WO2005114257A1 - Procede de correction des spectres bi-parametriques - Google Patents

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WO2005114257A1
WO2005114257A1 PCT/FR2005/050270 FR2005050270W WO2005114257A1 WO 2005114257 A1 WO2005114257 A1 WO 2005114257A1 FR 2005050270 W FR2005050270 W FR 2005050270W WO 2005114257 A1 WO2005114257 A1 WO 2005114257A1
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spectrum
profile
correction function
parametric
amplitude
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PCT/FR2005/050270
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Inventor
Guillaume Montemont
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Commissariat A L'energie Atomique
Compagnie Generale Des Matieres Nucleaires
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/17—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors

Definitions

  • 1 / invention relates to the field of signal processing in particular in X or gamma spectrometry.
  • This technique uses a semiconductor detector, which often has collection defects with the charge carriers.
  • incident radiation spectrometry we seek to determine the quantity of charge carriers created by the interaction of X or gamma photons.
  • an electric field is applied to the semiconductor material using electrodes so as to drain these charges and unduly, an electrical signal of amplitude proportional to their quantity.
  • the measurement of this quantity of carriers is made difficult by the imperfect transport properties of the semiconductor: in fact, part of the charges do not reach the electrodes. This is the problem of incomplete collection.
  • One of the techniques proposed to correct this incomplete collection is to use, in addition to the amplitude measurement, the measurement of one or more other parameters on the form of the electrical signal obtained (for example its rise time) allowing in particular to go back to the place of interaction of the photon in the semiconductor medium. Through calibration of the collection efficiency as a function of the place of interaction, it is then possible to determine the charge actually deposited by the photon.
  • An example of this type of method is described in the French patent application FR - 2 738 919 or in the document FR - 2 738 693.
  • This type of correction method consists in measuring the amplitude and the rise time of the electrical signal. obtained at the output of a charge preamplifier connected to the electrodes of the device, then to simultaneously record the two quantities.
  • the data is stored in a two-dimensional histogram, called a bi-parametric spectrum.
  • a calibration of the amplitude / time relationship is then carried out on two reference energies E1 and E2, known to be present in a radioactive calibration source.
  • Two amplitude / time calibration curves Ai (T) and A 2 (T) are thus obtained which are then used to correct the pressure drop for the whole spectrum and to estimate the energies equivalent to the different amplitude / time pairs:
  • - Gain (T ) Ai (T) All the amplitude / time pairs corresponding to the different interactions are corrected by this technique which we designate by "homothety".
  • FIG. 1 represents a raw bi-parametric spectrum, with the rise time T on the ordinate and the amplitude A on the abscissa.
  • This type of spectrum contains two other pieces of information: energy (as explained in document FR 2 738 919) and the number of photons n.
  • the two point clouds 10 and 11 overlapping in FIG. 1 correspond to two different energies Ea and Eb.
  • the complete representation is a three-dimensional representation formed of a set of 3D curves, like those referenced 13, 14 and 15 in FIG. 2, each curve giving, for a given energy, the number of photons n as a function of rise time T and amplitude A of the signal.
  • FIG. 3 represents the bi-parametric spectrum corrected by the method called "by homothety". Thanks to this correction by homothety, the point clouds 10 and 11 whose amplitudes overlap, are transformed into two other separate point clouds 10a and 11b in amplitude corresponding to said two different energies Ea and Eb.
  • the corrected bi-parametric spectrum contains however degraded information: we see that, compared to the representation of figure 1, the signals relating to point clouds 10a and 11b are widened compared to the signals relating to point clouds 10 and 11 . If the point clouds 10 and 11 in Figure 1 had been even closer, the two point clouds 10a and 11b in Figure 3 could overlap. The correction by homothety is therefore not entirely satisfactory.
  • the energy spectrum resulting from the homothetic method therefore does not in fact use all the information present in the bi-parametric spectrum. This results in the impossibility of correctly exploiting the pulses of low amplitudes, although they are detected and identifiable at a given energy peak. The problem therefore arises of finding an improved correction method and device allowing a more global exploitation of the information contained in a bi-parametric spectrum.
  • the invention firstly relates to a method for processing a bi-parametric spectrum comprising: - the selection of a spectrum profile parameter, and of an initial correction function, - for any profile selected according to this parameter, perform a correction operation by multiplying this selected profile by a correction function, equal to the sum of at least part of the profiles already corrected.
  • Said bi-parametric spectrum can for example be of the type (time - amplitude).
  • Said profile parameter can then be the rise time of the spectrum, the profiles then being able to be selected according to a decreasing order of the rise times or, better still, by decreasing order of precision or resolution.
  • the signal to which the method according to the invention applies can be a bi-parametric signal or spectrum already processed or corrected by homothety.
  • the initial correction function is for example a uniform distribution.
  • Said correction operation may further comprise a normalization step.
  • said correction operation can further comprise a division by an integral of said correction function.
  • said correction operation may include another multiplication by a ratio of an integral of said selected profile to another integral of the selected profile multiplied by said correction function.
  • said correction operation can further comprising a localized normalization step comprising: - a division of said selected profile by a convolution of said correction function and of said uncertainty function. a step of redistribution amplitude channel by amplitude channel of the distribution of the number of photons in said selected profile using a so-called uncertainty function dependent on said measurement uncertainty.
  • Said uncertainty function can for example be of the Gaussian type, the standard deviation of which depends on said measurement uncertainty.
  • the present invention also relates to a device for processing a bi-parametric spectrum, for example of the type (time - amplitude) comprising: - means for selecting a parameter of the spectrum profile, and an initial correction function, - means for, for any profile selected according to this parameter, carry out a correction operation by multiplying this profile selected by a correction function, equal to the sum of at least part of the profiles already corrected and normalized.
  • This processing device can, according to a particular embodiment, further comprise means for classifying all the profiles of the spectrum according to a resolution quality criterion, as well as means for selecting the profiles of the spectrum. in ascending or descending order of resolution quality.
  • the processing device according to the invention may also optionally include means for correcting the spectrum by homothety.
  • the invention further relates to a device for processing a bi-parametric spectrum comprising: - means for selecting a spectrum profile parameter and an initial correction function, - means programmed to implement a method for processing spectrum according to the invention and as described above.
  • a medical imaging device comprising: a semiconductor detector or matrix of detectors, means for acquiring a bi-parametric spectrum, a device for processing the bi-parametric spectrum according to the invention, means for display of information relating to the processing of the bi-parametric spectrum is also provided in the context of the present invention.
  • FIG. 1 - 3 represent bi-parametric spectra
  • FIG. 4 schematically represents the steps of a method according to the invention
  • - Figures 5 and 6 represent examples of spectra obtained by a method according to the invention
  • - Figures 7 and 8 show devices for implementing a method according to one invention.
  • a bi-parametric spectrum obtained contains in particular information relating to a distribution of a number of photons n according to different amplitude channels and different rise time channels.
  • a number of photons for a given rise time channel and for a given amplitude channel of the spectrum corresponds to a frequency or a number of occurrences of a couple (rise time, amplitude of a signal).
  • the spectrum obtained can be for example a spectrum such as that represented in FIG. 1, or a spectrum corrected by homothety, as illustrated in FIG. 3.
  • a profile parameter given is selected from the spectrum parameters such that for example a time parameter of rise, as well as a correction function (step S3), initialized by a distribution which will be denoted C 0 , for example a distribution of uniform type.
  • Steps S2 and S3 can be carried out simultaneously or in any order.
  • a first distribution or a first profile denoted Do of the bi-parametric spectrum is selected with constant profile parameter.
  • This selection can for example be that of a spectrum profile with constant rise time, which will then correspond to a selection for a given rise time of the distribution of the number of photons n according to the different amplitude channels.
  • the selection of such a profile can meet one or more criteria and can be represented for example by drawing a horizontal line y orthogonal to the ordinate axis in Figure 1.
  • a profile at constant rise time corresponds to a set of discrete digitized values.
  • a choice of precision corresponds to the step of the digitization which can be chosen in particular according to the measurement uncertainty of the rise times.
  • a profile comprising a peak of high intensity is selected, for example the profile comprising the peak of highest intensity as defined in FIG. 1 by the horizontal line y 0 passing through the peak P (including the intensity is proportional to the gray level on the spectrum image).
  • the selection can be made according to a profile resolution criterion. For example, one can select from all the profiles of the spectrum with constant rise time, the profile having the highest resolution. We can thus start the treatment starting from the rise time channels containing the most "precise" peak or peaks.
  • a classification, according to a resolution criterion, of the different profiles of the spectrum, each profile having a constant rise time, may have been carried out before step S4, for example just after step S2 of the process.
  • the resolution could be calculated based in particular on the width at half height of the peaks contained in each profile.
  • the correction can be completed with a step which will be called "normalization" (step S5), which can be carried out before, at the same time, or after step S6 of multiplication.
  • this standardization can consist in dividing the first profile at least partially corrected D'o by the integral over all the amplitude channels (which will be denoted C 0 ) of the correction function Co, such that: In the preceding expression (1) as in all of
  • the normalization step S6 can consist in multiplying the first corrected profile D'o
  • step S7 the correction function initialized at Co is modified (step S7). The latter is incremented by adding the first corrected profile to it.
  • This correction function Ci may serve as a correction function for another profile with constant rise time and makes it possible to take account of information relating to the first corrected profile.
  • a processing of the type carried out during steps S4 to S7 is then carried out on another profile with constant rise time of the bi-parametric spectrum.
  • a second profile Di is first selected (step S8) with a constant rise time, for example by going in the direction of decreasing rise times from the first profile, or for example according to a resolution criterion, for example by choosing from all the profiles with constant rise time of the spectrum remaining to be treated, the profile having the highest resolution.
  • the second profile is then multiplied by the modified correction function Ci (step S9), consisting of the sum of the initial correction function Co and the first corrected profile D ' 0 .
  • D'i Di x [Co + D ' 0 ]
  • a second step of normalization of the second profile, and of the type of that performed for the first profile can be performed, possibly at the same time as the step S9 of multiplication.
  • this second normalization can consist in multiplying the second corrected profile D'i by a ratio of the integral over all the channels in amplitude of the second profile D x (denoted ⁇ A) and of the integral over all the channels in amplitude of the first corrected profile (denoted
  • T a calibration is carried out on two reference peaks making it possible to calibrate a Gain (T) and an offset (T). Then, thanks to one of the reference peaks, the different channels are classified in time of spectrum rise, typically from the most precise (the one with the profile at the best resolution) to the least precise. We then proceed by iteratively building an energy spectrum.
  • a profile D k of the spectrum for said given rise time is corrected homothetically.
  • the prior knowledge is taken into account by multiplying this profile or this distribution D k by a correction function C k obtained thanks to the distributions corrected previously.
  • the resulting distribution D ' is normalized to assign the number of strokes equal to the number of channel strokes to be corrected. 4)
  • We modify the correction function C by adding the corrected and normalized distribution
  • the different points of the bi-parametric spectrum are classified in order of precision.
  • This classification does not necessarily correlate with the arithmetic chronology of the rise time values (in other words the classified points are not necessarily juxtaposed on the spectrum).
  • the spectrum referenced 16 corresponds to a sum over all the rise times of the bi-parametric spectrum corrected using the method according to the invention and corresponds to a graphic representation of the correction function C N obtained at the end of the following method the invention from which the initial correction function C 0 has been removed.
  • This principle can be applied less strictly, knowing that the profiles in regions of the spectrum corresponding to large Signal amplitudes are generally more precise than the profiles in regions of the spectrum corresponding to low amplitudes, and thus choose a processing chronology according to a decreasing order of rise times.
  • each profile is corrected in time constant rise T of the bi-parametric spectrum for example in an order according to a predetermined classification according to a resolution criterion.
  • D k given at selected constant rise time (represented for example by the drawing of a horizontal line orthogonal to the ordinate axis in FIG.
  • this profile is treated, channel of amplitude after channel of amplitude, on all the different amplitude channels according to the following method: For a given amplitude channel i (represented for example by a discontinuous vertical line orthogonal to the abscissa axis in Figure 1): 1) We selects the number of shots or photons contained in the profile D k for said given amplitude channel i, and which we denote by D k (i). 2) This number is redistributed according to said uncertainty function, which is centered on said given amplitude channel i and which will then be noted G x .
  • This uncertainty function can for example be a Gaussian distribution whose standard deviation depends on the uncertainty on the measurements which made it possible to obtain the bi-parametric spectrum.
  • correction function Ck The result of this redistribution is multiplied by a correction function Ck, and normalized.
  • the correction function C k can be obtained, as described above, by summing the distributions with constant rise time processed and corrected previously.
  • the latter can be a division by an integral, over all the channels in amplitude, of the product of the uncertainty function centered Gi by the correction function Ck, integral which we will denote by ⁇ G, .xC ft , i corresponding to said channel
  • D k (i) in the corrected final spectrum is then repeated for all of the amplitude channels. We then perform a sum on all the channels in order to obtain a corrected and normalized profile which we denote by D ' k .
  • the number of strokes of each channel i is redistributed in a region close to channel i, according to a distribution G j XC k , which corresponds to a local selection of the correction function around of each channel i. This prevents the shots from each channel from being redistributed in regions of the spectrum distant from the one in which they were originally located and where the presence of these shots would have little or no physical significance.
  • FIG. 5 represents a bi-parametric spectrum corrected by a method according to the invention, of the type of that of FIG.
  • FIG. 6 shows two energy spectra referenced 15 and 16, obtained from projections in the direction of the ordinate axis respectively of a first bi-parametric spectrum of the type of that in FIG. 3 and of another bi-parametric spectrum of the type of that illustrated in FIG. 5.
  • the resolution of spectrum 16, resulting from 'A processing method according to the invention is better than that of the spectrum referenced 15 and makes it possible to better distinguish the two energies E a and E b .
  • the method according to the invention can be implemented using a device as illustrated in FIG. 7.
  • FIG. 7 designates a matrix of detection elements 102 with semiconductor, arranged in a detection plan.
  • Figure 8 shows an example of a structure of a semiconductor detector.
  • This comprises a platform 30 equipped with integrated electronic circuits 32 and on which is mounted a plurality of detection elements 34.
  • the detection elements 34 are each in the form of a semiconductor block with two Opposite parallel faces on which electrodes are provided.
  • An electric field applied to the electrodes allows the carriers to migrate of charges, that is to say the elements, ctrons and the holes formed by the interaction of the radiation with the semiconductor.
  • the electrodes not shown in the figure, are also provided for receiving the charges and transferring them to the integrated circuits of the platform 30 for the formation of a detection signal.
  • the signals delivered by the detection elements are directed to a first integrated circuit, for example a specific integrated circuit (ASIC) 110.
  • ASIC application specific integrated circuit
  • This circuit includes signal amplification channels for each detection element and means for multiplexing the channels.
  • a second circuit 112 is provided for determining the amplitude and the rise time of each signal and for formatting data corresponding to these quantities, as well as data representing the coordinates of the events.
  • the coordinates of the events are linked to the position of the corresponding detection element in the detection plane.
  • a circuit such as circuit 112 is for example described in the document FR - 2 738 919.
  • the processing method according to the invention can be applied to bi-parametric spectra having as their shape parameter a parameter different from the rise time.
  • the data are sent to a computer 114 intended to carry out the calculations and processing linked to the calibration phase and intended to build an image (for example medical) from the data during the acquisition phase.
  • the image is displayed on a screen 116.
  • the computer is designed or programmed to correct the bi-parametric spectrum according to a method according to the invention.
  • the data for implementing this method can be stored in the computer 114 or in a memory indicated by the reference 120 in FIG. 7.
  • the circuits 110 and 112 always establish the amplitude data , rise time and event coordinates from the signals from the sensing elements.
  • a spectrum such as that of FIG. 6 can be obtained by the processing described above.
  • a device and a method according to the invention can be used in the context of medical examinations carried out in nuclear medicine, as described in the introduction to patent application FR - 2 790 560, or observations in astrophysics, in the nuclear field (observation, for example, of radioactive waste streams), in the field of non-destructive testing.
  • the invention has been described with the example of bi-parametric spectra (time - amplitude).
  • the photon interaction depth in the semiconductor medium can be approximated by measuring the rise time, or also by measuring the anode amplitude ratio. by cathode.
  • the invention also applies to any other example of a bi-parametric spectrum.

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Abstract

La présente invention est relative au domaine du traitement de signaux en particulier en spectrométrie X ou gamma. Elle concerne un procédé ainsi qu'un dispositif de traitement amélioré permettant de corriger des spectres bi-paramétriques.

Description

PROCEDE DE CORRECTION DES SPECTRES BI-PARAMETRIQUES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR
1/ invention concerne le domaine du traitement de signaux en particulier en spectrometrie X ou gamma . Cette technique met en œuvre un détecteur semi-conducteur, qui comporte souvent des défauts de collection des porteurs de charge. En spectrometrie de rayonnement incident, on cherche à déterminer la quantité de porteurs de charges créés par l'interaction de photon X ou gamma. A cette fin, on applique un champ électrique au matériau semi-conducteur à l'aide d'électrodes de manière à drainer ces charges et indu,ire un signal électrique d'amplitude proportionnel à leur quantité. Malheureusement, la mesure de cette quantité de porteurs est rendue difficile par les propriétés de transport imparfaites du semi-conducteur : en effet, une partie des charges ne parviennent pas jusqu'aux électrodes. C'est le problème de collection incomplète. Une des techniques proposées pour corriger cette collection incomplète est d'utiliser, en plus de la mesure d'amplitude, la mesure d'un ou plusieurs autres paramètres sur la forme du signal électrique obtenu (par exemple son temps de montée) permettant en particulier de remonter au lieu d' interaction du photon dans le milieu semi-conducteur. Grâce à un étalonnage de l'efficacité de collecte en fonction du lieu d'interaction, on peut alors déterminer la charge réellement déposée par le photon. Un exemple de ce type de procédé est décrit dans la demande de brevet français FR - 2 738 919 ou dans le document FR - 2 738 693. Ce type de procédé de correction consiste à mesurer l'amplitude et le temps de montée du signal électrique obtenu en sortie d'un préamplificateur de charge relié aux électrodes du dispositif, puis à enregistrer simultanément les deux grandeurs. Les données sont stockées dans un histogramme à deux dimensions, appelé spectre bi-paramétrique . On effectue alors un étalonnage de la relation amplitude/temps sur deux énergies de référence El et E2, connues comme étant présentes dans une source radioactive d'étalonnage. On obtient ainsi deux courbes d'étalonnage amplitude/temps Ai (T) et A2 (T) que l'on utilise ensuite pour corriger la perte de charge pour tout le spectre et estimer les énergies équivalentes aux différents couples amplitude/temps : E = Gain (T) A + Décalage (T) , Avec Gain (T) = (E2-Eι) / (A2 (T) -Ai (T) ) , Décalage (T)=E].-Gain (T) Ai (T) Tous les couples amplitude/temps correspondant aux différentes interactions sont corrigés par cette technique que nous désignons par « homothétie ». Toutefois, ce procédé dégrade trop l'information contenue dans un spectre bi-paramétrique. Ainsi, la figure 1 représente un spectre bi-paramétrique brut, avec le temps de montée T en ordonnée et l'amplitude A en abscisse. Ce type de spectre contient deux autres informations : l'énergie (comme expliqué dans le document FR 2 738 919) et le nombre de photons n. Ainsi les deux nuages de points 10 et 11 se chevauchant sur la figure 1, correspondent à deux énergies différentes Ea et Eb. En fait la représentation complète est une représentation en trois dimensions formée d'un ensemble de courbes 3D, comme celles référencées 13, 14 et 15 sur la figure 2, chaque courbe donnant, pour une énergie donnée, le nombre de photons n en fonction du temps de montée T et de l'amplitude A du signal. La figure 3 représente le spectre bi-paramétrique corrigé par la méthode dite « par homothétie ». Grâce à cette correction par homothétie, les nuages de points 10 et 11 dont les amplitudes se chevauchent, sont transformés en deux autres nuages de points 10a et 11b distincts en amplitude correspondant auxdites deux énergies différentes Ea et Eb. Le spectre bi-paramétrique corrigé contient cependant une information dégradée : on voit que, par rapport à la représentation de la figure 1, les signaux relatifs aux nuages de points 10a et 11b sont élargis par rapport aux signaux relatifs aux nuages de points 10 et 11. Si les nuages de points 10 et 11 de la figure 1 avaient été encore plus proches, les deux nuages de points 10a et 11b de la figure 3 pourraient se chevaucher . La correction par homothétie n'est donc pas entièrement satisfaisante. Le spectre énergétique résultant de la méthode par homothétie n'utilise donc en fait pas toute l'information présente dans le spectre bi-paramétrique. Cela se traduit par l'impossibilité d'exploiter correctement les impulsions de faibles amplitudes, bien qu'elles soient détectées et identifiables à un pic énergétique donné. Il se pose donc le problème de trouver une méthode et un dispositif de correction améliorée permettant une exploitation plus globale de l'information contenue dans un spectre bi-paramétrique.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Selon l'invention, l'estimation de l'énergie correspondant à une impulsion ne peut se faire indépendamment des autres. L'invention a tout d'abord pour objet un procédé de traitement d'un spectre bi-paramétrique comportant : - la sélection d'un paramètre de profil du spectre, et d'une fonction initiale de correction, - pour tout profil sélectionné selon ce paramètre, effectuer une opération de correction par multiplication de ce profil sélectionné par une fonction de correction, égale à la somme d' au moins une partie des profils déjà corrigés. Ledit spectre bi-paramétrique peut être par exemple de type (temps - amplitude) . Ledit paramètre de profil peut être alors le temps de montée du spectre, les profils pouvant alors être sélectionnés selon un ordre décroissant des temps de montée ou, mieux encore, par ordre décroissant de précision ou de résolution. Le signal auquel s'applique le procédé selon l'invention peut être un signal ou un spectre bi-paramétrique déjà traité ou corrigé par homothétie. La fonction initiale de correction est par exemple une distribution uniforme . Ladite opération de correction peut comprendre en outre une étape de normalisation. Ainsi, selon une première variante, ladite opération de correction peut comporter en outre une division par une intégrale de ladite fonction de correction. Selon une seconde variante, ladite opération de correction peut comporter une autre multiplication par un rapport d'une intégrale dudit profil sélectionné sur une autre intégrale du profil sélectionné multiplié par ladite fonction de correction. Selon une troisième variante pour laquelle ledit spectre est représentatif d'une distribution d'un nombre de photons variant suivant différents canaux en temps de montée et différents canaux en amplitude, ladite distribution étant déterminée à une incertitude de mesure près, ladite opération de correction peut comprendre en outre une étape de normalisation localisée comportant : - une division dudit profil sélectionné par une convolution de ladite fonction de correction et de ladite fonction d'incertitude. - une étape de redistribution canal d' amplitude par canal d' amplitude de la répartition du nombre de photons dans ledit profil sélectionné à l'aide d'une fonction dite d'incertitude dépendante de ladite incertitude de mesure. Ladite fonction d'incertitude peut être par exemple de type gaussienne dont l'écart type dépend de ladite incertitude de mesure. La présente invention concerne également un dispositif de traitement d'un spectre bi-paramétrique, par exemple de type (temps - amplitude) comportant : - des moyens pour sélectionner un paramètre de profil du spectre, et une fonction initiale de correction, - des moyens pour, pour tout profil sélectionné selon ce paramètre, effectuer une opération de correction par multiplication de ce profil sélectionné par une fonction de correction, égale à la somme d' au moins une partie des profils déjà corrigés et normalisés. Ce dispositif de traitement peut selon un mode de réalisation particulier, comprendre en outre des moyens pour classer tous les profils du spectre selon un critère de qualité de résolution, ainsi que des moyens pour sélectionner les profils du spectre selon un ordre croissant ou décroissant de qualité de résolution. Le dispositif de traitement suivant l' invention peut également éventuellement comprendre des moyens pour corriger le spectre par homothétie. L' invention concerne en outre un dispositif de traitement d'un spectre bi-paramétrique comportant : - des moyens pour sélectionner un paramètre de profil du spectre et une fonction initiale de correction, - des moyens programmés pour mettre en œuvre un procédé de traitement de spectre suivant l'invention et tel que décrit précédemment. Un dispositif d'imagerie médicale comportant : un détecteur ou une matrice de détecteurs à semi-conducteur, des moyens d'acquisition d'un spectre bi-paramétrique, un dispositif de traitement du spectre bi—paramétrique selon l'invention, des moyens d'affichage d'informations relatives au traitement du spectre bi-paramétrique, est également prévu dans le cadre de la présente invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
- Les figures 1 - 3 représentent des spectres bi-paramétriques, - la figure 4 représente schématiquement les étapes d'un procédé selon l'invention, - les figures 5 et 6 représentent des exemples de spectres obtenus par un procédé selon 1' invention, - les figures 7 et 8 représentent des dispositifs pour mettre en oeuvre un procédé selon 1' invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS Un exemple de procédé selon l'invention va être décrit en liaison avec l'organigramme de la figure 4. Dans une première étape (SI) , on suppose un spectre bi-paramétrique obtenu. Comme cela a été expliqué auparavant dans la présentation de l' art antérieur, ledit spectre bi-paramétrique obtenu contient notamment une information relative à une distribution d'un nombre de photons n suivant différents canaux d'amplitude et différents canaux de temps de montée. Un nombre de photons pour un canal de temps de montée donné et pourun canal d'amplitude donné du spectre correspond à une fréquence ou un nombre d'occurrence d'un couple (temps de montée, amplitude d'un signal). Ainsi, pour désigner un nombre de photons pour un canal d'amplitude et un canal de temps de montée du spectre donnés, on utilisera le terme « nombre de coups » tout au long de la présente description. Le spectre obtenu peut être par exemple un spectre tel que celui représenté en figure 1, ou un spectre corrigé par homothétie, comme illustré en figure 3. Puis (étape S2) , on sélectionne un paramètre de profil donné parmi les paramètres du spectre tels que par exemple un paramètre de temps de montée, ainsi qu'une fonction de correction (étape S3) , initialisée par une distribution que l'on notera C0, par exemple une distribution de type uniforme. Les étapes S2 et S3 peuvent être réalisées simultanément ou dans un ordre quelconque. On effectue alors un traitement itératif, lors duquel, selon une étape S4, une première distribution ou un premier profil noté Do du spectre bi-paramétrique est sélectionné à paramètre de profil constant. Cette sélection peut être par exemple celle d'un profil du spectre à temps de montée constant, ce qui correspondra alors à une sélection pour un temps de montée donné de la distribution du nombre de photons n suivant les différents canaux d'amplitude. La sélection d'un tel profil peut répondre à un ou plusieurs critères et peut être représentée par exemple par le tracé d'une ligne horizontale y orthogonale à l'axe des ordonnées sur la figure 1. Sur le spectre bi-paramétrique, un profil à temps de montée constant correspond à un ensemble de valeurs numérisées discrètes. C'est au cours de la numérisation des mesures aboutissant au spectre bi-paramétrique qu'un choix de précision est fait. Cette précision correspond au pas de la numérisation qui peut être choisi notamment en fonction de l'incertitude de mesure des temps de montées. De préférence, on sélectionne un profil comportant un pic d'intensité élevée, par exemple le profil comportant le pic d' intensité la plus élevée tel que défini sur la figure 1 par la ligne horizontale y0 passant par le pic P (dont l'intensité est proportionnelle au niveau de gris sur l'image du spectre) . La sélection peut être réalisée selon un critère de résolution du profil. Par exemple, on peut sélectionner parmi tous les profils du spectre à temps de montée constant, le profil ayant la résolution la plus élevée. On peut ainsi commencer le traitement en partant des canaux en temps de montée contenant le pic ou les pics les plus « précis » . Pour permettre une sélection de ce type, un classement, selon un critère de résolution, des différents profils du spectre, chaque profil étant à temps de montée constant, peut avoir été effectué préalablement à l'étape S4, par exemple juste après l'étape S2 du procédé. La résolution pourra être calculée en fonction notamment de la largeur à mi-hauteur des pics contenus dans chaque profil. Ensuite, le premier profil Do est corrigé au moins par une multiplication par la fonction de correction initialisée à la distribution Co (étape S6) , On obtient alors un profil au moins partiellement corrigé noté D'o : DO = Do x Co La correction peut être complétée d'une étape que l'on nommera de « normalisation » (étape S5) , qui peut être effectuée avant, en même temps, ou après l'étape S6 de multiplication. Le profil corrigé et normalisé sera noté D' 0. Selon une première variante de mise en œuvre, cette normalisation peut consister à diviser le premier profil au moins partiellement corrigé D'o par l'intégrale sur l'ensemble des canaux en amplitude (que l'on notera C0 ) de la fonction de correction Co, tel que :
Figure imgf000013_0001
Dans l'expression (1) précédente comme dans tout le
reste de la présente description, Λ y" ' représente une somme sur l'ensemble des canaux. Selon une seconde variante améliorée par rapport à la première, l'étape S6 de normalisation peut consister à multiplier le premier profil corrigé D'o
par un rapport (noté -_r y ) de l'intégrale sur ∑Z 0xC0 l' ensemble des canaux en amplitude du premier profil Do (notée D0 ) et de l' intégrale sur l' ensemble des canaux en amplitude du premier profil corrigé (notée D0 CQ ) , tel que :
Figure imgf000013_0002
Le décompte du nombre de photons contenu dans ce premier profil corrigé et normalisé sera ainsi le même que celui du profil Do avant correction. Puis, après normalisation, la fonction de correction initialisée à Co est modifiée (étape S7) . Cette dernière est incrémentée en lui ajoutant le premier profil corrigé . Une nouvelle fonction de correction notée Ci est ainsi formée et telle que : d = C0+ DO Cette fonction de correction Ci pourra servir de fonction de correction pour un autre profil à temps de montée constant et permet de tenir compte d'informations relatives au premier profil corrigé. On effectue ensuite un traitement du type de celui réalisé lors des étapes S4 à S7, sur un autre profil à temps de montée constant du spectre bi-paramétrique. Ainsi, on sélectionne (étape S8) tout d' abord un deuxième profil Di à temps de montée constant par exemple en allant dans le sens des temps de montée décroissants à partir du premier profil, ou par exemple selon un critère de résolution, par exemple en choisissant parmi tous les profils à temps de montée constant du spectre restant à traiter, le profil ayant la résolution la plus élevée. Le deuxième profil est alors multiplié par la fonction de correction modifiée Ci (étape S9) , constituée de la somme de la fonction de correction initiale Co et du premier profil corrigé D'0. On obtient ainsi un deuxième profil au moins partiellement corrigé D'i : D'i = Di x Ci D'i = Di x [Co + D'0] De même que pour le traitement du premier profil, une deuxième étape de normalisation du deuxième profil, et du type de celle effectuée pour le premier profil (étape S10) peut être réalisée, éventuellement en même temps que l'étape S9 de multiplication. Dans le cas où l'on a utilisé la première variante de normalisation à l'étape S6, cette deuxième normalisation peut consister à diviser le second profil au moins partiellement corrigé, par l'intégrale sur l'ensemble des canaux en amplitude de la nouvelle fonction de correction Ci : D'i = D'i /∑ Ci D'i = (Di x Cι)/∑ Ci D'i = (Di x [Co + D'0])/∑ [Co + D'0] Dans le cas où l'on a utilisé la seconde variante de normalisation à l'étape S6, cette deuxième normalisation peut consister à multiplier le second profil corrigé D'i par un rapport de l'intégrale sur l'ensemble des canaux en amplitude du second profil Dx (notée ∑A ) et de l'intégrale sur l'ensemble des canaux en amplitude du premier profil corrigé (notée
∑DJXCJ ) tel que :
Figure imgf000015_0001
L'opération qui vient d'être décrite est renouvelée pour tous les profils successivement choisis. Chaque profil Dk est ainsi tout d'abord multiplié par une fonction de correction Ck tenant compte des profils corrigés précédemment puis normalisés, tel que : D'k = Dk x CΛ pour la multiplication avec Ck = C-i + D' k-i et D'k-i un profil corrigé et normalisé juste avant le profil Dk, et Dk '— Dk x-= pour la normalisation, dans
le cas où l'on a suivi la première variante de normalisation, ou
D'k = Di. xC dans un cas où l'on a
Figure imgf000016_0001
suivi la seconde variante de normalisation. On traite ainsi l'ensemble des profils à temps de montée constant du spectre bi-paramétrique. Après traitement de tous les profils, le spectre bi-paramétrique final est corrigé (étape SN) . La fonction de correction obtenue à la fin du procédé sera notée CN- La fonction CN-Co c'est-à-dire, la fonction de correction finale CN a laquelle on retranche la distribution initiale Co, correspond quant à elle à un spectre énergétique que l'on a construit itérativement pour tous les temps de montée à partir du spectre bi-paramétrique corrigé. Le procédé suivant l'invention peut être combiné à un procédé de traitement par homothétie tel que décrit précédemment dans la présentation de l'art antérieur. Dans le cas d' un spectre bi-paramétrique préalablement traité par homothétie, on peut procéder de la manière suivante : On procède à l'acquisition de deux paramètres (typiquement amplitude A et temps de montée
T) , puis on réalise un étalonnage sur deux pics de référence permettant de calibrer un Gain(T) et un décalage (T) . Ensuite, grâce à l'un des pics de référence, on classe les différents canaux en temps de montée du spectre, typiquement du plus précis (celui dont le profil à la meilleur résolution) au moins précis. On procède ensuite en construisant itérativement un spectre énergétique. Pour chaque temps de montée T du spectre bi-paramétrique, on traite les différents canaux d' amplitude selon la méthode suivante : 1) Pour un temps de montée donné, on corrige chaque canal d' amplitude selon la loi E=gain (T) A+Décalage (T) , c'est-à-dire que les coups du canal sont redistribués selon une loi (de type appropriée, par exemple gaussienne de largeur Gain(T) x 1 canal) centrée sur E. Ainsi, un profil Dk du spectre pour ledit temps de montée donné est corrigé de manière homothétique . 2) On prend en compte la connaissance antérieure en multipliant ce profil ou cette distribution Dk par une fonction de correction Ck obtenue grâce aux distributions corrigées précédemment. 3) On normalise la distribution résultante D' pour lui affecter le nombre de coups égal au nombre de coups de canal à corriger. 4) On modifie la fonction de correction C en lui ajoutant la distribution corrigée et normalisée
D'k. 5) On répète le processus pour traiter l'ensemble des points du spectre bi-paramétrique. A la fin du traitement, on obtient une fonction de correction finale notée CN. Une fonction notée CN-Co égale à la fonction de correction finale à laquelle on retranche la fonction de correction initiale, correspond audit spectre énergétique obtenu par cumul sur tous les temps de montée. Notons que la fonction de correction peut être initialisée grâce à une distribution uniforme de manière à indiquer l'absence de connaissance initiale. Le décompte du nombre de photons ou nombre de coups initialement inclus dans la fonction de correction correspond à une quantité d'information statistiquement fiable et donc significative. Quel que soit le spectre bi-paramètrique de départ, la chronologie de traitement des différents temps de montée peut être choisie au préalable. On préférera partir des points du spectre les plus précis. Pour cela, les différents points du spectre bi-paramètrique sont classés par ordre de précision. Ce classement n'a pas nécessairement de corrélation avec la chronologie arithmétique des valeurs de temps de montée (autrement dit les points classés ne sont pas obligatoirement juxtaposés sur le spectre) . Le spectre référencé 16 correspond à une somme sur tous les temps de montée du spectre bi-paramétrique corrigé à l'aide du procédé suivant l'invention et correspond à une représentation graphique de la fonction de correction CN obtenue à la fin du procédé suivant l'invention à laquelle on a retranché la fonction de correction initiale C0. On peut appliquer ce principe de façon moins stricte, en sachant que les profils dans des régions du spectre correspondant à des grandes amplitudes de signal sont généralement plus précis que les profils dans des régions du spectre correspondant à des faibles amplitudes, et ainsi choisir une chronologie de traitement selon un ordre décroissant des temps de montée. Pour d'autres raisons, on pourra choisir un ordre croissant ou aléatoire ou prédéterminé quelconque. Un autre exemple de procédé selon l'invention met en œuvre une normalisation locale au cours du traitement du spectre bi-paramétrique grâce à une fonction d'incertitude que l'on notera G. Dans cet exemple de procédé, on corrige chaque profil à temps de montée T constant du spectre bi-paramétrique par exemple dans un ordre suivant un classement préétabli selon un critère de résolution. Pour un profil Dk donné à temps de montée constant sélectionné (représenté par exemple par le tracé d'une ligne horizontale orthogonale à l'axe des ordonnées sur la figure 1) , on traite ce profil, canal d'amplitude après canal d'amplitude, sur l'ensemble des différents canaux d'amplitude selon la méthode suivante : Pour un canal d' amplitude donné i (représenté par exemple par une ligne verticale discontinue orthogonale à l'axe des abscisses sur la figure 1) : 1) On sélectionne le nombre de coups ou de photons contenu dans le profil Dk pour ledit canal d'amplitude donné i, et que l'on notera Dk(i). 2) On redistribue ce nombre selon ladite fonction d'incertitude, qui est centrée sur ledit canal d'amplitude donné i et que l'on notera alors Gx. Cette fonction d' incertitude peut être par exemple une distribution gaussienne dont l'écart type dépend de l'incertitude sur les mesures qui ont permis d'obtenir le spectre bi-paramétrique. 3) Le résultat de cette redistribution est multiplié par une fonction de correction Ck, et normalisé. La fonction de correction Ck peut être obtenue, comme cela a été décrit précédemment, par sommation des distributions à temps de montée constant traitées et corrigées précédemment. Quant à la normalisation, cette dernière peut être une division par une intégrale, sur l'ensemble des canaux en amplitude, du produit de la fonction d'incertitude centrée Gi par la fonction de correction Ck, intégrale que l'on notera ∑G,.xCft, i correspondant audit canal
d' amplitude donné . Cette normalisation effectuée de manière localisée permettra de conserver le nombre de coups
Dk(i) dans le spectre final corrigé. Le processus qui vient d'être décrit est alors répété pour l'ensemble de tous les canaux en amplitude. On réalise alors une somme sur l'ensemble des canaux afin d' obtenir un profil corrigé et normalisé que l'on notera D'k.
Figure imgf000020_0001
Pour résumer le traitement qui vient d' être effectué, on redistribue le nombre de coups de chaque canal i, dans une région proche du canal i, selon une distribution GjXCk, qui correspond à une sélection locale de la fonction de correction autour de chaque canal i. On empêche ainsi de redistribuer les coups de chaque canal dans des régions du spectre éloignées de celle dans laquelle ils se trouvaient initialement et où la présence de ces coups aurait peu ou pas de signification physique. Le traitement d'un profil Dk du spectre peut encore s'écrire : où * ' désigne une
Figure imgf000021_0001
convolution. Ce traitement étant prévu pour chacun des profils à temps de montée constant, on incrémente ensuite "'la fonction de correction Ck, en lui ajoutant le profil qui vient d'être corrigé. On répète ensuite le traitement pour un autre profil à temps de montée constant. Lorsque l'ensemble des profils à temps de montée constant du spectre bi-paramétrique sont corrigées, on obtient, à la fin du traitement, une fonction de correction finale notée CN. Une fonction notée C -CO égale à la fonction de correction finale à laquelle on retranche la fonction de correction initiale, correspond audit spectre énergétique obtenu par cumul sur tous les temps de montée. La figure 5 représente un spectre bi-paramétrique corrigé par un procédé selon l'invention, du type de celui de la figure 3 précédemment décrit, qui résultait d'un traitement par homothétie. Sur cette figure on voit que l'on obtient deux nuages de points distincts 10c et lld, plus fins et mieux séparées que sur la figure 3. La figure 6 représente deux spectres énergétiques référencés 15 et 16, obtenus à partir de projections dans la direction de l'axe des ordonnées respectivement d'un premier spectre bi-paramétrique du type de celui sur la figure 3 et d'un autre spectre bi-paramétrique du type de celui illustré sur la figure 5. La résolution du spectre 16, résultant d'un procédé de traitement suivant l'invention est meilleure que celle du spectre référencé 15 et permet de mieux distinguer les deux énergies Ea et Eb. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre à l'aide d'un dispositif tel qu'illustré sur la figure 7. La référence 100 sur la figure 7 désigne une matrice d'éléments de détection 102 à semi-conducteur, agencées dans un plan de détection. La figure 8 montre l'exemple d'une structure d'un détecteur à semi-conducteur. Celui-ci comprend une plate-forme 30 équipée de circuits électroniques 32 intégrés et sur laquelle est montée une pluralité d'éléments de détection 34. Les éléments de détection 34 se présentent chacun sous la forme d'un bloc de semi-conducteur avec deux faces parallèles opposées sur lesquelles sont prévues des électrodes. Un champ électrique appliqué sur les électrodes permet de faire migrer les porteurs de charges, c'est-à-dire les éle,ctrons et les trous formés par l'interaction du rayonnement avec le semi-conducteur. Les électrodes, non représentées sur la figure, sont également prévues pour recevoir les charges et les transférer vers les circuits intégrés de la plate-forme 30 pour la formation d'un signal de détection. Les signaux délivrés par les éléments de détection sont dirigés vers un premier circuit intégré par exemple un circuit intégré spécifique (ASIC) 110. Ce circuit comprend des voies d'amplification des signaux pour chaque élément de détection et des moyens de multiplexage des voies . Un deuxième circuit 112 est prévu pour déterminer l'amplitude et le temps de montée de chaque signal et pour mettre en forme des données correspondant à ces grandeurs, ainsi que des données représentant les coordonnées des événements. Les coordonnées des événements sont liées à la position de l'élément de détection correspondant dans le plan de détection. Un circuit tel que le circuit 112 est par exemple décrit dans le document FR - 2 738 919. Le procédé de traitement suivant l'invention peut s'appliquer à des spectres bi-paramétrique ayant pour paramètre de forme un paramètre différent du temps de montée, par exemple un paramètre de rapport de signal de cathode sur signal d'anode provenant desdites électrodes. Les données sont dirigées vers un ordinateur 114 destiné à effectuer les calculs et traitements liés à la phase de calibrage et destiné à construire une image (par exemple médicale) à partir des données lors de la phase d'acquisition. L'image est affichée sur un écran 116. L'ordinateur est conçu ou programmé pour corriger le spectre bi-paramétrique selon un procédé conforme à l'invention. Les données pour mettre en œuvre ce procédé peuvent être mémorisées dans l'ordinateur 114 ou dans une mémoire indiquée par la référence 120 sur la figure 7. Lors de la phase d'acquisition, les circuits 110 et 112 établissent toujours les données d'amplitude, de temps de montée et de coordonnées des événements à partir des signaux des éléments de détection. Un spectre tel que celui de la figure 6 peut être obtenu par le traitement décrit ci-dessus. Il peut être affiché à l'écran 116 au cours d'une acquisition. Un dispositif et un procédé selon l'invention .peuvent être utilisés dans le cadre d'examens médicaux pratiqués en médecine nucléaire, tels que décrits dans l'introduction à la demande de brevet FR - 2 790 560, ou d'observations en astrophysique, dans le domaine nucléaire (observation par exemple de flux de déchets radioactifs) , dans le domaine du contrôle non destructif. Dans tout ce qui précède, l'invention a été décrite avec l'exemple de spectres bi-paramétriques (temps - amplitude). La profondeur d'interaction des photon dans le milieu semi-conducteur peut être approchée par la mesure du temps de montée, ou également par la mesure de rapport d'amplitudes anode par cathode. L'invention s'applique également à tout autre exemple de spectre bi-paramétrique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement d'un spectre bi-paramétrique comportant : - la sélection d'un paramètre de profil du spectre, et d'une fonction initiale de correction, - pour tout profil sélectionné selon ce paramètre, effectuer une opération de correction au moins par multiplication de ce profil sélectionné par une fonction de correction, égale à la somme d'au moins une partie des profils déjà corrigés.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le spectre bi-paramétrique est un spectre (temps de montée - amplitude) , le paramètre de profil étant le temps de montée du spectre.
3. Procédé selon la revendication 2, les profils étant sélectionnés selon un ordre décroissant des temps de montée.
4. Procédé selon la revendication 2, comportant en outre l'étape de : - classement de tous les profils du spectre selon un critère de qualité de résolution, les profils étant sélectionnés selon un ordre décroissant de qualité de résolution.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le spectre bi-paramétrique est un spectre préalablement corrigé par homothétie.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la fonction initiale de correction est une distribution uniforme.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel ladite opération de correction comprend en outre une étape de normalisation de ladite fonction de correction consistant en une division par une intégrale de ladite fonction de correction.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel ladite opération de correction comprend en outre une étape de normalisation consistant en une autre multiplication par un rapport d' une intégrale dudit profil sélectionné sur une autre intégrale dudit profil sélectionné et multiplié par ladite fonction de correction.
9. Procédé selon l'une des revendications 2 à 6, dans lequel ledit spectre est représentatif d'une distribution d'un nombre de photons variant suivant différents canaux en temps de montée et différents canaux en amplitude, ladite distribution étant déterminée à une incertitude de mesure près, ladite opération de correction comprenant en outre une étape de normalisation comportant : - une division dudit profil sélectionné par une convolution de ladite fonction de correction et de ladite fonction d'incertitude, - une étape de redistribution canal d' amplitude par canal d' amplitude de la répartition du nombre de photons dans ledit profil sélectionné à l'aide d'une fonction dite d'incertitude dépendante de ladite incertitude de mesure.
10. Procédé selon la revendication 9, ladite fonction étant une fonction de type gaussienne dont l'écart type dépend de ladite incertitude.
11. Dispositif de traitement d'un spectre bi-paramétrique (temps - amplitude) comportant : - des moyens pour sélectionner un paramètre de profil du spectre, et une fonction initiale de correction, - des moyens pour, pour tout profil sélectionné selon ce paramètre, effectuer une opération de correction par multiplication de ce profil sélectionné par une fonction de correction, égale à la _ somme d'au moins une partie des profils déjà corrigés et normalisés .
12. Dispositif selon la revendication 11, comportant en outre : - des moyens pour classer tous les profils du spectre selon un critère de qualité de résolution, - des moyens pour sélectionner les profils du spectre selon un ordre croissant ou décroissant de qualité de résolution.
13. Dispositif selon l'une des revendications 11 ou 12, comportant en outre des moyens pour corriger le spectre par homothétie.
14. Dispositif d'imagerie médicale comportant : - un détecteur ou une matrice de détecteurs à semi-conducteur, - des moyens d'acquisition d'un spectre bi-paramétrique, - un dispositif de traitement du spectre bi-paramétrique selon l'une des revendications 11 à 13, - des moyens d'affichage d'informations relatives au traitement du spectre bi-paramétrique.
15. Dispositif de traitement d'un spectre bi-paramétrique comportant : - des moyens pour sélectionner un paramètre de profil du spectre et une fonction initiale de correction, - des moyens programmés pour mettre en œuvre un procédé selon l'une des revendications 1 à 10.
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