FR2606160A1 - METHOD FOR RECONSTRUCTING SUCCESSIVE PARALLEL CUT IMAGES OF AN OBJECT CONTAINING GAMMA RADIATION SOURCES - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE DE RECONSTRUCTION D'IMAGES DE COUPES PARALLELES
SUCCESSIVES D'UN OBJET CONTENANT DES SOURCES EMETTRICES
DE RAYONNEMENT GAMMA
DESCRIPTION
La pressente invention concerne un procédé de reconstruction d'images de coupes parallèles successives d'un objet contenant des sources émettrices de rayonnement gamma, à l'aide d'une gamma-camera å détecteur plan parallèle aux plans de coupe. Elle s'applique à la reconstitution images de coupes parallèles d'un objet, et notamment, à la reconstitution d'images tomographiques d'une ou plusieurs coupes parallèles successives d'un organe du corps humain, contenant des sources émettrices de rayonnement gamma.METHOD FOR RECONSTRUCTING PARALLEL SECTION IMAGES
SUCCESSIVE OF AN OBJECT CONTAINING ISSUING SOURCES
GAMMA RADIATION
DESCRIPTION
The present invention relates to a method of reconstructing images of successive parallel sections of an object containing sources emitting gamma radiation, using a gamma camera with a plane detector parallel to the section planes. It applies to the reconstruction of images of parallel sections of an object, and in particular to the reconstruction of tomographic images of one or more successive parallel sections of an organ of the human body, containing sources emitting gamma radiation.
On sait qu';l est possible de reconstruire les images de coupes parallèles successives d'un objet ou d'un organe contenant des sources émettrices de rayonnement gamma, å l'aide d'une gamma-caméra à détecteur plan fixe, associe å un masque plan, parallèle au détecteur ; ce masque comporte un assemblage de motifs formés chacun par une mosaïque codée d'éléments transparents et opaques aux rayonnements produits par les sources contenues dans ('objet ou l'organe. We know that it is possible to reconstruct the images of successive parallel sections of an object or an organ containing sources emitting gamma radiation, using a gamma-camera with a fixed plane detector, associated with a plane mask, parallel to the detector; this mask comprises an assembly of patterns each formed by a coded mosaic of transparent elements opaque to the radiation produced by the sources contained in the object or the organ.
Le principe de base utilise dans l'obtention d'une image à partir d'une mosaique codée d'éléments transparents et opaques, est simple. Une source ponctuelle de rayonnementS provoque l'apparition d'une image de chaque élément transparent sur le détecteur. La dimension de l'image dépend de la distance qu; sépare la source du détecteur, tandis que l'emplacement de l'image sur Le détecteur dépend du déplacement latéral de la source par rapport au détecteur. Si chaque motif du masque comporte N éléments transparents, on obtient sur le détecteur N images d'une source occupant des positions predéterminees dans un reperde fixe de référence.Les positions des N éléments transparents du masque sont codées ; il en résulte que pour une source ayant une position prédéterminée dans un plan parallèle à celui du détecteur et pour un éloignement prédéterminé de ce plan par rapport au détecteur, N images correspondant respectivement à ces N éléments transparents, se forment sur Le détecteur, en des emplacements codés dépendant de la position de la source dans son plan. La dimension de chaque image dépend de l'éloignement du pLan contenant la source par rapport au détecteur. Les informations codées concernant les positions codées des images, les dimensions de ces images, ainsi que les intensités des rayonnements reçus par le détecteur aux emplacements de ces images sont enregistrées dans une mémoire. The basic principle used in obtaining an image from a coded mosaic of transparent and opaque elements is simple. A point source of radiation S causes the appearance of an image of each transparent element on the detector. The size of the image depends on the distance that; separates the source from the detector, while the location of the image on the detector depends on the lateral displacement of the source relative to the detector. If each pattern of the mask comprises N transparent elements, one obtains on the detector N images of a source occupying predetermined positions in a fixed reference frame. The positions of the N transparent elements of the mask are coded; it follows that for a source having a predetermined position in a plane parallel to that of the detector and for a predetermined distance from this plane relative to the detector, N images corresponding respectively to these N transparent elements are formed on the detector, in coded locations depending on the position of the source in its plane. The size of each image depends on the distance of the plan containing the source from the detector. The coded information concerning the coded positions of the images, the dimensions of these images, as well as the intensities of the radiations received by the detector at the locations of these images are recorded in a memory.
Ces informations enregistrées ne permettent pas de reconstruire directement les images de différentes coupes d'un objet, dans des plans parallèles au détecteur. En effet, les images des éléments transparents du masque, obtenues grâce aux rayonnements issus de différentes sources d'un même plan ou de plans différents, se chevauchent. Des images correctes des coupes d'un objet ou d'un organe, ne peuvent être obtenues que grâce à des méthodes de reconstruction qui permettent de déterminer la localisation de chaque source, ainsi que l'intensité du rayonnement émis par celle-ci ; ces méthodes utilisent des traitements des informations enregistrées en mémoire, qui sont de deux types : traitement par déconvolution ou traitement par corrélation. This recorded information does not allow direct reconstruction of images of different sections of an object, in planes parallel to the detector. Indeed, the images of the transparent elements of the mask, obtained by means of radiation from different sources of the same plane or from different planes, overlap. Correct images of the sections of an object or an organ can only be obtained by means of reconstruction methods which make it possible to determine the location of each source, as well as the intensity of the radiation emitted by it; these methods use processing of the information recorded in memory, which are of two types: processing by deconvolution or processing by correlation.
Le principe de reconstruction d'images de coupes d'un objet à l'aide d'une gamma-caméra à détecteur plan, associée à un masque à éléments transparents et opaques, par traitement de convolution ou de corrélation des signaux fournis par cette gamma-catiéra, est décrit dans un article (1) intitulé "Coded aperture imaging with uniformly redendant arrays" par
E.E.FENIMORE et T.M. CANNON- revue "Apptied Optics"- Volume 13, nt3, February 1, 1978, pages 337 à 347.The principle of reconstruction of section images of an object using a gamma-camera with planar detector, associated with a mask with transparent and opaque elements, by convolution or correlation processing of the signals supplied by this gamma -catiéra, is described in an article (1) entitled "Coded aperture imaging with uniformly redendant arrays" by
EEFENIMORE and TM CANNON- review "Apptied Optics" - Volume 13, nt3, February 1, 1978, pages 337 to 347.
Un autre article (2) des mêmes auteurs, intitulé "Tomographical imaging using uniformly redendant arrays" dans la revue "Applied Optics"- Volume 18, n07, April 1, 1979, pages 1052 à 1057 décrit plus particulièrement l'application à la tomographie, du principe de l'article (1) précédent. Un autre article (3) intitulé "An evaluation of techniques for stationary coded a aperture three-dimensional imaging in nuclear medicine" de J.S. FLEMING et B.A.GODDARD, paru dans la revue "Nuclear instruments and methods in physics research" 221-1984- North
Holland, pages 242 à 246, décrit une méthode de reconstruction d'images de coupes d'un objet ou d'un organe par traitement de déconvolution des informations issues du détecteur d'une gammacaméra associée à un masque.Another article (2) by the same authors, entitled "Tomographical imaging using uniformly redendant arrays" in the journal "Applied Optics" - Volume 18, n07, April 1, 1979, pages 1052 to 1057 describes more particularly the application to tomography , of the principle of the preceding article (1). Another article (3) entitled "An evaluation of techniques for stationary coded a aperture three-dimensional imaging in nuclear medicine" by JS FLEMING and BAGODDARD, published in the journal "Nuclear instruments and methods in physics research" 221-1984- North
Holland, pages 242 to 246, describes a method of reconstructing sectional images of an object or an organ by processing deconvolution of information from the detector of a gammacamera associated with a mask.
D'une façon générale, les traitements effectués selon les procédés connus sont longs et compliqués et un problème non résolu, quel que soit le procédé de traitement utilisé, est le bruit de fond important qui apparat dans la reconstruction de chaque image ; l'augmentation du rapport du signal (utile à la reconstruction d'images), au bruit (notamment crée par les sources environnantes de celle qui fournit un signal utile), n'est pas facile à obtenir. Le premier article (1) montre notamment qu'un traitement par déconvolution fournit une mauvaise reconstruction dimages car le bruit reste prédominant. Une meilleure reconstruction d'image est obtenue par un traitement de corrélation qui diminue sensiblement le bruit. Ceci est d'ailleurs confirmé dans les deux autres articles (2), (3). In general, the treatments carried out according to the known methods are long and complicated and an unsolved problem, whatever the treatment method used, is the significant background noise which appears in the reconstruction of each image; the increase in the ratio of the signal (useful for reconstructing images), to noise (in particular created by the sources surrounding that which provides a useful signal), is not easy to obtain. The first article (1) shows in particular that a deconvolution treatment provides poor image reconstruction because noise remains predominant. Better image reconstruction is obtained by correlation processing which significantly reduces noise. This is moreover confirmed in the two other articles (2), (3).
L'amélioration du rapport signal/bruit peut être obtenue, comme le montrent notamment les articles (1) et (2) en disposant les éléments transparents d'un masque selon une répartition aléatoire. Cette répartition qui améliore la valeur du rapport signal/bruit ne permet cependant pas d'obtenir des images extrêmement satisfaisantes, le traitement des informations par corrélation ne parvenant pas à accrottre de façon significative, la valeur du rapport signal/bruit. Dans ces dispositifs connus, Les éléments transparents sont nombreux et occupent cinquante pour cent de la surface du masque. The improvement of the signal / noise ratio can be obtained, as shown in particular in articles (1) and (2) by arranging the transparent elements of a mask according to a random distribution. This distribution, which improves the value of the signal / noise ratio, however, does not make it possible to obtain extremely satisfactory images, the processing of the information by correlation failing to increase significantly, the value of the signal / noise ratio. In these known devices, the transparent elements are numerous and occupy fifty percent of the surface of the mask.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des procédés connus de reconstruction d'images de coupes d'un objet, et notamment de fournir un procédé rapide permettant de reduire très sensiblement l'effet du bruit de fond sur les images reconstruites. Ce but est atteint, notamment en utilisant un masque dans lequel les éléments transparents de chaque motif se répartissent d'une façon pseudo-aléatoire prédéterminé, et en effectuant un traitement itératif particulier des valeurs de comptages fournies par la gammacaméra. The object of the present invention is to remedy the drawbacks of known methods for reconstructing section images of an object, and in particular to provide a rapid method making it possible to very significantly reduce the effect of background noise on the reconstructed images. This object is achieved, in particular by using a mask in which the transparent elements of each pattern are distributed in a predetermined pseudo-random manner, and by carrying out a particular iterative processing of the count values provided by the gammacamera.
L'invention concerne un procédé de reconstruction d'images de coupes parallèles successives d'un objet contenant des sources émettrices de rayonnements gamma, à l'aide d'une gamma-caméra à détecteur plan parallèle aux plans de coupes, cette caméra ayant une pluralité de sorties repérées chacune par un code et correspondant respectivement aux différentes coordonnées d'impacts possibles et à l'énergie des rayonnements gamma reçus par le détecteur, cette énergie est mesurée par une valeur numérique fournie sur la sortie correspondant à un impact, le procédé consistant à interposer entre l'objet et le détecteur, parallèlement à ce détecteur, un masque plan formé par assemblage de motifs identiques, de forme rectangulaire ou carrée et comportant chacun une mosaïque d'éléments transparents dans une surface opaque aux rayonnements, ces éléments transparents occupant dans le motif des positions prédéterminées repérées selon une matrice de codage, la reconstitution des images des coupes étant effectuée par un traitement des valeurs de comptages enregistrées dans une mémoire, ces valeurs étant sélectionnées selon des matrices de décodage déduites des matrices de codage et correspondant aux images sur le détecteur d'au moins un motif du masque éclairé par lesdites sources, les dimensions et les emplacements de ces images sur le détecteur dépendant du motif choisi dans le masque, des coordonnées des sources dans chaque plan, par rapport à un repère de référence, ainsi que l'éloignement de chaque plan par rapport au détecteur, le procédé consistant à effectuer les opérations suivantes :: - on sélectionne une portion du détecteur pour chaque éloignement
de plan de coupe Pi par rapport au détecteur, - pour chaque plan de coupe Pi, on déplace la matrice de décodage
pour repérer les sources éventuellement présentes dans ce plan,
ce déplacement correspondant à un balayage de toutes les
sources repérées par leurs coordonnées (i, j) dans le plan Pi,
et par des valeurs de comptages mesurées, les sources repérées
étant celles qui sont situées sur des droites passant par le
centre géométrique du détecteur, - à partir des valeurs de comptages correspondantes, on
reconstruit les activités des sources de chaque plan, caractérisé en ce que l'on effectue alors les traitements suivants - pour chaque plan Pi d'éloignement prédéterminé, on effectue une
comparaison entre L'activité de chaque source de coordonnées
(i, j) ainsi reconstruite dans le plan Pi, et les activités
reconstruites respectives pour des sources voisines situées
dans des plans voisins Pi+1 et Pi-1, ayant les mêmes
coordonnées (i, j) que la source considérée dans le plan Pi, - on détermine si les écarts entre l'activité de chaque source de
coordonnées (i, j) dans chaque plan Pi et les activités
respectives des sources de mêmes coordonnées (i, j) dans les
plans Pi-l et Pi+l voisins dépassent un seuilprédéterminé, ce
dépassement indiquant le repérage d'une source de coordonnées
(i, j) dans le plan Pi, - on attribue une activité à chaque source repérée, - on calcule pour chaque source repérée la valeur de comptages
que produirait cette source à partir de l'activité qui lui a
été attribuée, - on soustrait, pour chaque source repérée, la valeur de
comptages effectivement mesurée précédemment pour la source de
mêmes coordonnées (i, j) dans le même plan, de la valeur de
comptages calculée pour la source repérée, de manière à obtenir
une valeur de comptages corrigée pour la source repérée, - on détermine L'activité de chaque source repérée à partir de la
valeur de comptages corrigée correspondante et on recommence
les traitements précédents selon un mode itératif jusqu'à ce
que la valeur corrigée obtenue pour chaque source soit
invariable.The invention relates to a method of reconstructing images of successive parallel sections of an object containing sources emitting gamma radiation, using a gamma camera with plane detector parallel to the section planes, this camera having a plurality of outputs each identified by a code and corresponding respectively to the different possible impact coordinates and to the energy of the gamma rays received by the detector, this energy is measured by a digital value supplied on the output corresponding to an impact, the process consisting in interposing between the object and the detector, parallel to this detector, a plane mask formed by assembling identical patterns, of rectangular or square shape and each comprising a mosaic of transparent elements in a surface opaque to radiation, these transparent elements occupying in the pattern predetermined positions identified according to a coding matrix, the reconstruction of the images of the sections being zero carried out by processing the count values recorded in a memory, these values being selected according to decoding matrices deduced from the coding matrices and corresponding to the images on the detector of at least one pattern of the mask illuminated by said sources, the dimensions and the locations of these images on the detector depending on the pattern chosen in the mask, the coordinates of the sources in each plane, with respect to a reference frame, as well as the distance of each plane from the detector, the method consisting in carrying out the following operations: - a portion of the detector is selected for each distance
of cutting plane Pi with respect to the detector, - for each cutting plane Pi, the decoding matrix is moved
to locate the sources possibly present in this plan,
this displacement corresponding to a scan of all
sources identified by their coordinates (i, j) in the Pi plane,
and by measured count values, the sources identified
being those located on straight lines passing through the
geometric center of the detector, - from the corresponding count values, we
reconstructs the activities of the sources of each plane, characterized in that the following treatments are then carried out - for each predetermined distance plane Pi, a
comparison between the activity of each coordinate source
(i, j) thus reconstructed in the Pi plane, and the activities
respective reconstructed for neighboring sources located
in neighboring planes Pi + 1 and Pi-1, having the same
coordinates (i, j) as the source considered in the plane Pi, - it is determined whether the differences between the activity of each source of
coordinates (i, j) in each Pi plane and the activities
respective sources with the same coordinates (i, j) in the
neighboring Pi-l and Pi + l planes exceed a predetermined threshold, this
overflow indicating the location of a coordinate source
(i, j) in the Pi plane, - we assign an activity to each identified source, - we calculate for each identified source the count value
that this source would produce from the activity which
been assigned, - we subtract, for each identified source, the value of
counts actually measured previously for the source of
same coordinates (i, j) in the same plane, of the value of
counts calculated for the identified source, so as to obtain
a corrected count value for the identified source, - the activity of each identified source is determined from the
corresponding corrected count value and we start again
previous treatments in an iterative fashion until
that the corrected value obtained for each source be
invariable.
Selon une autre caractéristique, chacun desdits éléments transparents d'un motif est repéré par un numéro de ligne et un numéro de colonne correspondant respectivement aux deux nombres d'une paire de nombres d'une série bidimensionnelle équivalente à une série monodimensionnellepseudo-aléatoire. According to another characteristic, each of said transparent elements of a pattern is identified by a line number and a column number corresponding respectively to the two numbers of a pair of numbers in a two-dimensional series equivalent to a one-dimensional pseudo-random series.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est un schéma qui permet de mieux comprendre l'utilisation d'un masque interposé entre La caméra et l'objet, dans le procédé de l'invention,
- la figure 2 est un tableau permettant de déterminer la répartition des éléments transparents dans chaque motif du masque utilisé dans l'invention,
- la figure 3 représente schématiquement l'un des motifs du masque,
- la figure 4 représente schématiquement un système permettant de mettre en oeuvre le procédé de L'invention.The characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, given with reference to the appended drawings in which
FIG. 1 is a diagram which makes it possible to better understand the use of a mask interposed between the camera and the object, in the method of the invention,
FIG. 2 is a table making it possible to determine the distribution of the transparent elements in each pattern of the mask used in the invention,
FIG. 3 schematically represents one of the patterns of the mask,
- Figure 4 schematically shows a system for implementing the method of the invention.
La figure 1 permet de mieux comprendre le principe d'un procédé de reconstitution d'images de coupe d'un objet, utilisant une gamma-caméra associée à un masque comprenant des motifs à éléments transparents tels qu'utilisés par exemple dans le procédé de CANNON et FENIMORE mentionné plus haut, ou dans le procédé de l'invention
Sur cette figure, on a représenté schématiquement
L'écran à pourtour circulaire d'un détecteur 1, d'une gammacaméra. Les rayonnements gamma sont émis par des sources situées dans un objet ou. un organe 2. Le détecteur 1 est un détecteur plan sans collimateur. Les coordonnées des points d'impact des rayonnements sur ce détecteur sont repérées par rapport à un repère de référence X, Y, dont l'origine est par exemple confondue avec le centre géométrique O du détecteur.Les sources appartiennent par exemple à différents plans de coupe P1, P2, P3, de L'organe ou de l'objet 2, parallèles au plan P du détecteur 1.FIG. 1 provides a better understanding of the principle of a method for reconstructing sectional images of an object, using a gamma-camera associated with a mask comprising patterns with transparent elements as used for example in the method of CANNON and FENIMORE mentioned above, or in the process of the invention
This figure shows schematically
The screen with a circular periphery of a detector 1, of a gammacamera. Gamma radiation is emitted from sources located in an object or. an organ 2. The detector 1 is a plane detector without collimator. The coordinates of the points of impact of the radiation on this detector are identified with respect to a reference frame X, Y, the origin of which is, for example, confused with the geometric center O of the detector. The sources belong, for example, to different planes of section P1, P2, P3, of the organ or object 2, parallel to the plane P of the detector 1.
Les éloignements de ces plans par rapport au détecteur sont repérés sur L'axe OZ perpendiculaire aux axes XY du repère de référence. Les coordonnées des sources sont repérées par rapport au repère de référence OXY, et par les éloignements respectifs
Z1, Z2, Z3 des plans P1, P2, P3 qui contiennent ces sources. Ces éloignements sont repérés sur l'axe OZ, par exemple par rapport au plan P du détecteur 1. Un masque M, contenu dans un plan P
M est interposé entre le détecteur 1 et l'objet ou l'organe 2, dont on veut reconstituer les images des coupes, dans les plans P1,
P2, P3 par exemple. Le plan P est parallèle au plan du
M détecteur. Ce masque comporte un assemblage de motifs tels que le motif M1, formés chacun par une mosa;que d'éléments transparents 3 et opaques 4 aux rayonnements émis par les sources.Pour simplifier la figure, on na représenté qu'un seul motif de
L'assemblage de motifs constituant le masque M. De la même manière, on n'a représenté que quelques éléments transparents et opaques de la mosaique constituant chaque motif.The distances from these planes relative to the detector are marked on the axis OZ perpendicular to the axes XY of the reference frame. The coordinates of the sources are marked with respect to the reference frame OXY, and by the respective distances
Z1, Z2, Z3 of the planes P1, P2, P3 which contain these sources. These distances are identified on the axis OZ, for example with respect to the plane P of the detector 1. A mask M, contained in a plane P
M is interposed between the detector 1 and the object or the member 2, the images of the sections of which are to be reconstructed in the planes P1,
P2, P3 for example. The plane P is parallel to the plane of the
M detector. This mask comprises an assembly of patterns such as the pattern M1, each formed by a mosaic; as transparent elements 3 and opaque 4 with radiation emitted by the sources. To simplify the figure, only one motif has been shown.
The assembly of patterns constituting the mask M. In the same way, only a few transparent and opaque elements of the mosaic representing each pattern have been shown.
Chaque motif, tel que M1 par exemple, éclairé par une source de rayonnement gamma, a une image sur le détecteur 1. Each pattern, such as M1 for example, illuminated by a source of gamma radiation, has an image on the detector 1.
Selon l'assemblage des motifs dans le masque M, les images de ces motifs sont organisées selon une matrice ayant une forme bien définie, dépendant de l'assemblage des motifs du masque, et spécifique à chaque source. L'étendue de chaque image d'un motif dépend de l'éloignement de la source produisant cette image. Les dimensions des images d'un motif, ainsi que l'intensité des rayonnements reçus par le détecteur pour chaque image, dépendent donc des coordonnées de la source correspondante par rapport au repère de référence, et de l'éLoignement du plan de la source par rapport au détecteur. La dimension plane de L'objet est limitée par les distances objet-masque et masque-détecteur.Par contre, avec un masque constitué de nombreux motifs de base, il est possible de choisir dans le plan du détecteur une portion de ce détecteur à une projection d'un motif quelconque du masque correspondant pour une distance prédéterminée du plan de coupe contenant des sources dans l'objet à reconstruire.According to the assembly of the patterns in the mask M, the images of these patterns are organized according to a matrix having a well-defined shape, depending on the assembly of the patterns of the mask, and specific to each source. The extent of each image of a pattern depends on the distance from the source producing this image. The dimensions of the images of a pattern, as well as the intensity of the radiation received by the detector for each image, therefore depend on the coordinates of the corresponding source relative to the reference frame, and on the distance from the plane of the source by report to the detector. The plane dimension of the object is limited by the object-mask and mask-detector distances. On the other hand, with a mask made up of many basic patterns, it is possible to choose in the detector plane a portion of this detector at a projection of any pattern of the corresponding mask for a predetermined distance from the section plane containing sources in the object to be reconstructed.
Si l'on prend une source S1 dans un plan P1 parallèle au plan du détecteur, cette source étant située à l'intersection de l'axe OZ passant par le centre O du détecteur et perpendiculaire au plan P de ce détecteur, l'image sur le détecteur du motif M1 du masque M éclairé par la source S1 est représentée en 11. L'étendue de cette image représente la portion utile du détecteur, utilisée pour reconstruire les images des sources contenues dans le plan P1 situé à une distance prédéterminée du détecteur. If we take a source S1 in a plane P1 parallel to the plane of the detector, this source being located at the intersection of the axis OZ passing through the center O of the detector and perpendicular to the plane P of this detector, the image on the detector of the pattern M1 of the mask M illuminated by the source S1 is represented at 11. The extent of this image represents the useful portion of the detector, used to reconstruct the images of the sources contained in the plane P1 located at a predetermined distance from the detector.
Le champ maximal de la coupe C1 de l'objet qu'il est possible d'observer pour le plan P1 s'obtient en projetant à partir du centre O du détecteur, le même motif M1 du masque, sur le plan P1. The maximum field of the section C1 of the object which it is possible to observe for the plane P1 is obtained by projecting from the center O of the detector, the same pattern M1 of the mask, on the plane P1.
Pour une autre source S2 du plan P1, qui n'est pas située sur l'axe OZ, on utilise la même portion I1 du détecteur, en projetant sur celui-ci un autre motif M2 du masque M. For another source S2 of the plane P1, which is not located on the axis OZ, the same portion I1 of the detector is used, by projecting onto it another pattern M2 of the mask M.
Si une source S3 est située sur l'axe OZ, mais dans un plan P2 plus éloigné du détecteur que le plan P1, l'image I3 du motif M1 éclairé par cette source S3 couvre une portion plus restreinte du détecteur, que l'image I1 produite par la source
S1.If a source S3 is located on the axis OZ, but in a plane P2 further from the detector than the plane P1, the image I3 of the pattern M1 illuminated by this source S3 covers a more restricted portion of the detector, than the image I1 produced by the source
S1.
Au contraire, si une source est située sur l'axe OZ, dans un plan plus rapproché du détecteur que le plan P1, l'image du motif Ml éclairé par cette source couvre une portion plus étendue du détecteur que L'image Il produite par la source S1. On the contrary, if a source is located on the axis OZ, in a plane closer to the detector than the plane P1, the image of the pattern Ml illuminated by this source covers a more extended portion of the detector than The image II produced by source S1.
Si à partir du centre O du détecteur, on trace une droite quelconque coupant par exemple trois plans de coupe consécutifs, très rapprochés, respectivement en trois points, ces points ont sensiblement les mêmes coordonées (i, j) par rapport au repère (X, Y) de référence ; seule la distance z de ces points repérée sur OZ varie par rapport au détecteur. On recherche les maximums d'intensité des sources, par comptages, pour des sources qui sont situées dans des plans de coupes parallèles et voisins et qui sont sur une même droite passant par le centre géométrique du détecteur, ces sources ayant les mêmes coordonnées (i,j) dans chaque plan. If, starting from the center O of the detector, any straight line is drawn, cutting for example three consecutive cutting planes, very close together, respectively at three points, these points have substantially the same coordinates (i, j) with respect to the coordinate system (X, Y) of reference; only the distance z from these points marked on OZ varies with respect to the detector. We seek the maximum intensity of the sources, by counting, for sources which are located in parallel and neighboring section planes and which are on the same straight line passing through the geometric center of the detector, these sources having the same coordinates (i , j) in each plane.
A partir du centre O du détecteur et en s'appuyant sur un motif du masque, comme indiqué plus haut, on définit une enveloppe de l'objet. Toutes les sources doivent être situées dans cette enveloppe, mais pour chaque plan de coupe, la portion de détecteur est choisie de façon à correspondre à un motif quelconque du masque. Starting from the center O of the detector and relying on a mask pattern, as indicated above, an envelope of the object is defined. All the sources must be located in this envelope, but for each cutting plane, the detector portion is chosen so as to correspond to any pattern of the mask.
Une gamma-caméra équipée d'un tel type de détecteur et utilisant un masque constitué par un assemblage de motifs, fournit sur des sorties, des valeurs numériques relatives aux énergies des rayonnements gamma reçus par le détecteur, à travers les éléments transparents du masque. Chaque sortie est codée en position et permet donc aussi de repérer les coordonnées, par rapport à un repère de référence, de l'impact d'un rayonnement sur le détecteur. Les valeurs numériques pour chaque position d'impact peuvent être enregistrées avant.de subir un traitement permettant la reconstitution des images des sources de chaque plan de coupe. Les valeurs traitées sont celles qui correspondent aux images des motifs, pour chaque éloignement de plan de coupe et pour toutes les coordonnées de sources émettrices qui peuvent être situées dans chaque plan. A gamma-camera equipped with such a type of detector and using a mask constituted by an assembly of patterns, supplies on outputs digital values relating to the energies of gamma radiation received by the detector, through the transparent elements of the mask. Each output is coded in position and therefore also makes it possible to locate the coordinates, relative to a reference frame, of the impact of radiation on the detector. The numerical values for each impact position can be recorded before undergoing a processing allowing the reconstruction of the images of the sources of each cutting plane. The values processed are those which correspond to the images of the patterns, for each distance from the cutting plane and for all the coordinates of emitting sources which may be located in each plane.
De manière connue, selon CANNON et FENIMORE, on décode pour tous les plans de coupes et pour toutes les coordonnées de sources émettrices qui peuvent être situées dans ces plans, toutes Les valeurs de comptages correspondant à toutes les images de tous les motifs du masque. Ce décodage est réalisé grâce à des matrices de décodage des images des motifs sur le détecteur. Ces matrices de décodage sont obtenues à partir des matrices de codage. Ce décodage permet de sélectionner dans les valeurs de comptages, celles qui correspondent aux images des motifs éclairés par les différentes sources de l'objet, dans les différents plans de coupes.Le traitement de ces valeurs qui dépendent de la position de chaque source dans un plan de coupe et de l'éloignement de ce plan, permet de reconstruire les sources contenues dans chaque plan de coupe et donc L'image de l'objet pour chaque plan de coupe. In known manner, according to CANNON and FENIMORE, one decodes for all the section planes and for all the coordinates of emitting sources which may be located in these planes, all the count values corresponding to all the images of all the patterns of the mask. This decoding is carried out by means of decoding matrices of the images of the patterns on the detector. These decoding matrices are obtained from the coding matrices. This decoding makes it possible to select in the count values, those which correspond to the images of the patterns illuminated by the different sources of the object, in the different section planes. The processing of these values which depend on the position of each source in a cutting plane and the distance from this plane, makes it possible to reconstruct the sources contained in each cutting plane and therefore the image of the object for each cutting plane.
Selon L'invention, les éléments transparents de chaque motif du masque sont repérés par un numéro de ligne et un numéro de colonne. -Les motifs du masque sont de forme rectangulaire ou carrée, de même que les éléments transparents de chaque motif. According to the invention, the transparent elements of each pattern of the mask are identified by a row number and a column number. -The patterns of the mask are rectangular or square, as are the transparent elements of each pattern.
Les numéros de ligne et de colonne de chaque élément transparent correspondent respectivement à deux nombres d'une succession de paires de nombres d'une série bidimensionnelle. Les paires de nombres de cette série sont obtenues à partir des nombres successifs d'une série pseudo-aléatoire monodimensionnelle, prédéterminée.The row and column numbers of each transparent element correspond respectively to two numbers in a succession of pairs of numbers in a two-dimensional series. The pairs of numbers in this series are obtained from successive numbers in a predetermined one-dimensional pseudo-random series.
Le tableau de la figure 2 donne dans la première colonne, un exemple de valeurs d'une série pseudo-aléatoire monodimensionnelle connue, de type q-naire, tabulée de O à 650, utlisée dans le procédé de l'invention, pour former une série pseudo-aléatoire bidimensionnelle. Pour construire une série pseudo-aléatoire bidimensionnelle A(i, j) à partir d'une série monodimensionnelle A(x), on écrit que le contenu binaire de A(i,j)=A(x) avec i=mod x et j=mod x. The table of FIG. 2 gives in the first column, an example of values of a known monodimensional pseudo-random series, of q-nary type, tabulated from 0 to 650, used in the method of the invention, to form a two-dimensional pseudo-random series. To construct a two-dimensional pseudo-random series A (i, j) from a one-dimensional series A (x), we write that the binary content of A (i, j) = A (x) with i = mod x and j = mod x.
r s
La série retenue est dite q-naire et a pour règles de formation :
n n-l n-2 q -1 q -1 q -1 i
m p = ---- ; p = = ------- ; l = -------- et q = k
q-1 q-1 q-1 k est un nombre premier et i est un nombre entier, m représente le nombre d'éléments d'un motif du masque,
p le nombre de trous ou éléments transparents,
I la corrélation de la série par elle-meme. rs
The selected series is called q-nary and has the following training rules:
n nl n-2 q -1 q -1 q -1 i
mp = ----; p = = -------; l = -------- and q = k
q-1 q-1 q-1 k is a prime number and i is an integer, m represents the number of elements of a mask pattern,
p the number of holes or transparent elements,
I the correlation of the series by itself.
On prend m=651, q=5 et n=3. We take m = 651, q = 5 and n = 3.
Les paires de valeurs de la série bidimensionnelle correspondant à chaque valeur de la série monodimensionnelle, sont données dans les deux colonnes suivantes i et j du tableau de la figure 2. C'est ainsi qu'à la valeur 1 de la série monodimensionnelle, correspondent les paires de valeurs i=l et j=l de la série bidimensionnelle. A la valeur 47 correspondent les valeurs i=16 et j=5 etc. En fait, chaque valeur i de la série bidimensionnelle correspond à la division modulo 31 de la valeur correspondante de la série monodimensionnelle. Chaque valeur J de la série bidimensionnelle correspond à la division modulo 21 de la valeur correspondante de la série monodimensionnelle. The pairs of values of the two-dimensional series corresponding to each value of the one-dimensional series are given in the following two columns i and j of the table in FIG. 2. Thus, to the value 1 of the one-dimensional series, correspond the pairs of values i = l and j = l of the two-dimensional series. The value 47 corresponds to the values i = 16 and j = 5 etc. In fact, each value i of the two-dimensional series corresponds to the modulo division 31 of the corresponding value of the one-dimensional series. Each value J of the two-dimensional series corresponds to the modulo division 21 of the corresponding value of the one-dimensional series.
Les valeurs de i et J représentent les numéros de lignes et de colonnes à l'intersection desquelles, selon l'invention, on place les éléments transparents d'un motif, de forme rectangulaire ou carrée. Les autres parties du motif sont opaques. The values of i and J represent the row and column numbers at the intersection of which, according to the invention, the transparent elements of a pattern, of rectangular or square shape, are placed. The rest of the design is opaque.
Un motif utilisé dans La mise en oeuvre du procédé de l'invention, est repésenté sur la figure 3. Les éléments transparents sont représentés par des surfaces carrées ou rectangulaires, de couleur noire. Les numéros i et J de lignes et de colonnes sont indiqués sur la figure. A pattern used in the implementation of the method of the invention is represented in FIG. 3. The transparent elements are represented by square or rectangular surfaces, of black color. The i and J numbers of rows and columns are shown in the figure.
Pour constituer le motif de la figure 3, on n'a utilisé que les valeurs i comprises entre O et 20 et J comprises entre 0 et 30 dans le tableau de la figure 2. La dimension du masque est choisie de sorte que la plus grande projection d'un motif, s'inscrive dans le diamètre du détecteur. Des calculs simples montrent que le rapport S/s du sional au bruit. est de la forme
Dans cette expression C est la valeur totale de comptages du détecteur, k est le rapport entre l'activité d'une source dans l'objet à L'activité totale des sources de l'objet (valeur du comptage pour un temps prédéterminé), m représente le nombre total d'éléments opaques d'un motif du masque, et p est le nombre d'éléments transparents (qui sont en fait des fenêtres ou trous).Cette relation montre qu'à comptage total constant, le rapport S/B augmente lorsque le nombre de trous diminue. Le masque de L'invention dans lequel le nombre d'éléments transparents est faible, fournit un rapport S/B qui est ç fois plus élevé que les masques dont la transparence est voisine de 50X, par exemple du type de ceux utilisés pour FENIMORE et CANNON et n'exige pas une homogénéité de réponse de la caméra, meilleure que le pourcent. In this expression C is the total value of counts of the detector, k is the ratio between the activity of a source in the object to the total activity of the sources of the object (value of the count for a predetermined time), m represents the total number of opaque elements of a mask pattern, and p is the number of transparent elements (which are in fact windows or holes). This relation shows that at constant total count, the ratio S / B increases when the number of holes decreases. The mask of the invention in which the number of transparent elements is low, provides an S / N ratio which is ç times higher than the masks whose transparency is close to 50X, for example of the type of those used for FENIMORE and CANNON and does not require a uniformity of response from the camera, better than the percent.
Pour reconstruire les images de différentes coupes de L'objet, on opère selon l'invention, de la façon suivante, pour l'une de ces images : les valeurs de comptages fournies par la caméra sont enregistrées dans une mémoire ; ces valeurs de comptages correspondent aux rayonnements reçus par le détecteur, à travers les éléments transparents de l'un ou l'autre des motifs du masque, lorsque celui-ci est éclairé par les différentes sources des différents plans de coupe. To reconstruct the images of different sections of the object, the operation is carried out according to the invention, as follows, for one of these images: the count values supplied by the camera are recorded in a memory; these count values correspond to the radiation received by the detector, through the transparent elements of one or other of the patterns of the mask, when the latter is illuminated by the different sources of the different cutting planes.
Pour le traitement de ces valeurs enregistrées, on opère de la façon suivante. Les valeurs de comptages sont sélectionnées selon Les matrices de décodage déduites des matrices de codage des positions des éléments transparents d'un motif. Ces matrices de décodage correspondent aux images sur Le détecteur, d'au moins un motif du masque éclairé par Les sources contenues dans l'objet. Comme indiqué plus haut, les dimensions et les emplacements de ces images sur le détecteur dépendent des coordonnées des sources dans chaque plan de coupe, ainsi que de l'éloignement de chaque plan par rapport au détecteur. To process these recorded values, the procedure is as follows. The count values are selected according to the decoding matrices deduced from the coding matrices of the positions of the transparent elements of a pattern. These decoding matrices correspond to the images on the detector, of at least one pattern of the mask illuminated by the sources contained in the object. As indicated above, the dimensions and locations of these images on the detector depend on the coordinates of the sources in each section plane, as well as on the distance of each plane relative to the detector.
Dans le procédé de l'invention, on choisit par exemple des matrices de décodage correspondant aux images des motifs qui sont centrées sur l'axe du détecteur, ces images occupant une portion du détecteur, au centre de celui-ci. Il en résulte que pour obtenir des images occupant cette position centrale, il est nécessaire de considérer que l'un ou l'autre des motifs du masque, sont éclairés par les sources, les matrices de décodage étant choisies en conséquence. In the method of the invention, one chooses for example decoding matrices corresponding to the images of the patterns which are centered on the axis of the detector, these images occupying a portion of the detector, at the center thereof. As a result, in order to obtain images occupying this central position, it is necessary to consider that one or the other of the patterns of the mask are illuminated by the sources, the decoding matrices being chosen accordingly.
Le procédé consiste à effectuer les opérations suivantes : - comme indiqué plus haut, on sélectionne une portion du
détecteur pour chaque éLoignement de plan de coupe Pi par
rapport au détecteur, - pour chaque plan de coupe Pi, on déplace la matrice de décodage
pour repérer Les sources évertuellement présentes dans ce plan
Pi, ce déplacement correspondant à un balayage de toutes les
sources repérées par leurs coordonnées (i,j) dans le plan Pi,
et par des valeurs numériques mesurees qui sont enregistrées en
mémoire, les sources repérées étant celles qui sont situées sur
des droites passant par le centre géométrique du détecteur, - à partir des valeurs numériques correspondantes, on reconstruit
les activités des sources de chaque plan.Les valeurs de ces
activités sont enregistrées en mémoire, - pour chaque plan Pi d'éloignement predéterminé, on effectue une
comparaison entre l'activité de chaque source de coordonnées
(i,j) ainsi reconstruite dans le plan Pi, et les activités
reconstruites respectives pour des sources voisines situées
dans des plans voisins Pi+l et Pi-1, ayant les mêmes
coordonnées (i,j) que la source considérée dans le plan Pi, - on détermine si les écarts entre l'activité de chaque source de
coordonnées (i,j) dans chaque plan Pi et les activités
respectives des sources de mêmes coordonnées (i,j) dans les
plans Pi-l et Pi+l voisins dépassent un seuil prédéterminé, ce
dépassement indiquant le repérage d'une source de coordonnées
(i,j) dans le plan Pi, - on attribue une activité à chaque source ainsi repérée, cette
activité ainsi que les coordonnées de la source sont
enregistrées en mémoire, - on calcule pour chaque source repérée la valeur de comptages
que produirait cette source à partir de L'activité qui lui a
été attribuée. Cette valeur calculée est enregistrée en
mémoire, - on soustrait, pour chaque source repérée, La valeur de
comptages effectivement mesurée précédemment au cours du
balayage (pour la source de mêmes coordonnées (i,j) dans le
même plan), de la valeur de comptages calculée pour la source
repérée, de manière à obtenir une valeur de comptages corrigée
pour la source repérée.Cette valeur corrigée est enregistree
en mémoire, - enfin, on détermine 13activité de chaque source repérée à
partir de la valeur de comptages corrigée correspondante et on
recommence les traitements précédents selon un mode itératif
jusqu'à ce que la valeur corrigée obtenue pour chaque source
soit invariable. C'est à partir des valeurs corrigées
invariables que sont obtenues les images des coupes de l'objet.The process consists in carrying out the following operations: - as indicated above, a portion of the
detector for each distance from section plane Pi by
report to the detector, - for each cutting plane Pi, the decoding matrix is moved
to locate the sources ever present in this plan
Pi, this displacement corresponding to a sweep of all the
sources identified by their coordinates (i, j) in the Pi plane,
and by measured numerical values which are recorded in
memory, the sources identified being those located on
straight lines passing through the geometric center of the detector, - from the corresponding numerical values, we reconstruct
the activities of the sources of each plan. The values of these
activities are recorded in memory, - for each predetermined distance plan Pi, a
comparison between the activity of each coordinate source
(i, j) thus reconstructed in the Pi plane, and the activities
respective reconstructed for neighboring sources located
in neighboring planes Pi + l and Pi-1, having the same
coordinates (i, j) as the source considered in the plane Pi, - it is determined whether the differences between the activity of each source of
coordinates (i, j) in each Pi plane and the activities
respective sources with the same coordinates (i, j) in the
neighboring Pi-l and Pi + l planes exceed a predetermined threshold, this
overflow indicating the location of a coordinate source
(i, j) in the plane Pi, - an activity is assigned to each source thus identified, this
activity as well as the source coordinates are
stored in memory, - the count value is calculated for each identified source
what would this source produce from the activity which
been assigned. This calculated value is saved in
memory, - we subtract, for each identified source, the value of
counts actually measured previously during the
scan (for the source with the same coordinates (i, j) in the
same plan), of the count value calculated for the source
marked, so as to obtain a corrected count value
for the identified source. This corrected value is saved
in memory, - finally, the activity of each source identified at
from the corresponding corrected count value and we
repeats the previous treatments in an iterative mode
until the corrected value obtained for each source
be invariable. It is from the corrected values
invariable that are obtained the images of the sections of the object.
Le traitement itératif cesse en fait lorsque le rapport
signal/bruit atteint une valeur suffisante, c'est-à-dire
lorsque le bruit de fond est devenu peu significatif.Iterative processing actually stops when the report
signal / noise reaches a sufficient value, i.e.
when the background noise has become insignificant.
La figure 4 représente schématiquement un système de reconstruction d'images de coupes parallèles successives d'un objet ou d'un organe contenant des sources émettrices de rayonnement gamma et permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention. FIG. 4 schematically represents a system for reconstructing images of successive parallel sections of an object or of an organ containing sources emitting gamma radiation and making it possible to implement the method of the invention.
Ce système comprend une gamma-caméra 5, située en regard de l'objet ou de l'organe 2 dont on veut reconstituer des images de coupes parallèles successives. Cette gamma-caméra comprend notamment un détecteur 1 (sans collimateur) qui n'est pas représenté en détail sur la figure, mais qui comprend de manière connue, un scintillateur associé à des photomultiplicateurs. Ces photomultipLicateurs sont reliés å des moyens d'alimentation, d'amplification et de codage 6, qui fournissent sur une pluralité de sortie 7, une pluralité de valeurs codées de l'énergie des rayonnements reçus par le détecteur. Ces valeurs sont codées de manière qu'à chaque valeur correspondent des informations relatives aux coordonnées du point d'impact de chaque rayonnement sur le détecteur. Ces coordonnées sont repérées dans le repère de référence mentionné plus haut.On a aussi représenté sur cette figure le masque M comprenant un assemblage de motifs tels que MI, décrit plus haut. Ce masque est interposé entre le détecteur 1 et L'objet ou L'organe 2. Dans ce système, la gamma-caméra ne comporte pas de collimateur mais est munie d'un limiteur 8 de champ d'observation. Les valeurs codées fournies par les sorties 7 de la caméra sont enregistrées dans une mémoire 9. Les sorties de cette mémoire sont reliées à des moyens de décodage 10 des valeurs codées mémorisées. Ces moyens de décodage sont reliés à une unité de traitement 11 qui leur applique les matrices de décodage mentionnées plus haut. Les moyens de traitement reçoivent les valeurs ainsi sélectionnées selon ces matrices.Les valeurs décodées peuvent être enregistrées dans un ensemble de mémorisation 12, relié aux moyens de traitement 11, avant d'être traitées pour être ensuite transmises à des moyens de visualisation 13 des images
reconstituées des différents plans de coupes de l'objet ou de
l'organe 2. Les moyens de mémorisation 12 permettent aussi d'enregistrer les programmes définissant les matrices de décodage des valeurs codées et mémorisées dans La mémoire 9. Les moyens de mémorisation 12 peuvent aussi enregistrer les programmes de traitement des valeurs décodées ; ces programmes ne sont pas décrits ici en détail. Ils mettent en oeuvre un organigramme conforme aux étapes du procédé décrit plus haut.This system includes a gamma camera 5, located opposite the object or the member 2 for which one wishes to reconstruct images of successive parallel sections. This gamma camera notably includes a detector 1 (without collimator) which is not shown in detail in the figure, but which comprises in known manner, a scintillator associated with photomultipliers. These photomultipLeaders are connected to supply, amplification and coding means 6, which supply, on a plurality of outputs 7, a plurality of coded values of the energy of the radiations received by the detector. These values are coded so that each value corresponds to information relating to the coordinates of the point of impact of each radiation on the detector. These coordinates are identified in the reference frame mentioned above. Also shown in this figure is the mask M comprising an assembly of patterns such as MI, described above. This mask is interposed between the detector 1 and the object or the organ 2. In this system, the gamma-camera does not have a collimator but is provided with a field of view limiter 8. The coded values supplied by the outputs 7 of the camera are recorded in a memory 9. The outputs of this memory are connected to decoding means 10 of the stored coded values. These decoding means are connected to a processing unit 11 which applies to them the decoding matrices mentioned above. The processing means receive the values thus selected according to these matrices. The decoded values can be recorded in a storage unit 12, connected to the processing means 11, before being processed so as to be then transmitted to means 13 for viewing the images.
reconstructed from the different cross-sections of the object or
the member 2. The storage means 12 also make it possible to record the programs defining the decoding matrices of the coded values and stored in the memory 9. The storage means 12 can also record the programs for processing the decoded values; these programs are not described here in detail. They implement a flowchart in accordance with the steps of the method described above.
Le dispositif donne un rapport signal sur bruit et une résolution d'autant meilleurs que la source est plus superficielle. Une amélioration sensible de la détection des sources profondes, consiste à prendre sur le détecteur deux projections d'un motif du masque aussi écartées que possible. On obtient deux avantages : l'un dû à L'obliquité de rayonnements gamma participant à la reconstruction d'image, l'autre lié à la statistique de comptage en augmentant la surface de détection utilisée. The device gives a signal to noise ratio and a resolution all the better as the source is more surface. A significant improvement in the detection of deep sources, consists in taking on the detector two projections of a pattern of the mask as far apart as possible. Two advantages are obtained: one due to the obliquity of gamma rays participating in image reconstruction, the other linked to counting statistics by increasing the detection surface used.
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| INTERNATIONAL OPTICAL COMPUTING CONFERENCE, Capri, 31 août au 2 septembre 1976, pages 145-150, IEEE, New York, US; B. MacDONALD et al.: "Coded aperture imaging, tomography, and three dimensional reconstruction" * |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1988003275A1 (en) | 1988-05-05 |
| JPH02500539A (en) | 1990-02-22 |
| FR2606160B1 (en) | 1990-12-21 |
| EP0329685A1 (en) | 1989-08-30 |
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