examiner, chaque projection étant obtenue au moyen d'un rayonnement fourni par une source, traversant cette section et reçu sur un détecteur, le nombre M étant surabondant au nombre N des projections nécessaires à la reconstruction d'une image de la coupe, des ensembles de N projections étant collectés parmi les M projections acquises de façon à produire un nombre donné d'images de la même coupe à des instants différents, caractérisé en ce que chaque projection, indépendamment des ensembles de N projections auxquels elle appartient, subit un traitement permettant de calculer ses contributions en chaque élément d'image de la coupe et en ce que ces contributions sont affectées à des mémoires à accumulation, chacune de ces mémoires étant affectée à une image particulière de la coupe relative à l'un des ensembles de N projections au quel appartient la projection, et

ce avant l'arrivée de la projection suivante.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contributions sont simultanément dans chacune des mémoires

auxquelles elles sont affectées simultanément.

3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les reconstructions des images de la coupe sont effectuées pendant la même période et avec un délai nul ou faible devant la durée

d'acquisition des mesures.

4 Tomodensitomètre mettant en oeuvre un procédé selon l'une

des revendications précédentes, comprenant un ensemble

d'acquisition de données de projection, chaque projection étant obtenue au moyen d'un rayonnement ( 2) fourni par une source et reçu sur un détecteur ( 5) après avoir traversé une coupe plane du corps à examiner, M projections étant acquises en nombre surabondant relativement à un ensemble de N projections suffisant pour reconstruire une image de la coupe, chaque projection étant traitée dans un processeur de traitement ( 10, 11) qui fournit les contributions de la projection en chaque point de l'image, caractérisé en ce que le processeur ( 190) de traitement coopère avec une mémoire ( 45) comportant autant de mémoires à accumulation ( 4044) que d'images à reconstruire simultanément, cette mémoire ( 45) comprenant: un multiplexeur ( 22) qui envoie les contributions à chacun des registres ( 23-27) de chaque mémoire à accumulation ( 40-44), un additionneur ( 28-32) et une mémoire vive ( 33-37) pour chaque mémoire à accumulation ( 40-45), un séquenceur ( 38) sous contrôle d'un programmeur ( 39) qui émet pour chaque mémoire à accumulation ( 40-44) concernée par la projection dont est déduite la contribution-enregistrée dans chaque registre ( 23-27), une adresse d'une cellule mémoire de chaque mémoire vive ( 33-37) pour que soit ajouté à son contenu le contenu

des registres ( 23-27).

Tomodensitomètre selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte aussi des moyens d'enregistrement permanent des contenus de chaque mémoire vive ( 33-37) à la fin de la reconstruction d'une image dans chaque mémoire à accumulation

( 40-44).