FR2883393A1 - Procede d'imagerie tridimensionnelle, installation mettant en oeuvre un tel procede, procede de configuration d'une telle installation, programme d'ordinateur mettant en oeuvre un tel procede - Google Patents

Procede d'imagerie tridimensionnelle, installation mettant en oeuvre un tel procede, procede de configuration d'une telle installation, programme d'ordinateur mettant en oeuvre un tel procede Download PDF

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Abstract

Procédé d'imagerie tridimensionnelle d'un volume à imager :Une machine émettrice (13c) émet à un réseau autorisant des taux de transfert au moins égaux à 100 Mégabit par seconde (Mb/s), des données délivrés par un système d'acquisition correspondant à un ensemble de projections du volume, acquises selon diverses incidences.Les données sont dupliquées au sein du réseau en direction d'une pluralité de machines de traitement (14a,..., 14h), qui reçoivent chacune des données reçues.On s'assure dans chaque machine de traitement de la correspondance entre les données reçues et les données émises.Chaque machine de traitement traite les données pour reconstruire une fraction de l'image tridimensionnelle du volume à imager.Dès la fin de l'acquisition, et par conséquent de la reconstruction temps réel en ligne, une machine dédiée collecte l'ensemble des fractions d'images pour reconstituer l'image tridimensionnelle.

Description

PROCEDE D'IMAGERIE TRIDIMENSIONNELLE, INSTALLATION METTANT
EN UVRE UN TEL PROCEDE, PROCEDE DE CONFIGURATION D'UNE TELLE INSTALLATION, PROGRAMME D'ORDINATEUR METTANT EN UVRE
UN TEL PROCEDE
La présente invention est relative aux procédés d'imagerie tridimensionnelle, aux installations mettant en oeuvre de tels procédés, aux procédés de configuration de telles installations, et aux programmes d'ordinateur mettant en oeuvre ces procédés.
En particulier, l'invention se rapporte à un procédé d'imagerie tridimensionnelle à partir d'une pluralité d'images représentatives d'un volume à imager prises selon des incidences différentes par un capteur, comme par exemple la projection d'un volume tridimensionnel selon une incidence sur un capteur de mesure.
On peut en particulier utiliser des images bidimensionnelles obtenues par un capteur plan.
On peut compter deux grandes catégories d'installation mettant en oeuvre ces procédés. Une première catégorie consiste en une machine dédiée comprenant un hardware dédié, développé pour chaque application. De telles installations sont peu flexibles, en particulier sont trop spécifiques au capteur et à l'algorithme utilisés pour permettre d'être directement utilisées avec un autre type de capteur, ou un autre algorithme. Par conséquent, ces installations sont très coûteuses, et de fait sont destinées à des équipements pouvant apporter une forte rentabilité (imagerie médicale de l'être humain en particulier).
Une deuxième grande catégorie consiste en des fermes de PCs reliés en réseau. Ces PCs fonctionnent en parallèle. Dans ce cas, on peut par exemple prévoir que chaque PC fonctionnant en parallèle reçoit du dispositif d'acquisition un sous-ensemble des projections, et reconstruise indépendamment la contribution de ce sous-ensemble des projections au volume entier, puis qu'on additionne entre eux les volumes obtenus par chaque PC et correspondants chacun à un sous-ensemble de projections.
Alternativement, on peut transmettre à chaque PC l'intégralité des projections, chaque PC étant affecté à la reconstruction d'une portion du volume à imager, ces portions étant par la suite assemblées. Dans ces procédés, la rapidité du calcul est directement liée à la capacité du réseau à transmettre rapidement et de manière fiable une grande quantité de données, et au nombre de machines.
L'augmentation de la rapidité de reconstruction passe nécessairement par une augmentation du nombre de machines, qui à son tour se traduit immanquablement par l'augmentation du débit sur le réseau. C'est ce critère qui devient alors le facteur limitant de la vitesse de reconstruction de l'image tridimensionnelle.
La bonne gestion des informations (en particulier des données en provenance du capteur) devient alors un facteur majeur de l'amélioration de procédés existants de reconstruction d'image tridimensionnelle.
Des techniques de diffusion de données, permettant de réduire le volume des flots de données lors de la diffusion à de nombreux récepteurs, sont déjà utilisées sur l'Internet, en particulier pour les applications multimédia, et sont regroupées sous l'appellation de multicast .
Seule l'utilisation du protocole UDP permet la diffusion simultanée de données vers un certain nombre de recepteurs. Néanmoins, le transport en mode non-connecté effectué par ce protocole ne permet pas de s'assurer que les données émises ont été intégralement reçues par tous les récepteurs. Ce défaut n'est pas réellement contraignant pour les applications multi-média, car il n'est pas essentiel de recevoir l'intégralité des données dans ce type d'application.
Pour s'assurer de la réception effective de l'ensemble des données à l'ensemble des récepteurs, l'alternative consiste à utiliser les procédés multicast existants pour les réseaux de PC standards mettant en oeuvre la bibliothèque de fonctions MPI (acronyme de l'expression anglaise Message Passing Interface, soit Interface de Transmission de Message ). Ceux-ci nécessitent plusieurs étapes successives au cours desquelles plusieurs transmissions point par point utilisant le protocole TCP/IP sont réalisées. Ainsi, au cours d'une première étape, une machine émettrice envoie les données à une première machine réceptrice. Au cours d'une deuxième étape, la machine émettrice et la première machine réceptrice émettent les données à une nouvelle machine réceptrice chacune. On procède ainsi de suite, chaque machine réceptrice devenant à l'étape suivante une machine émettrice. La transmission des données à 5 machines nécessite ainsi trois étapes, à 9 machines, 4 étapes, etc...
Si un tel transfert d'informations présente des avantages, qui le rendent propre à son utilisation actuelle, par exemple en système de reconstruction sans contrainte de temps, il n'est pas susceptible d'être utilisé pour obtenir rapidement une image tridimensionnelle d'un volume à imager à l'aide d'une pluralité de machines de traitement. En effet, pour des flux de données si importants, il est nécessaire de pouvoir fournir dès que possible à toutes les machines de traitement les données nécessaires, si on veut tendre vers une imagerie en temps réel. Par exemple, US 2003/206,609, présentant un calcul parallèle mettant en oeuvre deux machines, décrit déjà des goulets d'étranglement de données .
Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose 35 un procédé d'imagerie tridimensionnelle d'un volume à imager (4), comprenant au moins: (a) une étape d'émission au cours de laquelle au moins une machine émettrice émet sur un réseau autorisant des taux de transfert au moins égaux à 100 Mégabit par seconde (Mb/s), à destination d'une pluralité de machines de traitement, des données émises correspondant à une projection dudit volume, acquise selon une incidence, (b) une étape de réception au cours de laquelle chaque machine de traitement reçoit des données reçues relatives aux données émises, lesdites données reçues étant obtenues, à partir des données émises, par duplication au sein du réseau à destination de chaque machine de traitement, (c) une étape de contrôle au cours de laquelle on 15 s'assure, pour chaque machine de traitement, que les données correspondent aux données émises, et (d) une étape de traitement au cours de laquelle chaque machine de traitement traite lesdites données reçues pour reconstruire une image tridimensionnelle du volume à imager.
Grâce à ces dispositions, le réseau assure le transfert quasi-simultané de l'ensemble des données à chaque machine de traitement, qui peut ensuite traiter l'information pour reconstruire l'image tridimensionnelle du volume à imager. On obtient donc un procédé à la fois fiable et rapide.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - on répète l'étape (a) avec d'autres données correspondant à une projection dudit volume, l'étape (a) n'étant répétée qu'après un résultat positif de ladite étape de contrôle; - les étapes (a) à (d) sont répétées pour une 35 pluralité de données correspondant à une pluralité de projections dudit volume, acquises selon chacune une incidence, lesdites incidences étant distinctes deux à deux; - au cours de l'étape de réception, dans chaque machine de traitement, on reçoit des données reçues correspondant au moins à une partie desdites données émises, et, au cours de l'étape de contrôle, chaque machine de traitement s'assure que les données reçues correspondent 10 aux données émises de la manière suivante: chaque machine de traitement estime une qualité de réception des données reçues, et émet en direction d'une machine émettrice de contrôle un accusé de réception relatif à la qualité de réception desdites données reçues, et ladite machine émettrice de contrôle attend ledit accusé de réception de chacune des machines de traitement; lesdites données comprennent un nombre prédéterminé de datagrammes de données, au cours de l'étape de contrôle chaque machine de traitement n'émet ledit accusé de réception qu'après réception dudit nombre prédéterminé de datagrammes (le nombre prédéterminé de datagrammes peut être configurable par l'utilisateur); - dans chaque machine de traitement, lesdites données émises correspondent auxdites premières données reçues et à des données non reçues, au cours de l'étape de contrôle, ladite machine de traitement émet une requête de réémission des données non reçues, et au cours d'une étape de réémission, au moins lesdites données non reçues sont ré-émises sur ledit réseau; - le procédé d'imagerie comprend en outre, avant l'étape de diffusion, une étape (z) d'établissement de communication au cours de laquelle chaque machine de traitement émet vers le réseau une requête pour être récepteur de la diffusion desdites données émises, lesdites données émises étant dupliquées au sein du réseau, au cours de l'étape de diffusion, à destination des machines de traitement ayant émis une requête pour être récepteur de la diffusion des données émises; - le procédé comprend en outre une étape (e) d'acquisition, antérieure à l'étape de diffusion, au cours de laquelle un capteur acquiert des données brutes correspondant à ladite projection; - l'étape d'acquisition est déclenchée en fonction d'un signal émis par le volume à imager; - le procédé comprend en outre une étape (f) de pré-traitement comprise entre ladite étape d'acquisition et ladite étape d'émission, au cours de laquelle on génère lesdites données émises en appliquant aux données brutes un pré-traitement correctif prenant en compte des caractéristiques physiques de l'acquisition; - au cours de l'étape de traitement, chaque machine de traitement traite un volume de traitement respectif correspondant à une fraction du volume à imager; - au cours de l'étape de traitement, chaque machine de traitement rétro-projette lesdites données reçues dans ledit volume de traitement pour obtenir une image tridimensionnelle rétro- projetée correspondant à ladite projection, et additionne ladite image tridimensionnelle à un résultat partiel antérieur obtenu à partir de projections antérieures du volume à imager; (Bien entendu, lors de l'acquisition de la première projection, le résultat partiel antérieur auquel l'image tridimensionnelle est additionnée est nul).
- le procédé comprend en outre une étape (g) d'assemblage au cours de laquelle une machine de collecte reçoit desdites machines de traitement lesdits volumes de traitement respectifs et assemble lesdits volumes de traitement pour reconstituer une image tridimensionnelle du volume à imager.
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un programme d'ordinateur comprenant des codes de programme pour la mise en oeuvre d'un tel procédé d'imagerie tridimensionnelle, lorsqu'il est exécuté sur au moins une machine programmable.
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à une installation d'imagerie tridimensionnelle d'un volume à imager, comprenant au moins.
- au moins une machine émettrice, adaptée pour émettre sur un réseau soutenant des taux de transfert au moins égaux à 100 Mégabit par seconde, à destination d'une pluralité de machines de traitement des données émises correspondant à une projection dudit volume acquise selon une incidence, lesdites machines de traitement, chacune adaptée pour recevoir des données reçues relatives aux données émises, lesdites données reçues étant obtenues, à partir 20 des données émises, par duplication au sein du réseau à destination de chaque machine de traitement, ladite installation étant adaptée pour s'assurer que, pour chaque machine de traitement, les données reçues correspondent aux données émises, chaque machine de traitement étant adaptée pour traiter lesdites données reçues pour reconstruire une image tridimensionnelle du volume à imager.
Dans des modes de réalisation préférés de la présente installation, on peut en outre prévoir l'une et/ou 30 l'autre des dispositions suivantes: chacune desdites machines de traitement est adaptée pour effectuer un traitement desdites premières données pour reconstruire une image tridimensionnelle d'un volume de traitement respectif correspondant à une fraction du volume à imager; - l'installation comprend en outre une machine de collecte, destinée à être reliée à chaque machine de traitement à travers le réseau, ladite machine de collecte étant adaptée pour recevoir lesdites images tridimensionnelles de volumes de traitement respectif de chaque machine réceptrice, et pour les assembler pour former une image tridimensionnelle du volume à imager; - l'installation comprend en outre au moins une machine de pré-traitement destinée à être connectée à au moins une machine émettrice à travers le réseau, ladite machine de pré-traitement étant adaptée pour appliquer une fonction de prétraitement à une projection pour générer des données à émettre, et pour transmettre lesdites données à émettre à ladite machine émettrice; ladite machine de pré-traitement est adaptée pour recevoir une projection depuis un capteur à un taux de débit de capteur, et le taux de débit du réseau est choisi en fonction dudit taux de débit de capteur; l'installation comprend en outre une source de rayonnement adaptée pour émettre un rayonnement en direction du volume à imager, et un capteur adapté pour détecter ledit rayonnement après son passage à travers le volume à imager, et en générer ladite projection; - lesdites machines sont des unités centrales de PC.
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un procédé de configuration d'un groupe de machines en une installation d'imagerie tridimensionnelle d'un volume à imager, comprenant au moins.
- au moins une machine émettrice, adaptée pour émettre sur un réseau soutenant des taux de transfert au moins égaux à 100 Mégabit par seconde, à destination d'une pluralité de machines de traitement, des données émises correspondant à une projection dudit volume acquise selon une incidence, - lesdites machines de traitement, chacune adaptée pour recevoir des données reçues relatives aux données émises, lesdites données reçues étant obtenues, à partir 5 des données émises, par duplication au sein du réseau à destination de chaque machine de traitement, ladite installation étant adaptée pour s'assurer que, pour chaque machine de traitement, les données reçues correspondent aux données émises, chaque machine de traitement étant adaptée pour traiter lesdites données reçues pour reconstruire une image tridimensionnelle du volume à imager, ledit procédé de configuration comprenant une étape de configuration au cours de laquelle on assigne chaque machine dudit groupe de machines à une fonction choisie dans un groupe de fonctions comprenant au moins une fonction d'émission, une fonction de traitement et une fonction de réception.
Dans un mode de réalisation préféré de ce procédé de configuration, on peut en outre prévoir que le groupe de fonctions comprend en outre une fonction de pré-traitement, et une fonction de collecte et d'assemblage.
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un programme d'ordinateur comprenant des codes de programme pour la mise en oeuvre d'un tel procédé de configuration, lorsqu'il est exécuté sur au moins une machine programmable.
Afin de pouvoir appliquer le traitement aux données, il peut être nécessaire de les pré-traiter pour prendre en compte des spécificités du capteur et/ou filtrer des composantes parasites détectées. Dans US 2003/206,609 et de manière classique, les données brutes acquises sont mémorisées en mémoire non volatile (par exemple disque) avant d'être soumises à ces pré-traitements. Cette étape intermédiaire est aussi consommatrice de temps et de
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ressources, puisqu'il est ensuite nécessaire de lire les données brutes dans la mémoire non volatile et les transmettre à une machine de prétraitement.
Aussi l'invention se rapporte à une machine d'acquisition comprenant un calculateur et un organe de connexion à un capteur comprenant une sortie délivrant audit calculateur des données brutes représentatives d'une projection détectée par ledit capteur, ledit calculateur comprenant: - une carte fille d'entrée/sortie qui comprend un processeur de pré- traitement programmé pour appliquer un pré-traitement auxdites données brutes en sortie dudit organe de connexion, pour générer des données pré- traitées, - une mémoire vive, et - un bus reliant ledit processeur de prétraitement et ladite mémoire vive, - ledit calculateur étant adapté pour écrire dans ladite mémoire vive lesdites données pré-traitées en provenance du processeur.
Une telle machine d'acquisition permet d'appliquer au vol les prétraitements sur les données brutes en sortie du capteur, avant d'écrire les données pré-traitées en mémoire vive. Par conséquent, les ressources qui étaient auparavant dédiées au pré-traitement des données peuvent alors être utilisées directement pour la reconstruction. Pour un même nombre de machines reliées au réseau que le procédé ci-dessus, on peut ainsi maximiser le nombre de machines reliées en parallèle pour la reconstruction.
Selon des modes de réalisation préférés de cette machine d'acquisition, on peut en outre prévoir l'une et/ou l'autre des dispositions suivantes: le calculateur comprend en outre: - un organe de connexion vers l'extérieur, et - un processeur adapté pour lire dans ladite mémoire vive lesdites données pré-traitées, leur appliquer une autre fonction de pré-traitement pour générer des données à émettre et écrire les données à émettre en mémoire vive d'une machine émettrice via ledit organe de connexion vers l'extérieur; - ledit processeur de pré-traitement est un processeur reconfigurable adapté pour être configuré en fonction du capteur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints.
Sur les dessins: - la figure 1 est une vue schématique d'une 15 installation d'imagerie, - la figure 2 est un schéma explicatif de la rétroprojection d'un pixel dans un voxel, - la figure 3 est un schéma explicatif de la configuration de l'installation de la figure 1 selon un 20 premier mode de réalisation, et - la figure 4 est un schéma détaillé d'un deuxième mode de réalisation de la partie pré-traitement de l'installation de la figure 3.
Sur ces différentes figures, les mêmes références 25 désignent des éléments identiques ou similaires.
La figure 1 est une vue schématique d'une installation 1 d'imagerie tridimensionnelle. Celle-ci comporte de manière classique une source de rayonnement 2 et un capteur 3 disposés de part et d'autre d'un volume à imager 4 qui peut par exemple comporter un support 5 fixe sur lequel est placé un objet à imager 6. A titre d'exemple, la source de rayonnement 2 est une source de rayons X, tel que par exemple un tube micro foyer L86001 Hamamatsu, et le capteur 3 est un capteur de rayonnement X correspondant, tel que par exemple un scintillateur CsI couplé à des photodiodes et distribué par Hamamatsu sous le numéro de série T7942. Néanmoins, d'autres types de couples rayonnement/détecteur pourraient être utilisés lors de l'invention, tel que dans le cadre d'une imagerie par émission de positons, ou par émission monophotonique, ou autre.
Pour prendre une projection de l'objet à imager 6, selon une première incidence, la source de rayonnement 2 émet un rayonnement en direction de l'objet à imager 6, et le rayonnement traversant est détecté par le capteur 3 qui est par exemple formé par une matrice plane de 2048X2048 détecteurs élémentaires. Le rayonnement détecté par chacun des détecteurs du capteur 3 est ensuite lu par un système informatisé 7, qui sera décrit plus en détail par la suite et qui reconstitue une image tridimensionnelle à partir des données lues dans le capteur 3.
Pour reconstruire une image tridimensionnelle de l'objet à imager 6, on acquiert plusieurs projections planes de l'objet à imager 6 selon des incidences différentes. A ce titre, la source de rayonnement 2 et le capteur 3 peuvent être montés sur un bras 8 mobile par rapport au support 5, et pouvant par exemple tourner de 360 comme représenté par la flèche 9 de la figure 1. La rotation en question est par exemple effectuée pas à pas, comportant des instants auxquels, le bras restant fixe, une projection du volume à imager est acquise, et des instants auxquels le bras est déplacé vers une position ultérieure d'acquisition. Pendant la rotation du bras, l'émission du rayonnement par la source de rayonnement 2 peut être interrompue, de manière à réduire les radiations auquel est soumis l'objet à imager 6. La rotation du bras 9 peut être commandée par le système informatisé 7. De plus, sa synchronisation peut être prédéterminée, ou variable. Par exemple, lorsque l'objet à imager 6 est un petit animal de laboratoire, on peut prévoir de synchroniser la séquence déplacement-acquisition en fonction d'un signal physiologique du petit animal à imager tel que la respiration ou le cycle cardiaque. Par exemple, on dispose d'un capteur 10 adapté pour déclencher l'acquisition à chaque expiration du petit animal 6, afin que toutes les projections du petit animal 6 le représentent dans une position donnée correspondant à une position de fin d'expiration, ce qui permet d'obtenir une image tridimensionnelle nette de l'objet 6.
Comme explicité plus en détail par la suite, les données brutes issues du capteur 3 ne sont pas forcément directement exploitables pour reconstruire une image tridimensionnelle de bonne qualité. Par conséquent, on pourra leur appliquer une série d'un ou plusieurs pré- traitements dans le système informatisé 7.
Pour construire l'image tridimensionnelle, on peut par exemple utiliser un algorithme du type Feldkamp, dans lequel l'intensité dans un voxel 11 de coordonnées (x, y, z) est égale à une somme pondérée des projections obtenues selon chaque incidence, repérée par son angle cp par rapport à une position de référence, telle que par exemple la position représentée sur la figure 2 selon une formule du type: 1(x, y, z) = Ecp w (x, y, (p). Pcp [u (x, y, (p), v (x, y, (p)], dans laquelle: w (x, y, cp) est un facteur de pondération appliqué à chaque 30 projection P(u, v) et P(u, v) est l'intensité calculée au cours des pré-traitements pour le pixel 12 de coordonnée (u,v) pour la projection obtenue selon l'incidence caractérisée par l'angle cp.
Ce calcul est effectué dans chaque voxel de l'image tridimensionnelle qui peuvent par exemple être environ au nombre de 2.108 voxels de 0,1 mm x 0, 1 mm x 0,1 mm pour couvrir le volume à imager englobant un petit animal de laboratoire entier.
Un premier mode de réalisation d'une installation d'imagerie tridimensionnelle est représenté sur la figure 3. Le système informatisé 7 comporte trois groupes de machines 13, 14, 15 reliées ensemble sur un réseau 24 supportant un taux de transfert de données suffisant pour s'adapter au taux de transfert de données en sortie du capteur 3. Par exemple, le réseau supporte des taux de transfert de l'ordre de 100 Megabits par seconde (Mb/s), ou de préférence au moins égal à 1 Gb/s, en mettant en oeuvre une technologie Gigabits Ethernet. Dans l'exemple présenté, toutes les machines sont connectées en étoile à un commutateur Gigabit Ethernet 25, tel que par exemple un CATALYST 3750 commercialisé par la société Cisco.
Le premier groupe 13 de machines comporte plusieurs machines 13a, 13b, 13c travaillant en série, et appliquant chacune un pré-traitement aux données brutes en provenance du capteur 3. Le deuxième groupe 14 de machines comporte une pluralité de machines, par exemple 8 machines 14a, 14g, 14h, travaillant en parallèle, pour effectuer les rétroprojections selon l'algorithme de Feldkamp décrit précédemment. Pour la réalisation de cette étape, on peut par exemple prévoir que, à partir des données relatives à la totalité de chaque projection, chaque machine 14a, 14h, dite machine de traitement, reconstruit une portion distincte du volume à imager, dit volume de traitement. Les volumes partiels reconstruits par chaque machine de traitement sont ensuite transmis au troisième groupe de machines 15, pouvant comporter une ou plusieurs machines de visualisation, qui assemble les volumes partiels pour reconstituer une image tridimensionnelle du volume à imager complet.
Pour chaque incidence, les données sont soumises au traitement suivant: Les données brutes sont transmises du capteur 3 à la première machine 13a du premier groupe 13 à un débit, dépendant du capteur sélectionné, et dans le présent exemple de réalisation égal à 16 Mégaoctets par seconde (Mo/s), correspondant ainsi à deux projections possibles par seconde. La première machine 13a du premier groupe 13 applique aux données brutes un premier pré-traitement pour corriger les phénomènes physiques dus à l'acquisition. Ce pré-traitement est par exemple configuré en fonction d'une étape préliminaire de calibration du capteur. Suite à ce pré- traitement, les données sont émises, à un taux de 32 Mo/s dû au passage d'entiers 16bits à des flottants 32 bits, vers la deuxième machine 13b du premier groupe 13. Celle-ci peut, par exemple, appliquer un filtrage des données, par exemple par transformation dans l'espace de Fourier des données acquises. Les données pré-traitées sont transmises à la troisième machine 13c du premier groupe 13 qui est en charge de la diffusion des données aux machines de traitement du deuxième groupe 14.
Le flux de données dans le premier groupe de machines est tamponné si nécessaire dans les différentes machines, pour tenir compte d'éventuelles variations du flux.
On met en uvre une diffusion multicast des données depuis la machine émettrice 13c vers l'ensemble des machines 14a, 14h de traitement du deuxième groupe 14.
Chaque machine l4a à 14h de traitement est connectée en sortie du commutateur. Chaque machine de traitement 14a à 14h spécifie qu'elle est prête à participer à la reconstruction en émettant sur le réseau une requête pour être un des récepteurs de la diffusion des données.
Afin d'obtenir un transfert rapide des données à chacune des machines de traitement, il a fallu développer une nouvelle bibliothèque de fonctions permettant un transfert simultané, ou quasi-simultané, et fiable des données à toutes les machines de traitement. En effet, le procédé multicast de la librairie MPI utilisée par défaut par les machines de traitement, n'effectue pas réellement un transfert simultané des données à l'ensemble des machines de traitement. En effet, le multicast sous MPI fonctionne de la manière suivante: au cours d'une première étape, les données sont transférées de la machine émettrice 13c à une première machine de traitement 14a. Au cours d'une deuxième étape, les données sont transmises de chacune des machines comportant les données (13c, 14a) à une machine ne les comportant pas (par exemple 14b et 14c), et ainsi de suite jusqu'à ce que l'ensemble des machines devant traiter des données les aient récupérées en mémoire. De tels procédés conduisent à un engorgement du réseau incompatible avec les objectifs de rapidité de reconstruction fixées par l'invention.
Les données sont dupliquées à l'intérieur du réseau, au niveau du commutateur, à destination de l'ensemble des machines de traitement devantrecevoir des données. Ceci permet une vraie simultanéité du transfert de données vers l'ensemble des machines de traitement 14a à 14h.
Avec la nouvelle bibliothèque développée, un protocole de transfert sécurisé est réalisé car la reconstruction tridimensionnelle doit être effectuée sur la base de l'ensemble des données traitées.
A cet effet, on prévoit un protocole sécurisé fonctionnant de la manière suivante. Les données prétraitées correspondant à l'image sont découpées en des blocs de données comportant chacun X datagrammes numérotés. On se base ici sur le protocole UDP (acronyme de l'expression anglaise user datagram protocol soit protocole datagramme utilisateur ). La machine émettrice 13c émet un bloc de données constitué de X datagrammes. Le protocole UDP assure qu'un datagramme émis, s'il est reçu, est reçu intégralement. Par contre, il n'assure pas que l'intégralité des datagrammes émis soient reçus. Chaque machine de traitement 14a à 14h s'assure de l'intégralité des données reçues. Si le bloc de données a été reçu en l'intégralité, elle renvoie un accusé de réception positif à la machine émettrice 13c, fonctionnant en tant que machine émettrice de contrôle. Si la machine de traitement s'aperçoit qu'un certain nombre de datagrammes n'a pas été correctement reçu, elle émet une requête de réémission des datagrammes manquant vers la machine émettrice 13c.
Si la machine émettrice 13c reçoit des accusés de réception positifs de l'ensemble des machines de traitement, elle peut commencer une étape d'émission ultérieure, pour émettre le bloc de données suivant vers l'ensemble des machines de traitement. Si certains datagrammes n'ont pas été correctement reçus par certaines machines de traitement, la machine émettrice 13c liste tous les datagrammes à réémettre, et réémet tous ces datagrammes en direction de l'ensemble des machines de traitement 14. Cette étape est éventuellement répétée une ou plusieurs fois jusqu'à obtenir un accusé de réception positif de chacune des machines de traitement.
On peut en outre prévoir que, si la machine émettrice constate qu'un trop grand nombre de datagrammes doivent être réémis, elle réémet l'intégralité du bloc de données actuel à l'ensemble des machines de traitement.
On notera que le protocole de diffusion multicast sécurisé qui vient d'être décrit est adapté à sa mise en uvre dans le cadre d'un procédé de reconstruction tomographique, mais semble pouvoir être utilisable pour tout type de procédé de diffusion de données multicast.
On peut en outre prévoir une sécurité consistant en ce que, si la machine émettrice constate qu'elle a trop souvent à réémettre de nombreuses données, elle signale à l'utilisateur qu'il est nécessaire d'intervenir physiquement sur une ou plusieurs installations du réseau afin de remplacer un commutateur ou un récepteur défaillant.
Les données sont écrites directement en mémoire vive de chaque machine de traitement, pour que la 10 reconstruction puisse être effectuée rapidement.
Chaque machine de traitement ayant reçu l'intégralité des données correspondant à une projection, elle applique l'algorithme de Feldkamp à la projection reçue pour retro-projeter celle-ci dans un volume de traitement assigné à cette machine de traitement, et correspondant à une fraction prédéterminée du volume à imager total. Pour chaque voxel, chaque machine de traitement ajoute à un résultat partiel obtenu à partir des projections précédentes la valeur d'intensité calculée pour la présente projection.
Enfin, lorsque l'ensemble des projections a été traitée par le deuxième groupe de machines, chacune de celles-ci transmet le volume de traitement qu'elle a traité au troisième groupe de machine 15, pour assemblage et affichage, mémorisation, ou autre. A partir de l'image tridimensionnelle reconstruite, la machine d'affichage peut afficher des coupes prises dans l'image reconstruite, des rendus surfaciques, ou autre, ... . Avec l'installation décrite en relation avec la figure 3, les flux de données sont contrôlés de manière optimale depuis le capteur jusqu'à l'affichage de l'image tridimensionnelle reconstruite.
Pour une grande souplesse du procédé, on peut par exemple utiliser un ensemble de machines 13a, 13b, 13c, 35 14a, ... 14h, 15 toutes identiques, telle que par exemple 11 PC biprocesseurs à 2,8 Gigahertz (GHz) sous système d'exploitation Linux.
Disposant d'un groupe de machines connectées à un réseau permettant des taux de transfert de données adaptées, on peut configurer ce groupe de machines de la manière suivante: A chaque machine est affectée une fonction dans le cadre du procédé de reconstruction, telle qu'une fonction d'émission, une fonction de traitement, une fonction de pré- traitement, une fonction de collecte et d'assemblage, ou autre. Pour chaque machine, on désigne également l'identité de la ou les machines précédentes et/ou de la ou les machines suivantes de la chaîne du traitement. Chaque machine exécute alors un même programme, qui fait appel à cinq fonctions logiques qui sont propres à la fonction du procédé de reconstruction devant être effectuée par la machine. Ces fonctions logiques sont: - starttreatFN, qui est parcourue une seule fois à 20 l'initialisation d'un nouveau traitement, - stoptreatFN, qui est exécutée une seule fois pour terminer un traitement, - startblockFN qui est appelée avant le traitement d'un bloc de données, - stopblockFN, qui est invoquée pour finir le traitement d'un bloc de données, et - treatblockFN, qui est la fonction de traitement d'un bloc de données.
La bibliothèque de fonctions logiques est disponible localement sur chaque machine, ou via l'intermédiaire du réseau. Aussi, on prévoit que ce procédé de configuration d'un ensemble de machines connectées en réseau en une installation permettant la reconstruction tridimensionnelle selon le procédé décrit ci-dessus soit mis en oeuvre par voie logicielle, sous la forme d'un programme pouvant être exécuté sur au moins l'une des machines de l'installation.
Cette construction:Logique permet de configurer facilement une nouvelle installation, ou de reconfigurer une installation existante pour un nouveau capteur, ou autre. En particulier, rien ne s'oppose à ce qu'un pré-traitement soit alors facilement exécutable par plusieurs machines connectées en parallèle à la place de l'une et/ou de l'autre des machines 13a et 13b du premier groupe 13.
Selon un deuxième mode de réalisation, représenté sur la figure 4, on vise à réduire encore le nombre de machines destinées à effectuer les prétraitements au profit d'une augmentation du nombre de machines de traitement. Par rapport au mode de réalisation de la figure 3, le groupe de machines 13 est constitué de la seule machine émettrice 13c.
Une machine d'acquisition 16 comporte une carte processeur temps réel au standard VME (acronyme de l'expression anglaise versa module eurocard ) 17 qui comprend une carte fille d'entrée et sortie MFCC (acronyme de l'expression anglaise multifunction computing core ) 18 qui comporte un processeur 19 et un FPGA (acronyme de l'expression anglaise field programmable gate area ) 20.
Celle-ci est enfichée dans l'un des deux emplacements PMC de la carte VME grâce à son interface PCI. La carte VME 17 comporte également un processeur 21 et une mémoire vive 22 au standard PCI ainsi qu'un organe de connexion 23 vers la machine 13c.
Le FPGA 20 établit la circuiterie nécessaire aux sequences d'acquisition, et à l'initialisation des paramètres de fonctionnement du capteur.
La carte MFCC 18 est connectée directement en sortie du capteur 3 de sorte que les données sortant du capteur 3 sont réorganisées au vol en passant par le FPGA, et le processeur 19 applique un pré-traitement correctif aux données avant leur inscription dans la mémoire vive 22 de la carte VME 17, à un débit au moins égal à 32 Mo/s. Puis, le processeur 21 effectue un dernier traitement correctif, tel qu'un filtrage, sur les données inscrites en mémoire vive, et écrit les données prétraitées, via l'interface PVIC 23 dans la mémoire vive de la machine 13c, via une liaison de transmission de données parallèles rapide.
Si la machine 13c est temporairement surchargée, on peut en outre prévoir de mémoriser en attente les données prétraitées dans la mémoire vive 22, ou dans un tampon adapté en entrée de la machine 13c.
Si nécessaire, on peut en outre prévoir d'effectuer une copie de sauvegarde des données en mémoire non volatile, si l'on souhaite conserver ces données pour d'autres traitements ultérieurs. Cette copie peut être effectuée au vol en ligne simultanément au traitement réalisé en temps réel.
La structure qui vient d'être décrite est également extrêmement flexible, pour appliquer un pré-traitement modifié aux données brutes en sortie du capteur, pour remplacer le capteur, ou autre, car il suffit alors de reprogrammer le FPGA 20 et/ou le processeur 19 et/ou le processeur 21 de manière adaptée, le tout de façon logicielle.

Claims (1)

  1. 22 REVENDICATIONS
    1. Installation d'imagerie tridimensionnelle d'un 5 volume à imager, comprenant au moins: - au moins une machine émettrice (13c), adaptée pour émettre sur un réseau soutenant des taux de transfert au moins égaux à 100 Mégabit par seconde, à destination d'une pluralité de machines de traitement des données émises correspondant à une projection dudit volume acquise selon une incidence, - lesdites machines de traitement (14a, ..., 14h), chacune adaptée pour recevoir des données reçues relatives aux données émises, lesdites données reçues étant obtenues, à partir des données émises, par duplication au sein du réseau à destination de chaque machine de traitement, ladite installation étant adaptée pour s'assurer que, pour chaque machine de traitement, les données reçues 20 correspondent aux données émises, chaque machine de traitement (14a, ..., 14h) étant adaptée pour traiter lesdites données reçues pour reconstruire une image tridimensionnelle du volume à imager.
    2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle chacune desdites machines de traitement (14a, 14h) est adaptée pour effectuer un traitement desdites premières données pour reconstruire une image tridimensionnelle d'un volume de traitement respectif correspondant à une fraction du volume à imager.
    3. Installation selon la revendication 2, comprenant en outre une machine de collecte (15), destinée à être reliée à chaque machine de traitement à travers le réseau, ladite machine de collecte étant adaptée pour recevoir lesdites images tridimensionnelles de volumes de traitement respectifs de chaque machine réceptrice, et pour les assembler pour former une image tridimensionnelle du volume à imager.
    4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 comprenant en outre au moins une machine de pré-traitement (13a, 13b) destinée à être connectée à au moins une machine émettrice à travers le réseau, ladite machine de pré-traitement étant adaptée pour appliquer une fonction de pré-traitement à une projection pour générer des données à émettre, et pour transmettre lesdites données à émettre à ladite machine émettrice.
    5. Installation selon la revendication 4, dans laquelle ladite machine de pré-traitement (13a, 13b) est adaptée pour recevoir une projection depuis un capteur à un taux de débit de capteur, et dans laquelle le taux de débit du réseau est choisi en fonction dudit taux de débit de capteur.
    6. Installation selon la revendication 4 ou la revendication 5 comprenant en outre une source de rayonnement (2) adaptée pour émettre un rayonnement en direction du volume à imager, et un capteur (3) adapté pour détecter ledit rayonnement après son passage à travers le volume à imager, et en générer ladite projection.
    7. Installation selon l'une des revendications 1 à 25 6, dans laquelle lesdites machines sont des unités centrales de PC.
    8. Installation selon l'une des revendications 1 à 3 comprenant une machine d'acquisition (16) comprenant un calculateur (17) et un organe de connexion à un capteur (3) comprenant une sortie délivrant audit calculateur des données brutes représentatives d'une projection détectée par ledit capteur, ledit calculateur comprenant: une carte fille d'entrée/sortie (18) qui comprend un processeur de pré-traitement (19) programmé 35 pour appliquer un pré-traitement auxdites données brutes en sortie dudit organe de connexion, pour générer des données pré-traitées, une mémoire vive (22), et - un bus reliant ledit processeur de pré-5 traitement et ladite mémoire vive (22), ledit calculateur étant adapté pour écrire dans ladite mémoire vive lesdites données pré-traitées en provenance du processeur.
    9. Installation selon la revendication 8, dans 10 laquelle le calculateur comprend en outre: - un organe de connexion vers l'extérieur, et - un processeur (21) adapté pour lire dans ladite mémoire vive (22) lesdites données pré-traitées, leur appliquer une autre fonction de pré-traitement pour générer des données à émettre, et écrire les données à émettre en mémoire vive d'une machine émettrice via ledit organe de connexion vers l'extérieur.
    lO.Installation selon la revendication 8 ou la revendication 9, dans laquelle ledit processeur de pré- traitement (21) est un processeur reconfigurable adapté pour être configuré en fonction du capteur.
    11.Procédé de configuration d'un groupe de machines en une installation d'imagerie tridimensionnelle d'un volume à imager, comprenant au moins: au moins une machine émettrice (13c), adaptée pour émettre sur un réseau soutenant des taux de transfert au moins égaux à 100 Mégabit par seconde, à destination d'une pluralité de machines de traitement, des données émises correspondant à une projection dudit volume acquise selon une incidence, - lesdites machines de traitement (14a, ..., 14h), chacune adaptée pour recevoir des données reçues relatives aux données émises, lesdites données reçues étant obtenues, à partir 35 des données émises, par duplication au sein du réseau à destination de chaque machine de traitement, ladite installation étant adaptée pour s'assurer que, pour chaque machine de traitement, les données reçues correspondent aux données émises, - chaque machine de traitement (14a, ..., 14h) étant adaptée pour traiter lesdites données reçues pour reconstruire une image tridimensionnelle du volume à imager, ledit procédé de configuration comprenant une étape de configuration au cours de laquelle on assigne chaque machine dudit groupe de machines à une fonction choisie dans un groupe de fonctions comprenant au moins une fonction d'émission, une fonction de traitement et une fonction de réception.
    12.Procédé de configuration selon la revendication 11, dans lequel le groupe de fonctions comprend en outre une fonction de pré-traitement, et une fonction de collecte et d'assemblage.
    13.Programme d'ordinateur comprenant des codes de programme pour la mise en uvre du procédé de configuration selon l'une des revendications 11 ou 12, lorsqu'il est exécuté sur au moins une machine programmable.
    14.Procédé d'imagerie tridimensionnelle d'un volume à imager (4), comprenant au moins: (a) une étape d'émission au cours de laquelle au moins une machine émettrice (13c) émet sur un réseau autorisant des taux de transfert au moins égaux à 100 Mégabit par seconde (Mb/s), à destination d'une pluralité de machines de traitement, des données émises correspondant à une projection dudit volume, acquise selon une incidence, (b) une étape de réception au cours de laquelle chaque machine de traitement reçoit des données reçues relatives aux données émises, lesdites données reçues étant obtenues, à partir des 35 données émises, par duplication au sein du réseau à destination de chaque machine de traitement, (c) une étape de contrôle au cours de laquelle on s'assure, pour chaque machine de traitement, que les données correspondent aux données émises, et (d) une étape de traitement au cours de laquelle chaque machine de traitement traite lesdites données reçues pour reconstruire une image tridimensionnelle du volume à imager.
    15.Procédé d'imagerie tridimensionnelle selon la revendication 14 dans lequel on répète l'étape (a) avec d'autres données correspondant à une projection dudit volume, l'étape (a) n'est répétée qu'après un résultat positif de ladite étape de contrôle.
    16.Procédé d'imagerie tridimensionnelle selon la revendication 15, dans lequel les étapes (a) à (d) sont répétées pour une pluralité de données correspondant à une pluralité de projections dudit volume, acquises selon chacune une incidence, lesdites incidences étant distinctes deux à deux.
    17.Procédé d'imagerie tridimensionnelle selon l'une des revendications 14 à 16, dans lequel, au cours de l'étape de réception, dans chaque machine de traitement (14a, ..., 14h), on reçoit des données reçues correspondant au moins à une partie desdites données émises, et dans lequel, au cours de l'étape de contrôle, chaque machine de traitement (14a, ..., 14h) s'assure que les données reçues correspondent aux données émises de la manière suivante: chaque machine de traitement (14a, .., 14h) estime une qualité de réception des données reçues, et émet en direction d'une machine émettrice de contrôle (13c) un accusé de réception relatif à la qualité de réception desdites données reçues, et ladite machine émettrice de contrôle attend ledit 35 accusé de réception de chacune des machines de traitement.
    18.Procédé d'imagerie tridimensionnelle selon la revendication 17, dans lequel lesdites données comprennent un nombre prédéterminé de datagrammes de données, dans lequel, au cours de l'étape de contrôle, chaque machine de traitement (14a, ..., 14h) n'émet ledit accusé de réception qu'après réception dudit nombre prédéterminé de datagrammes.
    19.Procédé d'imagerie tridimensionnelle selon la revendication 18, dans lequel dans chaque machine de traitement (14a, ..., 14h), lesdites données émises correspondent auxdites premières données reçues et à des données non reçues, dans lequel, au cours de l'étape de contrôle, ladite machine de traitement émet une requête de réémission des données non reçues, et dans lequel, au cours d'une étape de réémission, au moins lesdites données non reçues sont ré-émises sur ledit réseau.
    20.Procédé d'imagerie tridimensionnelle selon l'une des revendications 14 à 19 comprenant en outre, avant l'étape de diffusion, une étape (z) d'établissement de communication au cours de laquelle chaque machine de traitement (14a, ..., 14h) émet vers le réseau une requête pour être récepteur de la diffusion desdites données émises, lesdites données émises étant dupliquées au sein du réseau, au cours de l'étape de diffusion, à destination des machines de traitement ayant émis une requête pour être récepteur de la diffusion des données émises.
    21.Procédé d'imagerie tridimensionnelle selon l'une des revendications 14 à 20, comprenant en outre une étape (e) d'acquisition, antérieure à l'étape de diffusion, au cours de laquelle un capteur (3) acquiert des données brutes correspondant à ladite projection.
    22.Procédé d'imagerie tridimensionnelle selon la 35 revendication 21, dans lequel l'étape d'acquisition est déclenchée en fonction d'un signal émis par le volume à imager (4).
    23.Procédé d'imagerie tridimensionnelle selon la revendication 21 ou la revendication 22, comprenant en outre une étape (f) de pré-traitement comprise entre ladite étape d'acquisition et ladite étape d'émission, au cours de laquelle on génère lesdites données émises en appliquant aux données brutes un pré-traitement correctif prenant en compte des caractéristiques physiques de l'acquisition.
    24.Procédé d'imagerie tridimensionnelle selon l'une des revendications 14 à 23 dans lequel, au cours de l'étape de traitement, chaque machine de traitement (14a, ..., 14h) traite un volume de traitement respectif correspondant à une fraction du volume à imager.
    25.Procédé d'imagerie tridimensionnelle selon la revendication 24 dans lequel, au cours de l'étape de traitement, chaque machine de traitement (14a, ..., 14h) rétro-projette lesdites données reçues dans ledit volume de traitement pour obtenir une image tridimensionnelle rétro-projetée correspondant à ladite projection, et additionne ladite image tridimensionnelle à un résultat partiel antérieur obtenu à partir de projections antérieures du volume à imager.
    26.Procédé d'imagerie tridimensionnelle selon la revendication 24 ou la revendication 25, comprenant en outre une étape (g) d'assemblage au cours de laquelle une machine de collecte (15) reçoit desdites machines de traitement lesdits volumes de traitement respectif et assemble lesdits volumes de traitement pour reconstituer une image tridimensionnelle du volume à imager.
    27.Programme d'ordinateur comprenant des codes de programme pour la mise en oeuvre du procédé d'imagerie tridimensionnelle selon l'une des revendications 14 à 26, lorsqu'il est exécuté sur au moins une machine programmable.
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