WO1988003275A1 - Method for reconstructing images of successive parallel section cuttings of an object containing gamma radiation emitting sources - Google Patents

Method for reconstructing images of successive parallel section cuttings of an object containing gamma radiation emitting sources Download PDF

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WO1988003275A1
WO1988003275A1 PCT/FR1987/000421 FR8700421W WO8803275A1 WO 1988003275 A1 WO1988003275 A1 WO 1988003275A1 FR 8700421 W FR8700421 W FR 8700421W WO 8803275 A1 WO8803275 A1 WO 8803275A1
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plane
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images
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Alain Lansiart
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Commissariat A L'energie Atomique
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2914Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2921Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras
    • G01T1/295Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras using coded aperture devices, e.g. Fresnel zone plates
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03Computerised tomographs
    • A61B6/037Emission tomography

Definitions

  • the present invention relates to a method of reconstructing images of successive parallel sections of an object containing sources of gamma radiation, using a gamma camera with a plane detector parallel to the section planes. It applies to the reconstruction of images of parallel sections of an object, and in particular to the reconstruction of tomographic images of one or more successive parallel sections of an organ of the human body, containing sources emitting radiation gamma.
  • this mask comprises an assembly of patterns each formed by a coded mosaic of transparent elements opaque to the radiation produced by the sources contained in the object or the organ.
  • a point source of radiation causes the appearance of an image of each transparent element on the detector.
  • the size of the image depends on the distance from the source of the detector, while the location of the image on the detector depends on the lateral displacement of the source relative to the detector. If each pattern of the mask comprises N transparent elements, one obtains on the detector N images of a source occupying predetermined positions in a fixed reference frame of reference.
  • the positions of the N transparent elements of the mask are coded; it follows that for a source having a predetermined position in a plane parallel to that of the detector and for a predetermined distance from this plane relative to the detector, N images corresponding respectively to these N transparent elements are formed on the detector, in coded locations depending on the position from the source in his plan. The size of each image depends on the distance of the plane containing the source from the detector.
  • the coded information concerning the coded positions of the images, the dimensions of these images, as well as the intensities of the radiation received by the detector at the locations of these images are recorded in a memory.
  • This recorded information does not allow direct reconstruction of the images of different sections of an object, in planes parallel to the detector. Indeed, the images of the transparent elements of the mask, obtained by means of radiation from different sources of the same plane or from different planes, overlap. Correct images of. cuts of an object or an organ, can only be obtained thanks to reconstruction methods which make it possible to determine the location of each source, as well as the intensity of the radiation emitted by it; these methods use processing of the information stored in memory, which are of two types: processing by deconvolution or processing by correlation. 5 -.
  • the first article (1) shows in particular that a deconvolution treatment provides a bad 0 reconstruction of images because noise remains predominant. Better image reconstruction is obtained by correlation processing which significantly reduces noise. This is moreover confirmed in the two other articles (2), (3).
  • the improvement of the signal / noise ratio can be
  • the transparent elements are numerous and occupy fifty percent of the surface of the mask.
  • the object of the present invention is to remedy the "
  • the invention relates first of all to a method of reconstructing images of successive parallel sections of an object containing sources emitting gamma radiation, using a gamma-camera with plane detector parallel to the section planes, this camera having a plurality of outputs each identified by a code and corresponding respectively to the different possible impact coordinates and to the energy of the gamma rays received by the detector, this energy is measured by a digital value supplied on the output corresponding to a impact, the method consisting in interposing between the object and the detector, parallel to this detector, a plane mask formed by assembling identical patterns, of rectangular shape and each comprising a mosaic of transparent elements in a surface opaque to radiation, these transparent elements occupying in the pattern predetermined positions identified according to a coding matrix, the reconstruction of the images of the sections being carried out by processing the count values recorded in a memory, these values being selected according to decoding matrices deduced from the coding matrices and corresponding to the images on the detector of at least one pattern of the mask illuminate
  • the decoding matrix is moved to locate the sources possibly present in this plane, this displacement corresponding to a scanning of all the sources identified by their coordinates (i, j) in the plane Pi, and by measured count values, the sources identified being those located on lines passing through the geometric center of the detector, - from the corresponding count values, the activities of the sources of each plane are reconstructed, characterized in that the the following treatments are then carried out:
  • each of said transparent elements of a pattern is identified by a row number and a column number, the total number of rows L multiplied by the total number of columns C being equal to the length of a one-dimensional series. pseudo-random, L and C being prime to each other.
  • the method of the invention consists in reconstructing images of successive parallel sections of an object containing sources emitting gamma radiation, using a gamma-camera with plane detector parallel to the section planes, this camera having a plurality of outputs each identified by a code and corresponding respectively to the different possible impact coordinates and to the energy of the gamma radiation received by the detector, this energy is measured by a digital value supplied on the output corresponding to an impact, the process consisting " of interposing between the object and the detector, parallel to this detector, a plane mask formed by assembling identical patterns, of rectangular shape and each comprising a mosaic of transparent elements in a surface opaque to radiation, these transparent elements occupying in The pattern of predetermined positions identified according to a coding matrix, the reconstruction tution of the images of the sections being effected by processing the count values recorded in a memory, these values being selected according to decoding matrices deduced from the coding matrices and corresponding to the images on the detector of at least one
  • k is a prime number and i is an integer, m represents the number of elements of a mask pattern, p the number of holes or transparent elements, l the correlation of the series by itself.
  • the method of the invention consists in reconstructing images of successive parallel sections of an object containing sources emitting gamma radiation, using a gamma-camera with plane parallel detector. in section shots, this camera having a plurality of outputs each identified by a code and corresponding respectively to the different coordinates of possible impacts and the energy of the gamma rays received by the detector, this energy is measured by a digital value supplied on the output corresponding to an impact, the process consisting in interposing between the object and the detector, in parallel with this detector, a plane mask formed by assembling identical patterns, of rectangular shape and each comprising a mosaic of transparent elements in a surface opaque to radiation, these transparent elements occupying in the pattern predetermined positions identified according to a coding matrix, the reconstruction images of the sections being carried out by processing the count values recorded in a memory, these values being selected according to decoding matrices deduced from the coding matrices and corresponding to the images on the detector of at least one pattern of the mask illuminated by said
  • the decoding matrix is moved to locate the sources possibly present in this plane, this displacement corresponding to a scanning of all the sources identified by their coordinates (i, j) in the plane Pi and by measured count values,
  • the activities of the sources of each plane are reconstructed, characterized in that it consists, for each cutting plane Pi, of selecting a detector portion corresponding to at least two projections of the same pattern of the mask on the detector, these projections being as far apart as possible.
  • - Figure 1 is a diagram which makes it possible to better understand the use of a mask interposed between the camera and the object, in the method of the invention
  • - Figure 2 is a table making it possible to determine the distribution of the elements transparencies in each pattern of the mask used in the invention
  • FIG. 3 shows schematically One of the mask patterns
  • FIG. 4 shows schematically a system for implementing the method of the invention.
  • FIG. 1 provides a better understanding of the principle of a method for reconstructing sectional images of an object, using a gamma camera associated with a mask comprising patterns with transparent elements as used for example in the method of CANNON and FENIMORE mentioned above, or in the process of the invention.
  • the screen is shown schematically with a circular periphery of a detector 1, of a gamma-camera.
  • Gamma radiation is emitted by sources located in an object or an organ 2.
  • the detector 1 is a plane detector without collimator.
  • the coordinates of the points of impact of the radiation on this detector are identified with respect to a reference frame X, Y, the origin of which is, for example, confused with the geometric center 0 of the detector.
  • the sources belong for example to different section planes P1, P2, P3, of the organ or of the object 2, parallel to the plane P of the detector 1.
  • the distances from these planes relative to the detector are marked on the axis 0Z perpendicular to the XY axes of the reference frame.
  • the coordinates of the sources are identified with respect to the reference frame OXY, and by the respective distances Z1, Z2, Z3 from the planes P1, P2, P3 which contain these sources. These distances are identified on the axis 0Z, for example relative to the plane P of the detector 1.
  • a mask M, contained in a plane P is interposed between the detector 1 and the object or the organ 2, of which we want to reconstruct the images of the sections, in the planes P1,
  • the plane P is parallel to the plane of the
  • This mask comprises an assembly of patterns such as the pattern M1, each formed by a mosaic of transparent elements 3 and opaque 4 to the radiation emitted by the sources. To simplify the figure, only one motif of the assembly of motifs constituting the mask has been shown. Likewise, only a few transparent and opaque elements of the mosaic constituting each motif have been represented.
  • the plane dimension of the object is limited by the object-mask and mask-detector distances.
  • the image on the detector of the pattern M1 of the mask M lit by the source S1 is represented at 11.
  • the extent of this image represents the useful portion of the detector, used to reconstruct the images of the sources contained in the plane P1 located at a distance detector preset.
  • the maximum field of the section C1 of the object which it is possible to observe for the plane P1 is obtained by projecting from the center 0 of the detector, the same pattern M1 of the mask, on the plane P1.
  • the same portion 11 of the detector is used, by projecting onto it another pattern M2 of the mask M.
  • a source S3 is located on the axis 0Z, but in a plane P2 further from the detector than the plane P1, the image 13 of the pattern M1 illuminated by this source S3 covers a more restricted portion of the detector, than the image 11 produced by the source
  • any straight line is drawn, cutting for example three consecutive cutting planes, very close together, respectively at three points, these points have substantially the same coordinates (i, j) with respect to the coordinate system (X, Y) of reference; only the distance z from these points marked on 0Z varies with respect to the detector.
  • We seek the maximums of intensity of the sources by counting, for sources which are located in parallel and neighboring section planes and which are on the same straight line passing through the geometric center of the detector, these sources having the same coordinates (i , j) in each plane.
  • an envelope of the object is defined. All the sources must be located in this envelope, but for each cutting plane, the detector portion is chosen so as to correspond to any pattern of the mask.
  • a gamma camera equipped with such a type of detector and using a mask constituted by an assembly of patterns provides on outputs, numerical values relating to the energies of gamma radiation received by the detector, through the transparent elements of the mask. Each output is coded in position and therefore also makes it possible to locate the coordinates, relative to a reference frame, of the impact of radiation on the detector.
  • the numerical values for each impact position can be recorded before undergoing a processing allowing the reconstruction of the images of the sources of each cutting plane.
  • the values processed are those which correspond to the images of the patterns, for each distance from the cutting plane and for all the coordinates of emitting sources which may be located in each plane.
  • the transparent elements of each pattern of the mask are identified by a row number and a column number.
  • the mask patterns are rectangular, as are the transparent elements of each pattern.
  • the row and column numbers of each transparent element correspond respectively to two numbers in a succession of pairs of numbers in a two-dimensional series. Pairs of numbers in this series are obtained from successive numbers in a predetermined one-dimensional pseudo-random series. If L denotes the total number of Rows and C The total number of columns, L and C are chosen so that the product LxC is equal to The length of a pseudo-random one-dimensional series, L and C being prime to each other.
  • the table of FIG. 2 gives in the first column, an example of values of a known one-dimensional pseudo-random series, of q-nary type, tabulated from 0 to 650, used in the method of the invention, to form a two-dimensional pseudo-random series.
  • a (i, j) from a one-dimensional series A (x)
  • the binary content of A (i, j) A (x) with i ⁇ mod x and j ⁇ mod x_ rs
  • the selected series is said to be q-nary and has the following training rules:
  • k is a prime number and i is an integer, m represents the number of elements of a mask pattern, p The number of holes or transparent elements, l The correlation of the series by itself. 2
  • each pattern is chosen so that the ratio p / m (little different from 1 / q) is less than or equal to ten percent.
  • each value i in the two-dimensional series corresponds to the division oduLo 31 of the corresponding value in the one-dimensional series.
  • Each value J of the two-dimensional series corresponds to the division moduLo 21 of the corresponding value of the one-dimensional series.
  • i and J represent the row and column numbers at the intersection of which, according to the invention, the transparent elements of a pattern, of rectangular or square shape, are placed. The rest of the design is opaque.
  • FIG. 3 A pattern used in the implementation of the method of the invention is represented in FIG. 3.
  • the transparent elements are represented by square or rectangular surfaces, of black color.
  • the i and J numbers of rows and columns are shown in the figure.
  • C is the total value of counts of the detector
  • k is the ratio between the activity of a source in the object to the total activity of the sources of the object (value of the count for a predetermined time)
  • m represents the total number of opaque elements in a mask pattern
  • p is the number of transparent elements (which are actually windows or holes).
  • the pattern comprises, as indicated above, m elements among which there are ap holes or transparent elements, to obtain a signal at the output of the detector, it is necessary to add p pixels and to subtract therefrom (mp), affected by the coefficient l / (pL ) (l denoting The correlation of the series by itself).
  • the contents A of pixels (number of strokes for these pixels) differ little from each other.
  • the procedure for the invention is as follows, for one of these images: the count values supplied by the camera are recorded in a memory; these values of counts correspond to the radiation received by the detector, through the transparent elements of one or other of the patterns of the mask, when the latter is illuminated by the different sources of the different cutting planes.
  • the procedure is as follows. The count values are selected according to the decoding matrices deduced from the coding matrices of the positions of the transparent elements of a pattern. These decoding matrices correspond to the images on the detector, of at least one pattern of the mask illuminated by the sources contained in the object.
  • the dimensions and locations of these images on the detector depend on the coordinates of the sources in each section plane, as well as on the distance of each plane relative to the detector.
  • the process then consists in carrying out the following operations: - as indicated above. top, we select a portion of the detector for each distance from the cutting plane Pi with respect to the detector, - for each cutting plane Pi, we move the decoding matrix to identify the sources possibly present in this plane Pi, this displacement corresponding to a scan of all the sources identified by their coordinates (i, j) in the plane Pi, and by measured digital values which are recorded in memory, the sources identified being, according to this embodiment, those located on straight lines passing through the geometric center of the detector. - from the corresponding numerical values, the activities of the sources of each plane are reconstructed. The values of these activities are saved in memory.
  • the activity of each identified source is determined from the corresponding corrected counting value and the preceding treatments are repeated in an iterative mode until the corrected value obtained for each source be invariable. It is from the invariable corrected values that the images of the sections of the object are obtained.
  • the iterative processing in fact stops when the signal / noise ratio reaches a sufficient value, that is to say when the background noise has become insignificant.
  • FIG. 4 schematically represents a system for reconstructing images of successive parallel sections of an object or an organ containing sources emitting gamma radiation and making it possible to implement the method of the invention.
  • This system includes a gamma-camera 5, located opposite the object or the member 2 for which one wishes to reconstruct images of successive parallel sections.
  • This gamma-camera comprises in particular a detector 1 (without collimator) which is not shown in detail in the figure, but which comprises in known manner, a scinti llator associated with photomultipliers.
  • These photomultipliers are connected to supply, amplification and coding means 6, which supply, on a plurality of outputs 7, a plurality of coded values of the energy of the radiations received by the detector. These values are coded so that each value corresponds to information relating to the coordinates of the point of impact of each radiation on the detector. These coordinates are identified in the reference frame mentioned above.
  • the mask M comprising an assembly of patterns such as M1, described above.
  • This mask is interposed between the detector 1 and the object or the organ 2.
  • the gamma-camera does not include a collimator but is provided with a field of view limiter 8.
  • the coded values supplied by the outputs 7 of the camera are recorded in a memory 9.
  • the outputs of this memory are connected to decoding means 10 of the stored coded values.
  • These decoding means are connected to a processing unit 11 which applies to them the decoding matrices mentioned above.
  • the processing means receive the values thus selected according to these matrices.
  • the decoded values can be recorded in a storage unit 12, connected to the processing means 11, before being processed so as to then be transmitted to display means 13 of the reconstructed images of the different cutting planes of the object or of the object. 'organ 2.
  • the storage means 12 also make it possible to record the programs defining the decoding matrices of the coded values and stored in the memory 9.
  • the storage means 12 can also record the programs for processing the decoded values; these programs are not described here in detail. They implement a flowchart in accordance with the steps of the method described above.
  • the device gives a signal to noise ratio and a resolution all the better as the source is more surface.
  • An appreciable improvement in the detection of deep sources consists, according to another embodiment, in taking on the detector at least two projections of a pattern of the mask as far apart as possible. Two advantages are obtained: one due to the obliquity of gamma rays participating in Image reconstruction, the other linked to counting statistics by increasing the detection area used.
  • the advantages of an oblique projection involving at least two projections of a pattern on the detector are as follows: 1) - the signal / noise ratio for a given mask and mask-detector distance, increases in proportion to the square root of the detection surface.
  • the gain in S / B is V ⁇ , it is ⁇ 2 / (1-K * 0 if the two projections have a relative common part ⁇
  • a magnification ratio between the dimension of a pixel and that of a hole
  • the S / N ratio remains constant.

Abstract

Method for reconstructing images of successive section cuttings of an object (2) by means of a gamma-camera (5) having a plane detector (1) parallel to the section cutting planes. The method comprises the use of a mask (M) arranged between the object and the camera, forming a coding matrix comprising patterns (M1) formed by transparent elements in an opaque surface. The method comprises then the processing of signals provided by the gamma-camera, from a matrix for decoding the images of the sources on the detector, obtained by traversing the mask. The processing uses an iterative algorithm of signal processing. Application to the formation of tridimensional images of objects.

Description

PROCEDE DE RECONSTRUCTION D'IMAGES DE COUPES PARALLELES SUCCESSIVES D'UN OBJET CONTENANT DES SOURCES EMETTRICES DE RAYONNEMENT GAMMA METHOD FOR RECONSTRUCTING SUCCESSIVE PARALLEL CUT IMAGES OF AN OBJECT CONTAINING GAMMA RADIATION SOURCES
DESCRIPTIONDESCRIPTION
La présente invention concerne un procédé de reconstruction d'images de coupes parallèles successives d'un objet contenant des sources é ettrices de rayonnement gamma, à l'aide d'une gamma-caméra à détecteur plan parallèle aux plans de coupe. Elle s'applique à la reconstitution d'images de coupes parallèles d'un objet, et notamment, à la reconstitution d'images tomographiques d'une ou plusieurs coupes parallèles successives d'un organe du corps humain, contenant des sources émettrices de rayonnement gamma. On sait qu'il est possible de reconstruire les images de coupes parallèles successives d'un objet ou d'un organe contenant des sources émettrices de rayonnement gamma, à l'aide d'une gamma-caméra à détecteur plan fixe, associé à un masque plan, parallèle au détecteur ; ce masque comporte un assemblage de motifs formés chacun par une mosaïque codée d'éléments transparents et opaques aux rayonnements produits par les sources contenues dans l'objet ou l'organe.The present invention relates to a method of reconstructing images of successive parallel sections of an object containing sources of gamma radiation, using a gamma camera with a plane detector parallel to the section planes. It applies to the reconstruction of images of parallel sections of an object, and in particular to the reconstruction of tomographic images of one or more successive parallel sections of an organ of the human body, containing sources emitting radiation gamma. We know that it is possible to reconstruct the images of successive parallel sections of an object or an organ containing sources emitting gamma radiation, using a gamma-camera with fixed plane detector, associated with a plane mask, parallel to the detector; this mask comprises an assembly of patterns each formed by a coded mosaic of transparent elements opaque to the radiation produced by the sources contained in the object or the organ.
Le principe de base utilisé dans l'obtention d'une image à partir d'une mosaïque codée d'éléments transparents et opaques, est simple. Une source ponctuelle de rayonnements provoque l'apparition d'une image de chaque élément transparent sur le détecteur. La dimension de l'image dépend de la distance qui sépare la source du détecteur, tandis que l'emplacement de l'image sur le détecteur dépend du déplacement latéral de la source par rapport au détecteur. Si chaque motif du masque comporte N éléments transparents, on obtient sur le détecteur N images d'une source occupant des positions prédéterminées dans un repère fixe de référence. Les positions des N éléments transparents du masque sont codées ; i l en résulte que pour une source ayant une position prédéterminée dans un plan parallèle à celui du détecteur et pour un éloignement prédéterminé de ce plan par rapport au détecteur, N images correspondant respectivement à ces N éléments transparents, se forment sur le détecteur, en des emplacements codés dépendant de la position de la source dans son plan. La dimension de chaque image dépend de l'éloignement du plan contenant la source par rapport au détecteur. Les informations codées concernant les positions codées des images, les dimensions de ces images, ainsi que les intensités des rayonnements reçus par le détecteur aux emplacements de ces images sont enregistrées dans une mémoire.The basic principle used in obtaining an image from a coded mosaic of transparent and opaque elements is simple. A point source of radiation causes the appearance of an image of each transparent element on the detector. The size of the image depends on the distance from the source of the detector, while the location of the image on the detector depends on the lateral displacement of the source relative to the detector. If each pattern of the mask comprises N transparent elements, one obtains on the detector N images of a source occupying predetermined positions in a fixed reference frame of reference. The positions of the N transparent elements of the mask are coded; it follows that for a source having a predetermined position in a plane parallel to that of the detector and for a predetermined distance from this plane relative to the detector, N images corresponding respectively to these N transparent elements are formed on the detector, in coded locations depending on the position from the source in his plan. The size of each image depends on the distance of the plane containing the source from the detector. The coded information concerning the coded positions of the images, the dimensions of these images, as well as the intensities of the radiation received by the detector at the locations of these images are recorded in a memory.
Ces informations enregistrées ne permettent pas de reconstruire directement les images de différentes coupes d'un objet, dans des plans parallèles au détecteur. En effet, les images des éléments transparents du masque, obtenues grâce aux rayonnements issus de différentes sources d'un même plan ou de plans différents, se chevauchent. Des images correctes des. coupes d'un objet ou d'un organe, ne peuvent être obtenues que grâce à des méthodes de reconstruction qui permettent de déterminer la localisation de chaque source, ainsi que l'intensité du rayonnement émis par celle-ci ; ces méthodes utilisent des traitements des informations enregistrées en mémoire, qui sont de deux types : traitement par déconvolution ou traitement par corrélation. 5 -. Le principe de reconstruction d'images de coupes d'un objet à l'aide d'une gamma-caméra à détecteur plan, associée à un masque à éléments transparents et opaques, par traitement de convolution ou de corrélation des signaux fournis par cette gamma-caméra, est décrit dans un article (1) intitulé "Coded Q aperture imaging with unifor ly redendant arrays" par E.E.FENIMORE et T.M. CANNON- revue "Applied Optics"- Volume 13, n°3, February 1, 1978, pages 337 à 347.This recorded information does not allow direct reconstruction of the images of different sections of an object, in planes parallel to the detector. Indeed, the images of the transparent elements of the mask, obtained by means of radiation from different sources of the same plane or from different planes, overlap. Correct images of. cuts of an object or an organ, can only be obtained thanks to reconstruction methods which make it possible to determine the location of each source, as well as the intensity of the radiation emitted by it; these methods use processing of the information stored in memory, which are of two types: processing by deconvolution or processing by correlation. 5 -. The principle of reconstruction of section images of an object using a gamma-camera with plane detector, associated with a mask with transparent and opaque elements, by convolution or correlation processing of the signals supplied by this gamma -camera, is described in an article (1) entitled "Coded Q aperture imaging with unifor ly redendant arrays" by EEFENIMORE and TM CANNON- review "Applied Optics" - Volume 13, n ° 3, February 1, 1978, pages 337 to 347.
Un autre article (2) des mêmes auteurs, intituléAnother article (2) by the same authors, entitled
"To ographical imaging using uniformly redendant arrays" dans la 5 revue "Applied Optics"- Volume 18, n°7, Apπ'l 1, 1979, pages 1052 à 1057 décrit plus particulièrement l'application à la tomographie, du principe de l'article (1) précédent. Un autre article (3) intitulé "An évaluation of techniques for stationary coded a aperture three-dimensional imaging in nuclear medicine" 5 de J.S. FLEMING et B.A.GODDARD, paru dans la revue "Nuclear instruments and methods in physics research" 221-1984- North Holland, pages 242 à 246, décrit une méthode de reconstruction d'images de coupes d'un objet ou d'un organe par traitement de déconvolution des informations issues du détecteur d'une gamma-"To ographical imaging using uniformly redendant arrays" in the 5 review "Applied Optics" - Volume 18, n ° 7, Apπ ' l 1, 1979, pages 1052 to 1057 describes more particularly the application to tomography, of the principle of the preceding article (1). Another article (3) entitled "An evaluation of techniques for stationary coded a aperture three-dimensional imaging in nuclear medicine" 5 by JS FLEMING and BAGODDARD, published in the journal "Nuclear instruments and methods in physics research" 221-1984- North Holland, pages 242 to 246, describes a method of reconstructing sectional images of an object or an organ by processing deconvolution of information from the detector of a gamma-
10 caméra associée à un masque.10 camera associated with a mask.
D'une façon générale, les traitements effectués selon les procédés connus sont longs et compliqués et un problème non résolu, quel que soit le procédé de traitement utilisé, est le bruit de fond important qui apparaît dans la reconstruction deIn general, the treatments carried out according to the known methods are long and complicated and an unsolved problem, whatever the treatment method used, is the significant background noise which appears in the reconstruction of
15 chaque image ; l'augmentation du rapport du signal (utile à la reconstruction d'images), au bruit (notamment crée par les sources environnantes de celle qui fournit un signal utile), n'est pas facile à obtenir. Le premier article (1) montre notamment qu'un traitement par déconvolution fournit une mauvaise 0 reconstruction dimages car le bruit reste prédominant. Une meilleure reconstruction d'image est obtenue par un traitement de corrélation qui diminue sensiblement le bruit. Ceci est d'ailleurs confirmé dans les deux autres articles (2), (3).15 each image; the increase in the ratio of the signal (useful for the reconstruction of images), to the noise (notably created by the sources surrounding that which provides a useful signal), is not easy to obtain. The first article (1) shows in particular that a deconvolution treatment provides a bad 0 reconstruction of images because noise remains predominant. Better image reconstruction is obtained by correlation processing which significantly reduces noise. This is moreover confirmed in the two other articles (2), (3).
L'amélioration du rapport signal/bruit peut êtreThe improvement of the signal / noise ratio can be
25 obtenue, comme le montrent notamment les articles (1) et (2) en disposant les éléments transparents d'un masque selon une répartition aléatoire. Cette répartition qui améliore la valeur du rapport signal/bruit ne permet cependant pas d'obtenir des images extrêmement satisfaisantes, le traitement des informations25 obtained, as shown in particular in articles (1) and (2) by arranging the transparent elements of a mask according to a random distribution. This distribution which improves the value of the signal / noise ratio does not however make it possible to obtain extremely satisfactory images, the processing of the information
2Q par corrélation ne parvenant pas à accroître de façon significative, la valeur du rapport signal/bruit. Dans ces dispositifs connus, les éléments transparents sont nombreux et occupent cinquante pour cent de la surface du masque.2Q by correlation failing to significantly increase the value of the signal / noise ratio. In these known devices, the transparent elements are numerous and occupy fifty percent of the surface of the mask.
La présente invention a pour but de remédier aux " The object of the present invention is to remedy the "
« inconvénients des procédés connus de reconstruction d'images de coupes d'un objet, et notamment de fournir un procédé rapide permettant de réduire très sensiblement l'effet du bruit de fond sur les images reconstruites. Ce but est atteint, notamment en utilisant un masque dans lequel les éléments transparents de chaque motif se répartissent d'une façon pseudo-aléatoire prédéterminée, et en effectuant un traitement itératif particulier des valeurs de comptages fournies par la gamma- caméra.“Disadvantages of known methods of reconstructing images of sections of an object, and in particular to provide a rapid process making it possible to very significantly reduce the effect of background noise on the reconstructed images. This object is achieved, in particular by using a mask in which the transparent elements of each pattern are distributed in a predetermined pseudo-random manner, and by carrying out a particular iterative processing of the count values supplied by the gamma-camera.
L'invention concerne tout d'abord un procédé de reconstruction d'images de coupes parallèles successives d'un objet contenant des sources émettrices de rayonnements gamma, à l'aide d'une gamma-caméra à détecteur plan parallèle aux plans de coupes, cette caméra ayant une pluralité de sorties repérées chacune par un code et correspondant respectivement aux différentes coordonnées d'impacts possibles et à l'énergie des rayonnements gamma reçus par le détecteur, cette énergie est mesurée par une valeur numérique fournie sur la sortie correspondant à un impact, le procédé consistant à interposer entre l'objet et le détecteur, parallèlement à ce détecteur, un masque plan formé par assemblage de motifs identiques, de forme rectangulaire et comportant chacun une mosaïque d'éléments transparents dans une surface opaque aux rayonnements, ces éléments transparents occupant dans le motif des positions prédéterminées repérées selon une matrice de codage, la reconstitution des images des coupes étant effectuée par un traitement des valeurs de comptages enregistrées dans une mémoire, ces valeurs étant sélectionnées selon des matrices de décodage déduites des matrices de codage et correspondant aux images sur le détecteur d'au moins un motif du masque éclairé par lesdites sources, les dimensions et les emplacements de ces images sur le détecteur dépendant du motif choisi dans le masque, des coordonnées des sources dans chaque plan, par rapport à un repère de référence, ainsi que L'éloignement de chaque plan par rapport au détecteur, le procédé consistant à effectuer les opérations suivantes : - on sélectionne une portion du détecteur pour chaque éloignement de plan de coupe Pi par rapport au détecteur,The invention relates first of all to a method of reconstructing images of successive parallel sections of an object containing sources emitting gamma radiation, using a gamma-camera with plane detector parallel to the section planes, this camera having a plurality of outputs each identified by a code and corresponding respectively to the different possible impact coordinates and to the energy of the gamma rays received by the detector, this energy is measured by a digital value supplied on the output corresponding to a impact, the method consisting in interposing between the object and the detector, parallel to this detector, a plane mask formed by assembling identical patterns, of rectangular shape and each comprising a mosaic of transparent elements in a surface opaque to radiation, these transparent elements occupying in the pattern predetermined positions identified according to a coding matrix, the reconstruction of the images of the sections being carried out by processing the count values recorded in a memory, these values being selected according to decoding matrices deduced from the coding matrices and corresponding to the images on the detector of at least one pattern of the mask illuminated by said sources, the dimensions and the locations of these images on the detector depending on the pattern chosen in the mask, the coordinates of the sources in each plane, with respect to a reference frame, as well as the distance of each plane from the detector , the method consisting in carrying out the following operations: a portion of the detector is selected for each distance from the cutting plane Pi relative to the detector,
- pour chaque plan de coupe Pi, on déplace la matrice de décodage pour repérer les sources éventuellement présentes dans ce plan, ce déplacement correspondant à un balayage de toutes Les sources repérées par Leurs coordonnées (i, j) dans Le plan Pi, et par des valeurs de comptages mesurées, les sources repérées étant celles qui sont situées sur des droites passant par le centre géométrique du détecteur, - à partir des valeurs de comptages correspondantes, on reconstruit les activités des sources de chaque plan, caractérisé en ce que l'on effectue alors les traitements suivants :- for each cutting plane Pi, the decoding matrix is moved to locate the sources possibly present in this plane, this displacement corresponding to a scanning of all the sources identified by their coordinates (i, j) in the plane Pi, and by measured count values, the sources identified being those located on lines passing through the geometric center of the detector, - from the corresponding count values, the activities of the sources of each plane are reconstructed, characterized in that the the following treatments are then carried out:
- pour chaque plan Pi d'éloignement prédéterminé, on effectue une comparaison entre L'activité de chaque source de coordonnées- for each predetermined distance plane Pi, a comparison is made between the activity of each source of coordinates
(i, j) ainsi reconstruite dans Le plan Pi, et Les activités reconstruites respectives pour des sources voisines situées dans des plans voisins Pi+1 et Pi-1, ayant les mêmes coordonnées (i, j) que la source considérée dans le plan Pi, - on détermine si Les écarts entre L'activité de chaque source de coordonnées (i, j) dans chaque plan Pi et les activités respectives des sources de mêmes coordonnées (i, j) dans Les plans Pi—1 et Pi+1 voisins dépassent un seuil prédéterminé, ce dépassement indiquant Le repérage d'une source de coordonnées (i, j) dans Le plan Pi,(i, j) thus reconstructed in the plane Pi, and the respective reconstructed activities for neighboring sources located in neighboring planes Pi + 1 and Pi-1, having the same coordinates (i, j) as the source considered in the plane Pi, - it is determined whether the differences between the activity of each source of coordinates (i, j) in each plane Pi and the respective activities of the sources of same coordinates (i, j) in the plans Pi — 1 and Pi + 1 neighbors exceed a predetermined threshold, this exceeding indicating the location of a source of coordinates (i, j) in the plane Pi,
- on attribue une activité à chaque source repérée,- an activity is assigned to each identified source,
- on calcule pour chaque source repérée la valeur de comptages que produirait cette source à partir de L'activité qui Lui a été attribuée, - on soustrait, pour chaque source repérée, la valeur de comptages effectivement mesurée précédemment pour la source de mêmes coordonnées (i, j) dans le même plan, de la valeur de comptages calculée pour la source repérée, de manière à obtenir une valeur de comptages corrigée pour La source repérée, - on détermine L'activité de chaque source repérée à partir de La valeur de comptages corrigée correspondante et on recommence Les traitements précédents selon un mode itératif jusqu'à ce que la valeur corrigée obtenue pour chaque source soit invariable. Selon une autre caractéristique, chacun desdits éléments transparents d'un motif est repéré par un numéro de Ligne et un numéro de colonne, le nombre total de lignes L multiplié par le nombre total de colonnes C étant égal à la Longueur d'une série monodimensionneLie pseudo-aléatoire, L et C étant premiers entre eux.- we calculate for each identified source the count value that this source would produce from the activity assigned to it, - we subtract, for each identified source, the count value actually measured previously for the source with the same coordinates ( i, j) in the same plane, of the count value calculated for the identified source, so as to obtain a corrected count value for the identified source, - the activity of each identified source is determined from La corresponding corrected count value and the previous treatments are repeated in an iterative mode until the corrected value obtained for each source is invariable. According to another characteristic, each of said transparent elements of a pattern is identified by a row number and a column number, the total number of rows L multiplied by the total number of columns C being equal to the length of a one-dimensional series. pseudo-random, L and C being prime to each other.
Selon un autre mode de mise en oeuvre. Le procédé de L'invention consiste à reconstruire des images de coupes parallèles successives d'un objet contenant des sources émettrices de rayonnements gamma, à l'aide d'une gamma-caméra à détecteur plan parallèle aux plans de coupes, cette caméra ayant une pluralité de sorties repérées chacune par un code et correspondant respectivement aux différentes coordonnées d'impacts possibles et à l'énergie des rayonnements gamma reçus par le détecteur, cette énergie est mesurée par une valeur numérique fournie sur la sortie correspondant à un impact, le procédé consistant" à interposer entre L'objet et Le détecteur, parallèlement à ce détecteur, un masque plan formé par assemblage de motifs identiques, de forme rectangulaire et comportant chacun une mosaïque d'éléments transparents dans une surface opaque aux rayonnements, ces éléments transparents occupant dans Le motif des positions prédéterminées repérées selon une matrice de codage, la reconstitution des images des coupes étant effectuée par un traitement des valeurs de comptages enregistrées dans une mémoire, ces valeurs étant sélectionnées selon des matrices de décodage déduites des matrices de codage et correspondant aux images sur le détecteur d'au moins un motif du masque éclairé par lesdites sources, les dimensions et les emplacements de ces images sur Le détecteur dépendant du motif choisi dans Le masque, des coordonnées des sources dans chaque plan, par rapport à un repère de référence, ainsi que l'éloignement de chaque plan par rapport au détecteur. Le procédé consistant à effectuer les opérations suivantes :According to another mode of implementation. The method of the invention consists in reconstructing images of successive parallel sections of an object containing sources emitting gamma radiation, using a gamma-camera with plane detector parallel to the section planes, this camera having a plurality of outputs each identified by a code and corresponding respectively to the different possible impact coordinates and to the energy of the gamma radiation received by the detector, this energy is measured by a digital value supplied on the output corresponding to an impact, the process consisting " of interposing between the object and the detector, parallel to this detector, a plane mask formed by assembling identical patterns, of rectangular shape and each comprising a mosaic of transparent elements in a surface opaque to radiation, these transparent elements occupying in The pattern of predetermined positions identified according to a coding matrix, the reconstruction tution of the images of the sections being effected by processing the count values recorded in a memory, these values being selected according to decoding matrices deduced from the coding matrices and corresponding to the images on the detector of at least one pattern of the mask illuminated by said sources, the dimensions and locations of these images on the detector depending on the pattern chosen in The mask, the coordinates of the sources in each plane, with respect to a reference frame, as well as the distance from each plane by report to the detector. The process consisting in carrying out the following operations:
- on sélectionne une portion du détecteur pour chaque éloignement de plan de coupe Pi par rapport au détecteur, - pour chaque plan de coupe Pi, on déplace la matrice de décodage pour repérer les sources éventuelLement présentes dans ce plan, ce déplacement correspondant à un balayage de toutes les sources repérées par leurs coordonnées (i, j) dans Le plan Pi et par des valeurs de comptages mesurées, ~ à partir des valeurs de comptages correspondantes, on reconstruit les activités des sources de chaque plan, caractérisé en ce que chacun desdits éléments transparents d'un motif est repéré par un numéro de Ligne et un numéro de colonne, le nombre total de lignes L multiplié par Le nombre total de colonnes C étant égal à la Longueur d'une série monodimensionnelle pseudo-aléatoire, L et C étant premiers entre eux, la série bidi ensionnelle A(i,j) étant obtenue à partir de la série monodimensionnelle - A(x) en écrivant que le contenu binaire de A(i,j)=A(x avec i=mod x et j≈mod x, la série retenue r s étant q-naire et satisfaisant aux équations : n n-1 n-2 q -1 q -1 q -1 i m = -_ . p = --_. ; (. = -_._ e q = q-1 q-1 q-1- a portion of the detector is selected for each distance from the cutting plane Pi relative to the detector, - for each cutting plane Pi, the decoding matrix is moved to identify the sources possibly present in this plane, this displacement corresponding to a scan of all the sources identified by their coordinates (i, j) in the plane Pi and by measured count values, ~ from the corresponding count values, the activities of the sources of each plane are reconstructed, characterized in that each of said transparent elements of a pattern is identified by a Line number and a column number, the total number of lines L multiplied by The total number of columns C being equal to the Length of a pseudo-random one-dimensional series, L and C being prime between them, the bidi ensional series A (i, j) being obtained from the one-dimensional series - A (x) by writing that the binary content of A (i, j) = A (x with i = mod x and j≈mod x, the series retained rs being q-nary and satisfying the equations: n n-1 n-2 q -1 q -1 q -1 i m = -_. p = --_. ; (. = -_._ e q = q-1 q-1 q-1
k est un nombre premier et i est un nombre entier, m représente le nombre d'éléments d'un motif du masque, p le nombre de trous ou éléments transparents, l la corrélation de La série par elle-même.k is a prime number and i is an integer, m represents the number of elements of a mask pattern, p the number of holes or transparent elements, l the correlation of the series by itself.
Selon un autre mode de mise en oeuvre, le procédé de l'invention consiste à reconstruire des images de coupes parallèles successives d'un objet contenant des sources émettrices de rayonnements gamma, à l'aide d'une gamma-caméra à détecteur plan paraLlèle aux plans de coupes, cette caméra ayant une pluralité de sorties repérées chacune par un code et correspondant respectivement aux différentes coordonnées d'impacts possibles et à L'énergie des rayonnements gamma reçus par le détecteur, cette énergie est mesurée par une valeur numérique fournie sur la sortie correspondant à un impact, le procédé consistant à interposer entre l'objet et le détecteur, parallèlement à ce détecteur, un masque plan formé par assemblage de motifs identiques, de forme rectangulaire et comportant chacun une mosaïque d'éléments transparents dans une surface opaque aux rayonnements, ces éléments transparents occupant dans le motif des positions prédéterminées repérées selon une matrice de codage, la reconstitution des images des coupes étant effectuée par un traitement des valeurs de comptages enregistrées dans une mémoire, ces valeurs étant sélectionnées selon des matrices de décodage déduites des matrices de codage et correspondant aux images sur le détecteur d'au moins un motif du masque éclairé par Lesdites sources. Les dimensions et Les emplacements de ces images sur le détecteur dépendant du motif choisi dans le masque, des coordonnées des sources dans chaque plan, par rapport à un repère de référence, ainsi que l'éloignement de chaque plan par rapport au détecteur. Le procédé consistant à effectuer Les opérations suivantes :According to another embodiment, the method of the invention consists in reconstructing images of successive parallel sections of an object containing sources emitting gamma radiation, using a gamma-camera with plane parallel detector. in section shots, this camera having a plurality of outputs each identified by a code and corresponding respectively to the different coordinates of possible impacts and the energy of the gamma rays received by the detector, this energy is measured by a digital value supplied on the output corresponding to an impact, the process consisting in interposing between the object and the detector, in parallel with this detector, a plane mask formed by assembling identical patterns, of rectangular shape and each comprising a mosaic of transparent elements in a surface opaque to radiation, these transparent elements occupying in the pattern predetermined positions identified according to a coding matrix, the reconstruction images of the sections being carried out by processing the count values recorded in a memory, these values being selected according to decoding matrices deduced from the coding matrices and corresponding to the images on the detector of at least one pattern of the mask illuminated by said sources. The dimensions and locations of these images on the detector depend on the pattern chosen in the mask, the coordinates of the sources in each plane, relative to a reference frame, as well as the distance of each plane from the detector. The process consisting in carrying out the following operations:
- on sélectionne'une portion du détecteur pour chaque éloignement de plan de coupe Pi par rapport au détecteur,- selecting a portion of the detector for each Pi cutting plane away from the detector,
- pour chaque plan de coupe Pi, on déplace la matrice de décodage pour repérer les sources éventuellement présentes dans ce plan, ce déplacement correspondant à un balayage de toutes les sources repérées par leurs coordonnées (i, j) dans Le plan Pi et par des valeurs de comptages mesurées,- for each cutting plane Pi, the decoding matrix is moved to locate the sources possibly present in this plane, this displacement corresponding to a scanning of all the sources identified by their coordinates (i, j) in the plane Pi and by measured count values,
- à partir des valeurs de comptages correspondantes, on reconstruit les activités des sources de chaque plan, caractérisé en ce qu'il consiste, pour chaque plan de coupe Pi, à sélectionner une portion de détecteur correspondant à au moins deux projections d'un même motif du masque sur le détecteur, ces projections étant aussi écartées que possible.- from the corresponding count values, the activities of the sources of each plane are reconstructed, characterized in that it consists, for each cutting plane Pi, of selecting a detector portion corresponding to at least two projections of the same pattern of the mask on the detector, these projections being as far apart as possible.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de La description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexés dans Lesquels :The characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, given in reference to the attached drawings in which:
- La figure 1 est un schéma qui permet de mieux comprendre l'utilisation d'un masque interposé entre La caméra et L'objet, dans Le procédé de L'invention, - La figure 2 est un tableau permettant de déterminer la répartition des éléments transparents dans chaque motif du masque utilisé dans L'invention,- Figure 1 is a diagram which makes it possible to better understand the use of a mask interposed between the camera and the object, in the method of the invention, - Figure 2 is a table making it possible to determine the distribution of the elements transparencies in each pattern of the mask used in the invention,
- La figure 3 représente schématiquement L'un des motifs du masque, ~ la figure 4 représente schématiquement un système permettant de mettre en oeuvre le procédé de L'invention.- Figure 3 shows schematically One of the mask patterns, ~ Figure 4 shows schematically a system for implementing the method of the invention.
La figure 1 permet de mieux comprendre Le principe d'un procédé de reconstitution d'images de coupe d'un objet, utilisant une gamma-caméra associée à un masque comprenant des motifs à éléments transparents tels qu'utilisés par exemple dans Le procédé de CANNON et FENIMORE mentionné plus haut, ou dans le procédé de l'invention.FIG. 1 provides a better understanding of the principle of a method for reconstructing sectional images of an object, using a gamma camera associated with a mask comprising patterns with transparent elements as used for example in the method of CANNON and FENIMORE mentioned above, or in the process of the invention.
Sur cette figure, on a représenté schématiquement l'écran à pourtour circulaire d'un détecteur 1, d'une gamma- caméra. Les rayonnements gamma sont émis par des sources situées dans un objet ou un organe 2. Le détecteur 1 est un détecteur plan sans collimateur. Les coordonnées des points d'impact des rayonnements sur ce détecteur sont repérées par rapport à un repère de référence X, Y, dont l'origine est par exemple confondue avec le centre géométrique 0 du détecteur. Les sources appartiennent par exemple à différents plans de coupe P1, P2, P3, de l'organe ou de l'objet 2, parallèles au plan P du détecteur 1. Les éloignements de ces plans par rapport au détecteur sont repérés sur l'axe 0Z perpendiculaire aux axes XY du repère de référence. Les coordonnées des sources sont repérées par rapport au repère de référence OXY, et par les éloignements respectifs Z1, Z2, Z3 des plans P1, P2, P3 qui contiennent ces sources. Ces éloignements sont repérés sur l'axe 0Z, par exemple par rapport au plan P du détecteur 1. Un masque M, contenu dans un plan P est interpose entre le détecteur 1 et l'objet ou L'organe 2, dont on veut reconstituer les images des coupes, dans les plans P1,In this figure, the screen is shown schematically with a circular periphery of a detector 1, of a gamma-camera. Gamma radiation is emitted by sources located in an object or an organ 2. The detector 1 is a plane detector without collimator. The coordinates of the points of impact of the radiation on this detector are identified with respect to a reference frame X, Y, the origin of which is, for example, confused with the geometric center 0 of the detector. The sources belong for example to different section planes P1, P2, P3, of the organ or of the object 2, parallel to the plane P of the detector 1. The distances from these planes relative to the detector are marked on the axis 0Z perpendicular to the XY axes of the reference frame. The coordinates of the sources are identified with respect to the reference frame OXY, and by the respective distances Z1, Z2, Z3 from the planes P1, P2, P3 which contain these sources. These distances are identified on the axis 0Z, for example relative to the plane P of the detector 1. A mask M, contained in a plane P is interposed between the detector 1 and the object or the organ 2, of which we want to reconstruct the images of the sections, in the planes P1,
P2, P3 par exemple. Le plan P est parallèle au plan duP2, P3 for example. The plane P is parallel to the plane of the
M détecteur. Ce masque comporte un assemblage de motifs tels que le motif M1, formés chacun par une mosaïque d'éléments transparents 3 et opaques 4 aux rayonnements émis par les sources. Pour simplifier la figure, on n'a représenté qu'un seul motif de l'assemblage de motifs constituant le masque M. De la même manière, on n'a représenté que quelques éléments transparents et opaques de la mosaïque constituant chaque motif. Chaque motif, tel que M1 par exemple, éclairé par une source de rayonnement gamma, a une image sur le détecteur 1. SeLon L'assemblage des motifs dans le masque M, les images de ces motifs sont organisées selon une matrice ayant une forme bien définie; dépendant de l'assemblage des motifs du masque, et spécifique à chaque source. L'étendue de .chaque image d'un motif dépend de l'éloignemen-É de la source produisant cette image. Les dimensions des images d'un motif, ainsi que l'intensité des rayonnements reçus par le détecteur pour chaque image, dépendent donc des coordonnées de La source correspondante par rapport au repère de référence, et de l'éloignement du plan de la source par rapport au détecteur. La dimension plane de l'objet est limitée par Les distances objet-masque et masque-détecteur. Par contre, avec un masque constitué de nombreux motifs de base, il est possible de choisir dans Le plan du détecteur une portion de ce détecteur correspondant à une projection d'un motif quelconque du masque pour une distance prédéterminée du plan de coupe contenant des sources dans l'objet à reconstruire.M detector. This mask comprises an assembly of patterns such as the pattern M1, each formed by a mosaic of transparent elements 3 and opaque 4 to the radiation emitted by the sources. To simplify the figure, only one motif of the assembly of motifs constituting the mask has been shown. Likewise, only a few transparent and opaque elements of the mosaic constituting each motif have been represented. Each pattern, such as M1 for example, illuminated by a source of gamma radiation, has an image on the detector 1. SeLon The assembly of the patterns in the mask M, the images of these patterns are organized according to a matrix having a well shaped defined; depending on the assembly of the mask patterns, and specific to each source. The extent of each image of a pattern depends on the distance from the source producing that image. The dimensions of the images of a pattern, as well as the intensity of the radiation received by the detector for each image, therefore depend on the coordinates of the corresponding source relative to the reference frame, and on the distance from the plane of the source by report to the detector. The plane dimension of the object is limited by the object-mask and mask-detector distances. On the other hand, with a mask made up of numerous basic patterns, it is possible to choose in the plane of the detector a portion of this detector corresponding to a projection of any pattern of the mask for a predetermined distance from the cutting plane containing sources in the object to be reconstructed.
Si l'on prend une source S1 dans un plan P1 paraLlèle au plan du détecteur, cette source étant située à l'intersection de l'axe 0Z passant par Le centre 0 du détecteur et perpendiculaire au plan P de ce détecteur, l'image sur le détecteur du motif M1 du masque M éclairé par La source S1 est représentée en 11. L'étendue de cette image représente La portion utile du détecteur, utilisée pour reconstruire les images des sources contenues dans le plan P1 situé à une distance prédéterminée du détecteur.If we take a source S1 in a plane P1 parallel to the plane of the detector, this source being located at the intersection of the axis 0Z passing through the center 0 of the detector and perpendicular to the plane P of this detector, the image on the detector of the pattern M1 of the mask M lit by the source S1 is represented at 11. The extent of this image represents the useful portion of the detector, used to reconstruct the images of the sources contained in the plane P1 located at a distance detector preset.
Le champ maximal de La coupe C1 de L'objet qu'il est possible d'observer pour Le plan P1 s'obtient en projetant à partir du centre 0 du détecteur, Le même motif M1 du masque, sur le plan P1.The maximum field of the section C1 of the object which it is possible to observe for the plane P1 is obtained by projecting from the center 0 of the detector, the same pattern M1 of the mask, on the plane P1.
Pour une autre source S2 du plan P1, qui n'est pas située sur l'axe 0Z, on utilise la même portion 11 du détecteur, en projetant sur celui-ci un autre motif M2 du masque M.For another source S2 of the plane P1, which is not located on the axis 0Z, the same portion 11 of the detector is used, by projecting onto it another pattern M2 of the mask M.
Si une source S3 est située sur l'axe 0Z, mais dans un plan P2 plus éloigné du détecteur que le plan P1, l'image 13 du motif M1 éclairé par cette source S3 couvre une portion plus restreinte du détecteur, que L'image 11 produite par la sourceIf a source S3 is located on the axis 0Z, but in a plane P2 further from the detector than the plane P1, the image 13 of the pattern M1 illuminated by this source S3 covers a more restricted portion of the detector, than the image 11 produced by the source
S1.S1.
Au contraire, si une source est située sur L'axe 0Z, dans un plan plus rapproché du détecteur que Le plan P1, l'image du motif M1 éclairé par cette source couvre une portion plus étendue du détecteur que L'image 11 produite par La source S1.On the contrary, if a source is located on the axis 0Z, in a plane closer to the detector than the plane P1, the image of the pattern M1 illuminated by this source covers a more extended portion of the detector than the image 11 produced by Source S1.
Si à partir du centre 0 du détecteur, on trace une droite quelconque coupant par exemple trois plans de coupe consécutifs, très rapprochés, respectivement en trois points, ces points ont sensiblement les mêmes coordonées (i, j) par rapport au repère (X, Y) de référence ; seule la distance z de ces points repérée sur 0Z varie par rapport au détecteur. On recherche Les maximums d'intensité des sources, par comptages, pour des sources qui sont situées dans des plans de coupes parallèles et voisins et qui sont sur une même droite passant par Le centre géométrique du détecteur, ces sources ayant Les mêmes coordonnées (i,j) dans chaque plan.If, starting from the center 0 of the detector, any straight line is drawn, cutting for example three consecutive cutting planes, very close together, respectively at three points, these points have substantially the same coordinates (i, j) with respect to the coordinate system (X, Y) of reference; only the distance z from these points marked on 0Z varies with respect to the detector. We seek the maximums of intensity of the sources, by counting, for sources which are located in parallel and neighboring section planes and which are on the same straight line passing through the geometric center of the detector, these sources having the same coordinates (i , j) in each plane.
A partir du centre 0 du détecteur et en s'appuyant sur un motif du masque, comme indiqué plus haut, on définit une enveloppe de l'objet. Toutes les sources doivent être situées dans cette enveloppe, mais pour chaque plan de coupe, la portion de détecteur est choisie de façon à correspondre à un motif quelconque du masque. Une gamma-caméra équipée d'un tel type de détecteur et utilisant un masque constitué par un assemblage de motifs, fournit sur des sorties, des valeurs numériques relatives aux énergies des rayonnements gamma reçus par Le détecteur, à travers les éléments transparents du masque. Chaque sortie est codée en position et permet donc aussi de repérer les coordonnées, par rapport à un repère de référence, de l'impact d'un rayonnement sur Le détecteur. Les valeurs numériques pour chaque position d'impact peuvent être enregistrées avant de subir un traitement permettant la reconstitution des images des sources de chaque plan de coupe. Les valeurs traitées sont celles qui correspondent aux images des motifs, pour chaque éloignement de plan de coupe et pour toutes les coordonnées de sources émettrices qui peuvent être situées dans chaque plan.Starting from the center 0 of the detector and relying on a mask pattern, as indicated above, an envelope of the object is defined. All the sources must be located in this envelope, but for each cutting plane, the detector portion is chosen so as to correspond to any pattern of the mask. A gamma camera equipped with such a type of detector and using a mask constituted by an assembly of patterns, provides on outputs, numerical values relating to the energies of gamma radiation received by the detector, through the transparent elements of the mask. Each output is coded in position and therefore also makes it possible to locate the coordinates, relative to a reference frame, of the impact of radiation on the detector. The numerical values for each impact position can be recorded before undergoing a processing allowing the reconstruction of the images of the sources of each cutting plane. The values processed are those which correspond to the images of the patterns, for each distance from the cutting plane and for all the coordinates of emitting sources which may be located in each plane.
De manière connue, selon CANNON et FENIMORE, on décode pour tous les plans de coupes et pour toutes les coordonnées de sources émettrices qui peuvent être situées dans ces plans, toutes Les valeurs de comptages correspondant à toutes les images de tous les motifs du masque. Ce décodage est réalisé grâce à des matrices de décodage des images des motifs sur Le détecteur. Ces matrices de décodage sont obtenues à partir des matrices de codage. Ce décodage permet de sélectionner dans les valeurs de comptages, celles qui correspondent aux images des motifs éclairés par les différentes sources de l'objet, dans les différents plans de coupes. Le traitement de ces valeurs qui dépendent de La position de chaque source dans un plan de coupe et de l'éloignement de ce plan, permet de reconstruire les sources contenues dans chaque plan de coupe et donc L'image de L'objet pour chaque plan de coupe.In a known manner, according to CANNON and FENIMORE, we decode for all the section planes and for all the coordinates of emitting sources which may be located in these planes, all the count values corresponding to all the images of all the patterns of the mask. This decoding is carried out using matrices for decoding the images of the patterns on the detector. These decoding matrices are obtained from the coding matrices. This decoding makes it possible to select from the count values, those which correspond to the images of the patterns illuminated by the different sources of the object, in the different section planes. The processing of these values which depend on the position of each source in a section plane and the distance from this plane, makes it possible to reconstruct the sources contained in each section plane and therefore the image of the object for each plane. cutting.
Selon l'invention. Les éléments transparents de chaque motif du masque -sont repérés par un numéro de Ligne et un numéro de colonne. Les motifs du masque sont de forme rectangulaire, de même que Les éléments transparents de chaque motif. Les numéros de ligne et de colonne de chaque élément transparent correspondent respectivement à deux nombres d'une succession de paires de nombres d'une série bidimensionnelLe. Les paires de nombres de cette série sont obtenues à partir des nombres successifs d'une série pseudo-aléatoire monodimensionnelle, prédéterminée. Si L désigne le nombre total de Lignes et C Le nombre total de colonnes, L et C sont choisis de sorte que le produit LxC soit égal à La longueur d'une série monodimensionnelle pseudo-aléatoire, L et C étant premiers entre eux.According to the invention. The transparent elements of each pattern of the mask are identified by a row number and a column number. The mask patterns are rectangular, as are the transparent elements of each pattern. The row and column numbers of each transparent element correspond respectively to two numbers in a succession of pairs of numbers in a two-dimensional series. Pairs of numbers in this series are obtained from successive numbers in a predetermined one-dimensional pseudo-random series. If L denotes the total number of Rows and C The total number of columns, L and C are chosen so that the product LxC is equal to The length of a pseudo-random one-dimensional series, L and C being prime to each other.
Le tableau de la figure 2 donne dans la première colonne, un exemple de valeurs d'une série pseudo-aléatoire monodimensionnelle connue, de type q-naire, tabulée de 0 à 650, utlisée dans le procédé de L'invention, pour former une série pseudo-aléatoire bidimensionnelLe. Pour construire une série pseudo-aléatoire bidimensionnelLe A(i, j) à partir d'une série monodimensionnelle A(x), on écrit que le contenu binaire de A(i,j)=A(x) avec i≈mod x et j≈mod x_ r s La série retenue est dite q-naire et a pour règles de formation :The table of FIG. 2 gives in the first column, an example of values of a known one-dimensional pseudo-random series, of q-nary type, tabulated from 0 to 650, used in the method of the invention, to form a two-dimensional pseudo-random series. To construct a two-dimensional pseudo-random series The A (i, j) from a one-dimensional series A (x), we write that the binary content of A (i, j) = A (x) with i≈mod x and j≈mod x_ rs The selected series is said to be q-nary and has the following training rules:
* n n-1 n-2 q -1 q -1 q "' "> m = ; p = ; L = et q = k q_1 Q" * q"1 * n n-1 n-2 q -1 q -1 q " '"> m =; p =; L = and q = k q_1 Q "* q" 1
k est un nombre premier et i est un nombre entier, m représente le nombre d'éléments d'un motif du masque, p Le nombre de trous ou éléments transparents, l La corrélation de la série par elle-même. 2k is a prime number and i is an integer, m represents the number of elements of a mask pattern, p The number of holes or transparent elements, l The correlation of the series by itself. 2
On prend par exemple, m=651, q=5 et n=3.Take for example, m = 651, q = 5 and n = 3.
De façon avantageuse, chaque motif est choisi pour que Le rapport p/m (peu différent de 1/q) soit inférieur ou égal à dix pour cent.Advantageously, each pattern is chosen so that the ratio p / m (little different from 1 / q) is less than or equal to ten percent.
Les paires de vaLeurs de La série bidimensionnelLe correspondant à chaque" valeur de la série monodimensionnelle, sont données dans les deux colonnes suivantes i et j du tableau de la figure 2. C'est ainsi qu'à la valeur 1 de la série monodimensionnelle, correspondent les paires de vaLeurs i=1 et j=1 de La série bidimensionnelLe. A La valeur 47 correspondent les valeurs i=16 et j=5 etc. En fait, chaque valeur i de la série bidimensionnelLe correspond à La division oduLo 31 de la valeur correspondante de la série monodimensionnelle. Chaque valeur J de La série bidimensionnelLe correspond à La division moduLo 21 de la valeur correspondante de la série monodimensionnelle.The pairs of values of the two-dimensional series corresponding to each " value of the one-dimensional series, are given in the following two columns i and j of the table in FIG. 2. This is how the value 1 of the one-dimensional series, correspond the pairs of values i = 1 and j = 1 of the two-dimensional series. A The value 47 correspond the values i = 16 and j = 5 etc. In fact, each value i in the two-dimensional series corresponds to the division oduLo 31 of the corresponding value in the one-dimensional series. Each value J of the two-dimensional series corresponds to the division moduLo 21 of the corresponding value of the one-dimensional series.
Les valeurs de i et J représentent les numéros de lignes et de colonnes à l'intersection desquelles, selon L'invention, on place les éléments transparents d'un motif, de forme rectangulaire ou carrée. Les autres parties du motif sont opaques.The values of i and J represent the row and column numbers at the intersection of which, according to the invention, the transparent elements of a pattern, of rectangular or square shape, are placed. The rest of the design is opaque.
Un motif utilisé dans la mise en oeuvre du procédé de l'invention, est repésenté sur La figure 3. Les éléments transparents sont représentés par des surfaces carrées ou rectangulaires, de couleur noire. Les numéros i et J de lignes et de colonnes sont indiqués sur la figure.A pattern used in the implementation of the method of the invention is represented in FIG. 3. The transparent elements are represented by square or rectangular surfaces, of black color. The i and J numbers of rows and columns are shown in the figure.
Pour constituer le motif de la figure 3, on n'a utilisé que les valeurs i comprises entre 0 et 20 et J comprises entre 0 et 30 dans le tableau de La figure 2. La dimension du masque est choisie par exemple, de sorte que la plus grande projection d'un motif, s'inscrive dans le diamètre du détecteur. Des calculs simples montrent que le rapport S/B du signal au bruit, est de la forme S/B=kC ι!/f"rô 1.To constitute the pattern of FIG. 3, only the values i comprised between 0 and 20 and J comprised between 0 and 30 have been used in the table in FIG. 2. The size of the mask is chosen for example, so that the largest projection of a pattern, fits into the diameter of the detector. Simple calculations show that the signal-to-noise ratio S / B is of the form S / B = kC ι! / F " rô 1.
Dans cette expression C est la valeur totale de comptages du détecteur, k est le rapport entre L'activité d'une source dans L'objet à L'activité totale des sources de l'objet (valeur du comptage pour un temps prédéterminé), m représente le nombre total d'éléments opaques d'un motif du masque, et p est le nombre d'éléments transparents (qui sont en fait des fenêtres ou trous). Cette relation montre qu'à comptage total constant, le rapport S/B augmente lorsque Le nombre de trous diminue. Le masque de l'invention dans lequel le nombre d'éléments transparents est faible, fournit un rapport S/B qui est y 2 fois plus élevé que Les masques dont La transparence est voisine de 50%, par exemple du type de ceux utilisés pour FENIMORE et CANNON et n'exige pas une homogénéité de réponse de la caméra, meilleure que Le pourcent.In this expression C is the total value of counts of the detector, k is the ratio between the activity of a source in the object to the total activity of the sources of the object (value of the count for a predetermined time), m represents the total number of opaque elements in a mask pattern, and p is the number of transparent elements (which are actually windows or holes). This relationship shows that at constant total count, the S / N ratio increases when the number of holes decreases. The mask of the invention in which the number of transparent elements is small, provides an S / N ratio which is y 2 times higher than Masks whose transparency is close to 50%, for example of the type of those used for FENIMORE and CANNON and does not require a homogeneous response from the camera, better than the percent.
Nous allons montrer de manière plus précise, l'influence de la transparence du masque, et notamment de la faible transparence, dans l'amélioration du rapport signal/bruit. Si Le motif comporte, comme indiqué plus haut, m éléments parmi Lesquels il y a p trous ou éléments transparents, pour obtenir un signal en sortie du détecteur, il faut additionner p pixels et en soustraire (m-p), affectés du coefficient l/(p-L) (l désignant La corrélation de la série par elle-même). Les contenus A des pixels (nombres de coups pour ces pixels) différant peu les uns des autres.We will show more precisely, the influence of the transparency of the mask, and in particular of the low transparency, in the improvement of the signal / noise ratio. If the pattern comprises, as indicated above, m elements among which there are ap holes or transparent elements, to obtain a signal at the output of the detector, it is necessary to add p pixels and to subtract therefrom (mp), affected by the coefficient l / (pL ) (l denoting The correlation of the series by itself). The contents A of pixels (number of strokes for these pixels) differ little from each other.
On peut écrire, pour la variance du signal :We can write, for the variance of the signal:
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0001
Le rapport si gna l/bruit peut s ' écri re : p . O S/B = -£=, dans Lequel 0 est Le nombre de coups reçus d'un élément objet et traversant un trou du masque. Il est possible d'établir une relation entre A et 0, selon BUDINGER (Positron EmissionThe ratio if gna l / noise can be written: p. O S / B = - £ =, in Which 0 is The number of blows received from an object element and crossing a hole in the mask. It is possible to establish a relationship between A and 0, according to BUDINGER (Positron Emission
To ography - Alan P. LISS INC. 1985 - page 234). On. admet que 20% du volume objet contient la radioactivité.To ography - Alan P. LISS INC. 1985 - page 234). We. admits that 20% of the object volume contains radioactivity.
On prend pour 0 une valeur correspondant à La moyenne des éléments objets actifs et on admet que t=12 tranches sont discernables. On a :We take for 0 a value corresponding to the mean of the active object elements and we admit that t = 12 slices are discernible. We have :
A = 0,2pxtx0 = 2,4 pOA = 0.2pxtx0 = 2.4 pO
Figure imgf000017_0002
Dans le cas des masques avec 50% de transparence
Figure imgf000017_0002
In the case of masks with 50% transparency
m-pm-p
2 p (p-l) est peu différent de 1. Cette expression est très petite devant 1 pour un motif de 651 éléments. D'où l'amélioration de 2 du rapport S/B quand la transparence du masque diminue.2 p (p-l) is little different from 1. This expression is very small in front of 1 for a pattern of 651 elements. Hence the improvement of 2 in the S / N ratio when the transparency of the mask decreases.
Remplaçons 0 par A et posons :Replace 0 with A and put:
. L2 m—p. L 2 m — p
1 + x = dans la relation (1)1 + x = in relation (1)
(p-l)2 (pl) 2
On obtient :We obtain :
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0001
Le nombre de coups par pixel croît comme^(p.- Prenons comme exemple : un motif ayant
Figure imgf000018_0002
.et un motif ayant m=31x21 éléments, avec p=26 trous et^=1. Le rapport entre Les valeurs respectives de A est de
The number of strokes per pixel increases as ^ (p. Let us take as an example: a pattern having
Figure imgf000018_0002
.and a pattern having m = 31x21 elements, with p = 26 holes and ^ = 1. The relationship between the respective values of A is
39. Mais en raison des fluctuations sur la taille des pixels les39. But due to fluctuations in pixel size the
2 2 fluctuations du bruit doivent être multipliées par (1+A(C" /S ))_> où<5"7S est la fluctuation relative sur la taille du pixel. Pour -2 2 2 4 r7S=0,5.10 , AÇσ~~/S )=1 pour A=4.10 , ce qui correspond à un rapport signal/bruit de 1,8 avec un masque de 50% de transparence et de 12 avec un masque de 4% de transparence. On voit donc qu'en raison de considérations pratiques, le second type de masque est bien mieux approprié pour préciser le contenu de l'objet.2 2 noise fluctuations must be multiplied by (1 + A (C "/ S )) _> where <5" 7S is the relative fluctuation on the size of the pixel. For -2 2 2 4 r7S = 0.5.10, AÇσ ~~ / S) = 1 for A = 4.10, which corresponds to a signal / noise ratio of 1.8 with a mask of 50% transparency and of 12 with a mask of 4% transparency. We therefore see that, due to practical considerations, the second type of mask is much better suited to specifying the content of the object.
Pour reconstruire les images de différentes coupes de l'objet, on opère selon L'invention, de la façon suivante, pour l'une de ces images : les valeurs de comptages fournies par la caméra sont enregistrées dans une mémoire ; ces valeurs de comptages correspondent aux rayonnements reçus par le détecteur, à travers Les éléments transparents de l'un ou l'autre des motifs du masque, Lorsque celui-ci est éclairé par les différentes sources des différents plans de coupe. Pour Le traitement de ces vaLeurs enregistrées, on opère de La façon suivante. Les valeurs de comptages sont sélectionnées selon les matrices de décodage déduites des matrices de codage des positions des éléments transparents d'un motif. Ces matrices de décodage correspondent aux images sur le détecteur, d'au moins un motif du masque éclairé par les sources contenues dans l'objet. Comme indiqué plus haut, les dimensions et les emplacements de ces images sur le détecteur dépendent des coordonnées des sources dans chaque plan de coupe, ainsi que de l'éloignement de chaque plan par rapport au détecteur. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on choisit par exemple des matrices de décodage correspondant aux images des motifs qui sont centrées sur l'axe du détecteur, ces images occupant une portion du détecteur,- au centre de celui-ci. Il en résulte que pour obtenir des images occupant cette position centrale, il est nécessaire de considérer que l'un ou L'autre des motifs du masque, sont éclairés par les sources, les matrices de décodage étant choisies en conséquence.To reconstruct the images of different sections of the object, the procedure for the invention is as follows, for one of these images: the count values supplied by the camera are recorded in a memory; these values of counts correspond to the radiation received by the detector, through the transparent elements of one or other of the patterns of the mask, when the latter is illuminated by the different sources of the different cutting planes. For the processing of these recorded values, the procedure is as follows. The count values are selected according to the decoding matrices deduced from the coding matrices of the positions of the transparent elements of a pattern. These decoding matrices correspond to the images on the detector, of at least one pattern of the mask illuminated by the sources contained in the object. As indicated above, the dimensions and locations of these images on the detector depend on the coordinates of the sources in each section plane, as well as on the distance of each plane relative to the detector. In one embodiment of the method of the invention, one chooses for example decoding matrices corresponding to the images of the patterns which are centered on the axis of the detector, these images occupying a portion of the detector, - in the center of that -this. It follows that to obtain images occupying this central position, it is necessary to consider that one or the other of the patterns of the mask, are illuminated by the sources, the decoding matrices being chosen accordingly.
Le procédé consiste ensuite à effectuer les opérations suivantes : - comme indiqué plus . haut, on sélectionne une portion du détecteur pour chaque éloignement de plan de coupe Pi par rapport au détecteur, - pour chaque plan de coupe Pi, on déplace la matrice de décodage pour repérer les sources éventuellement présentes dans ce plan Pi, ce déplacement correspondant à un balayage de toutes Les sources repérées par Leurs coordonnées (i,j) dans le plan Pi, et par des valeurs numériques mesurées qui sont enregistrées en mémoire, les sources repérées étant, selon ce mode de mise en oeuvre, celles qui sont situées sur des droites passant par le centre géométrique du détecteur. - à partir des valeurs numériques correspondantes, on reconstruit les activités des sources de chaque plan. Les valeurs de ces activités sont enregistrées en mémoire.The process then consists in carrying out the following operations: - as indicated above. top, we select a portion of the detector for each distance from the cutting plane Pi with respect to the detector, - for each cutting plane Pi, we move the decoding matrix to identify the sources possibly present in this plane Pi, this displacement corresponding to a scan of all the sources identified by their coordinates (i, j) in the plane Pi, and by measured digital values which are recorded in memory, the sources identified being, according to this embodiment, those located on straight lines passing through the geometric center of the detector. - from the corresponding numerical values, the activities of the sources of each plane are reconstructed. The values of these activities are saved in memory.
Selon ce mode de mise en oeuvre de l'invention, on effectue ensuite Les opérations suivantes :According to this embodiment of the invention, the following operations are then carried out:
- pour chaque plan Pi d'éloigne ent prédéterminé, on effectue une comparaison entre L'activité de chaque source de coordonnées (i,j) ainsi reconstruite dans le plan Pi, et les activités reconstruites respectives pour des sources voisines situées dans des plans voisins Pi+1 et Pi-1, ayant les mêmes coordonnées (i,j) que la source considérée dans le plan Pi,- For each plane Pi away from predetermined ent, a comparison is made between the activity of each source of coordinates (i, j) thus reconstructed in the plane Pi, and the respective reconstructed activities for neighboring sources located in neighboring planes Pi + 1 and Pi-1, having the same coordinates (i, j) as the source considered in the plane Pi,
- on détermine si les écarts entre l'activité de chaque source de coordonnées (i,j) dans chaque plan Pi et les activités respectives des sources de mêmes coordonnées (i,j) dans les plans Pi—1 et Pi+1 voisins dépassent un seuil prédéterminé, ce dépassement indiquant le repérage d'une source de coordonnées (i, ) dans le plan Pi,- it is determined whether the differences between the activity of each source of coordinates (i, j) in each plane Pi and the respective activities of the sources of the same coordinates (i, j) in the neighboring planes Pi-1 and Pi + 1 exceed a predetermined threshold, this exceeding indicating the location of a source of coordinates (i,) in the plane Pi,
- on attribue une activité à chaque source ainsi repérée,; cette activité ainsi que les coordonnées de la source sont enregistrées en mémoire,- an activity is assigned to each source thus identified; this activity and the coordinates of the source are saved in memory,
- on calcule pour chaque source repérée la valeur de comptages que produirait cette source à partir de l'activité qui lui a été attribuée. Cette valeur calculée est enregistrée en mémo re, - on soustrait, pour chaque source repérée, la valeur de comptages effectivement mesurée précédemment au cours du balayage (pour La source de mêmes coordonnées Ci,j) dans le même plan), de la valeur de comptages calculée pour la source repérée, de manière à obtenir une valeur de comptages corrigée pour la source repérée. Cette valeur corrigée est enregistrée en mémoire,- the count value that this source would produce from the activity assigned to it is calculated for each identified source. This calculated value is stored in memory, - for each source identified, we subtract the count value actually measured previously during scanning ( for the source with the same coordinates Ci, j) in the same plane ) , from the value of counts calculated for the identified source, so as to obtain a corrected count value for the identified source. This corrected value is saved in memory,
- enfin, on détermine l'activité de chaque source repérée à partir de la valeur de comptages corrigée correspondante et on recommence les traitements précédents selon un mode itératif jusqu'à ce que la valeur corrigée obtenue pour chaque source soit invariable. C'est à partir des valeurs corrigées invariables que sont obtenues les images des coupes de l'objet. Le traitement itératif cesse en fait lorsque le rapport signal/bruit atteint une valeur suffisante, c'est-à-dire Lorsque le bruit de fond est devenu peu significatif.- finally, the activity of each identified source is determined from the corresponding corrected counting value and the preceding treatments are repeated in an iterative mode until the corrected value obtained for each source be invariable. It is from the invariable corrected values that the images of the sections of the object are obtained. The iterative processing in fact stops when the signal / noise ratio reaches a sufficient value, that is to say when the background noise has become insignificant.
La figure 4 représente schématiquement un système de reconstruction d'images de coupes parallèles successives d'un objet ou d'un organe contenant des sources émettrices de rayonnement gamma et permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention.FIG. 4 schematically represents a system for reconstructing images of successive parallel sections of an object or an organ containing sources emitting gamma radiation and making it possible to implement the method of the invention.
Ce système comprend une gamma-caméra 5, située en regard de l'objet ou de l'organe 2 dont on veut reconstituer des images de coupes parallèles successives. Cette gamma-caméra comprend notamment un détecteur 1 (sans collimateur) qui n'est pas représenté en détail sur La figure, mais qui comprend de manière connue, un scinti llateur associé à des photomultiplicateurs. Ces photomultiplicateurs sont reliés à des moyens d'alimentation, d'amplification et de codage 6, qui fournissent sur une pluralité de sortie 7, une pluralité de Valeurs codées de l'énergie des rayonnements reçus par le détecteur. Ces valeurs sont codées de manière qu'à chaque valeur correspondent des informations relatives aux coordonnées du point d'impact de chaque rayonnement sur le détecteur. Ces coordonnées sont repérées dans Le repère de référence mentionné plus haut. On a aussi représenté sur cette figure le masque M comprenant un assemblage de motifs tels que M1, décrit plus haut. Ce masque est interposé entre le détecteur 1 et l'objet ou l'organe 2. Dans ce système, la gamma-caméra ne comporte pas de collimateur mais est munie d'un limiteur 8 de champ d'observation. Les valeurs codées fournies par les sorties 7 de la caméra sont enregistrées dans une mémoire 9. Les sorties de cette mémoire sont reliées à des moyens de décodage 10 des vaLeurs codées mémorisées. Ces moyens de décodage sont reliés à une unité de traitement 11 qui leur applique les matrices de décodage mentionnées plus haut. Les moyens de traitement reçoivent Les vaLeurs ainsi sélectionnées selon ces matrices. Les vaLeurs décodées peuvent être enregistrées dans un ensemble de mémorisation 12, relié aux moyens de traitement 11, avant d'être traitées pour être ensuite transmises à des moyens de visualisation 13 des images reconstituées des différents plans de coupes de l'objet ou de l'organe 2. Les moyens de mémorisation 12 permettent aussi d'enregistrer les programmes définissant les matrices de décodage des valeurs codées et mémorisées dans la mémoire 9. Les moyens de mémorisation 12 peuvent aussi enregistrer les programmes de traitement des valeurs décodées ; ces programmes ne sont pas décrits ici en détail. Ils mettent en oeuvre un organigramme conforme aux étapes du procédé décrit plus haut.This system includes a gamma-camera 5, located opposite the object or the member 2 for which one wishes to reconstruct images of successive parallel sections. This gamma-camera comprises in particular a detector 1 (without collimator) which is not shown in detail in the figure, but which comprises in known manner, a scinti llator associated with photomultipliers. These photomultipliers are connected to supply, amplification and coding means 6, which supply, on a plurality of outputs 7, a plurality of coded values of the energy of the radiations received by the detector. These values are coded so that each value corresponds to information relating to the coordinates of the point of impact of each radiation on the detector. These coordinates are identified in the reference frame mentioned above. Also shown in this figure is the mask M comprising an assembly of patterns such as M1, described above. This mask is interposed between the detector 1 and the object or the organ 2. In this system, the gamma-camera does not include a collimator but is provided with a field of view limiter 8. The coded values supplied by the outputs 7 of the camera are recorded in a memory 9. The outputs of this memory are connected to decoding means 10 of the stored coded values. These decoding means are connected to a processing unit 11 which applies to them the decoding matrices mentioned above. The processing means receive the values thus selected according to these matrices. The decoded values can be recorded in a storage unit 12, connected to the processing means 11, before being processed so as to then be transmitted to display means 13 of the reconstructed images of the different cutting planes of the object or of the object. 'organ 2. The storage means 12 also make it possible to record the programs defining the decoding matrices of the coded values and stored in the memory 9. The storage means 12 can also record the programs for processing the decoded values; these programs are not described here in detail. They implement a flowchart in accordance with the steps of the method described above.
Le dispositif donne un rapport signal sur bruit et une résolution d'autant meilleurs que la source est plus superficielle. Une amélioration sensible de la détection des sources profondes, consiste, selon un autre mode de mise en oeuvre, à prendre sur Le détecteur au moins deux projections- d'un motif du masque aussi écartées que possible. On obtient deux avantages : l'un dû à l'obliquité de rayonnements gamma participant à La reconstruction d'image, l'autre lié à la statistique de comptage en augmentant la surface de détection utilisée. Les avantages d'une projection oblique faisant intervenir au moins deux projections d'un motif sur le détecteur, sont les suivants : 1) - le rapport signal/bruit pour un masque et une distance masque-détecteur donnés, croît proportionnellement à la racine carrée de La surface de détection. Si on considère deux projections non connexes, le gain en S/B est de V~ , il est de γ2/(1-K*0 si les deux projections ont une partie commune relative ^ Pour un grandissement (rapport entre la dimension d'un pixel et celle d'un trou) variant de V2 de La tranche superficielle, à la tranche La plus profonde. Le rapport S/B reste constant.The device gives a signal to noise ratio and a resolution all the better as the source is more surface. An appreciable improvement in the detection of deep sources consists, according to another embodiment, in taking on the detector at least two projections of a pattern of the mask as far apart as possible. Two advantages are obtained: one due to the obliquity of gamma rays participating in Image reconstruction, the other linked to counting statistics by increasing the detection area used. The advantages of an oblique projection involving at least two projections of a pattern on the detector are as follows: 1) - the signal / noise ratio for a given mask and mask-detector distance, increases in proportion to the square root of the detection surface. If we consider two unrelated projections, the gain in S / B is V ~, it is γ2 / (1-K * 0 if the two projections have a relative common part ^ For a magnification (ratio between the dimension of a pixel and that of a hole) varying from V2 of the superficial slice, to the deepest slice. The S / N ratio remains constant.
2) - L'effet d'obliquité des rayonnements gamma améliore la localisation en. profondeur. Cette localisation dépend du degré de recouvrement entre les projections des trous vues de l'élément objet. Ce recouvrement est d'autant plus faible que les projections sont plus obliques. Le phénomène est comparable à celui de La télémétrie. Plus La base est grande, meilleure est l'appréciation de la distance. La plus grande base consiste à occuper toute la surface du détecteur. Il est facile de montrer que la localisation en profondeur pour un diamètre donné du détecteur croît avec le nombre de pixels dans un diamètre. En fonction des résolutions Latérale et en profondeur recherchées, on est donc amené à choisir deux ou davantage de projections sur Le détecteur. 2) - The skew effect of gamma rays improves localization in. depth. This location depends on the degree of overlap between the projections of the holes seen from the object element. This overlap is all the weaker as the projections are more oblique. The phenomenon is comparable to that of Telemetry. The larger the base, the better the appreciation of the distance. The largest basis is to occupy the entire surface of the detector. It is easy to show that the depth location for a given diameter of the detector increases with the number of pixels in a diameter. Depending on the desired lateral and depth resolutions, we therefore have to choose two or more projections on the detector.

Claims

REVENDICATIONJ5. 1. Procédé de reconstruction d'images de coupes parallèles successives d'un objet (2) contenant des sources émettrices de rayonnements gamma, à l'aide d'une gamma-caméra (5) à détecteur plan (1) parallèle aux plans de coupes, cette caméra ayant une pluralité de sorties (7) repérées chacune par un code et correspondant respectivement aux différentes coordonnées d'impacts possibles et à l'énergie des rayonnements gamma reçus par le détecteur, cette énergie étant mesurée par une valeur de comptages fournie par la sortie correspondant à un impact, Le procédé consistant à interposer entre l'objet et le détecteur, parallèlement à ce détecteur, un masque (M) plan formé par assemblage de motifs (M1) identiques, de forme rectangulaire et comportant chacun une mosaïque d'éléments transparents dans une surface opaque aux rayonnements, ces éléments transparents occupant dans le motif des positions prédéterminées repérées selon une matrice de codage, la reconstruction des images des coupes étant effectuée par un traitement des valeurs de comptages enregistrées dans .une mémoire (9), ces valeurs étant sélectionnées selon des matrices de décodage déduites des matrices de codage et correspondant aux images sur le détecteur (1) d'au moins un motif (M1) du masque éclairé par lesdites sources. Les dimensions et Les emplacements de ces images sur Le détecteur (1) dépendant du motif choisi dans le masque, des coordonnées des sources dans chaque plan, par rapport à un repère de référence, ainsi que de l'éloignement de chaque plan par rapport au détecteur, le procédé consistant à effectuer Les opérations suivantes :CLAIM J5. 1. Method for reconstructing images of successive parallel sections of an object (2) containing sources emitting gamma radiation, using a gamma camera ( 5 ) with plane detector (1) parallel to the planes of sections, this camera having a plurality of outputs (7) each identified by a code and corresponding respectively to the different possible impact coordinates and to the energy of the gamma rays received by the detector, this energy being measured by a count value supplied by the output corresponding to an impact, the method consisting in interposing between the object and the detector, parallel to this detector, a plane mask (M) formed by assembling identical patterns (M1), of rectangular shape and each comprising a mosaic transparent elements in a surface opaque to radiation, these transparent elements occupying in the pattern predetermined positions identified according to a coding matrix, the re construction of the images of the sections being carried out by processing the count values recorded in a memory (9), these values being selected according to decoding matrices deduced from the coding matrices and corresponding to the images on the detector (1 ) of at least one pattern (M1) of the mask illuminated by said sources. The dimensions and locations of these images on the detector (1) depending on the pattern chosen in the mask, the coordinates of the sources in each plane, with respect to a reference frame, as well as the distance of each plane from the detector, the process consisting in carrying out the following operations:
- on sélectionne une portion du détecteur pour chaque éloignement de plan de coupe Pi par rapport au détecteur,a portion of the detector is selected for each distance from the cutting plane Pi relative to the detector,
- pour chaque plan de coupe Pi, on déplace la matrice de décodage pour repérer Les sources éventuelLement présentes dans ce plan, ce déplacement correspondant à un balayage de toutes les sources repérées par leurs coordonnées (i, j) dans le plan Pi, et par des valeurs de comptages mesurées, les sources repérées étant celles qui sont situées sur des droites passant par le centre géométrique du détecteur,- for each cutting plane Pi, the decoding matrix is moved to locate the sources possibly present in this plane, this displacement corresponding to a scanning of all the sources identified by their coordinates (i, j) in the plane Pi, and by measured count values, the sources identified being those located on lines passing through the geometric center of the detector,
- à partir des valeurs de comptages correspondantes, on reconstruit les activités des sources de chaque plan, caractérisé en ce que l'on effectue alors les traitements suivants :- from the corresponding count values, the activities of the sources of each plane are reconstructed, characterized in that the following treatments are then carried out:
- pour chaque plan Pi d'éloigne ent prédéterminé, on effectue une comparaison entre l'activité de chaque source de coordonnées (i, j) ainsi reconstruite dans le plan Pi, et les activités reconstruites respectives pour des sources voisines situées dans des plans voisins Pi+1 et Pi-1, ayant les mêmes coordonnées (i, j) que la source considérée dans Le plan Pi,- For each plane Pi away from predetermined ent, a comparison is made between the activity of each source of coordinates (i, j) thus reconstructed in the plane Pi, and the respective reconstructed activities for neighboring sources located in neighboring planes Pi + 1 and Pi-1, having the same coordinates (i, j) as the source considered in the plane Pi,
- on détermine si les écarts entre l'activité de chaque source de coordonnées (i, j) dans chaque plan Pi et Les activités respectives des sources de mêmes coordonnées (i, j) dans les plans Pi—1 et Pi+1 voisins dépassent un seuil prédéterminé, ce dépassement indiquant Le repérage d'une source de coordonnées (i, j) dans Le plan Pi, - on attribue une activité à chaque source repérée,- it is determined whether the differences between the activity of each source of coordinates (i, j) in each plane Pi and the respective activities of the sources of the same coordinates (i, j) in the neighboring planes Pi-1 and Pi + 1 exceed a predetermined threshold, this exceeding indicating the location of a source of coordinates (i, j) in the plane Pi, - an activity is assigned to each source identified,
- on calcule pour chaque source repérée la valeur de comptages que produirait cette source à partir de l'activité qui lui a été attribuée,- the count value that this source would produce from the activity assigned to it is calculated for each identified source,
- on soustrait, pour chaque source repérée, la valeur de comptages effectivement mesurée précédemment pour la source de mêmes coordonnées (i, j) dans Le même plan, de la valeur de comptages calculée pour La source repérée, de manière à obtenir une valeur de comptages corrigée pour la source repérée,- we subtract, for each identified source, the count value actually measured previously for the source with the same coordinates (i, j) in the same plane, from the count value calculated for the identified source, so as to obtain a value of corrected counts for the identified source,
- on détermine l'activité de chaque source repérée à partir de la valeur de comptages corrigée correspondante et on recommence les traitements précédents selon un mode itératif jusqu'à ce que la valeur corrigée obtenue pour chaque source soit invariable.- the activity of each identified source is determined from the corresponding corrected counting value and the previous processing is repeated in an iterative mode until the corrected value obtained for each source is invariable.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits éléments transparents d'un motif (M1) est repéré par un numéro de ligne et un numéro de colonne, le nombre total de lignes L multiplié par Le nombre total de colonnes C étant égal à la longueur d'une série monodimensionnelle pseudo- aLéatoîre, L et C étant premiers entre eux. 2. Method according to claim 1, characterized in that each of said transparent elements of a pattern (M1) is identified by a row number and a column number, the total number of rows L multiplied by The total number of columns C being equal to the length of a pseudo-random one-dimensional series, L and C being prime between them.
3. Procédé de reconstruction d'images de coupes parallèles successives d'un objet (2) contenant des sources émettrices de rayonnements gamma, à l'aide d'une gamma-caméra (5) à détecteur plan (1) parallèle aux plans de coupes, cette caméra ayant une pluralité de sorties (7) repérées chacune par un code et correspondant respectivement aux différentes coordonnées d'impacts possibles et à l'énergie des rayonnements gamma reçus par Le détecteur, cette énergie étant mesurée par une valeur de comptages fournie par la sortie correspondant à un impact, le procédé consistant à interposer entre l'objet et le détecteur, parallèlement à ce détecteur, un masque (M) plan -formé par assemblage de motifs (M1) identiques, de forme rectangulaire et comportant chacun une mosaïque d'éléments transparents dans une surface opaque aux rayonnements, ces éléments transparents occupant dans le motif des positions prédéterminées repérées selon une matrice de codage, La reconstruction des images des coupes étant effectuée par un traitement des vaLeurs de comptages enregistrées dans une mémoire (9), ces valeurs étant sélectionnées seLon des matrices de décodage déduites des matrices de codage et correspondant aux images sur le détecteur (1) d'au moins un motif (M1) du masque éclairé par lesdites sources, les dimensions et les emplacements de ces images sur le détecteur (1) dépendant du motif choisi dans le masque, des coordonnées des sources dans chaque plan, par rapport à un repère de référence, ainsi que de l'éloignement de chaque plan par rapport au détecteur, Le procédé consistant à effectuer Les opérations suivantes :3. Method for reconstructing images of successive parallel sections of an object (2) containing sources emitting gamma radiation, using a gamma camera (5) with plane detector (1) parallel to the planes of sections, this camera having a plurality of outputs (7) each identified by a code and corresponding respectively to the different possible impact coordinates and to the energy of the gamma rays received by the detector, this energy being measured by a count value supplied by the output corresponding to an impact, the method consisting in interposing between the object and the detector, parallel to this detector, a mask (M) plane-formed by assembling identical patterns (M1), of rectangular shape and each comprising a mosaic of transparent elements in a surface opaque to radiation, these transparent elements occupying in the pattern predetermined positions identified according to a coding matrix, The rec the images of the sections are constructed by processing the counting values recorded in a memory (9), these values being selected according to the decoding matrices deduced from the coding matrices and corresponding to the images on the detector (1) at least a pattern (M1) of the mask illuminated by said sources, the dimensions and locations of these images on the detector (1) depending on the pattern chosen in the mask, the coordinates of the sources in each plane, with respect to a reference frame, as well as the distance of each plane from the detector, The process consisting in carrying out The following operations:
- on sélectionne une portion du détecteur pour chaque éloignement de plan de coupe Pi par rapport au détecteur,a portion of the detector is selected for each distance from the cutting plane Pi relative to the detector,
- pour chaque plan de coupe Pi, on déplace La matrice de décodage pour repérer les sources éventuellement présentes dans ce plan. ce déplacement correspondant à un balayage de toutes les sources repérées par leurs coordonnées (i, j) dans Le plan Pi et par des valeurs de comptages mesurées, - à partir des valeurs de comptages correspondantes, on reconstruit les activités des sources de chaque plan, caractérisé en ce que chacun desdits éléments transparents d'un motif (M1) est repéré par un numéro de ligne et un numéro de colonne, le nombre total de lignes L multiplié par le nombre total de colonnes C étant égal à la Longueur d'une série monodimensionnelle pseudo-aléatoire, L et C étant premiers entre eux, la série bidimensionnelLe A(i,j) étant obtenue à partir de la série monodimensionnelle A(x) en écrivant que le contenu binaire de x, La série retenue
Figure imgf000027_0001
étant q-naire et sat s a sant aux quat ons :
- for each cutting plane Pi, the decoding matrix is moved to locate the sources possibly present in this plane. this displacement corresponding to a scan of all the sources identified by their coordinates (i, j) in the plane Pi and by measured count values, - from the corresponding count values, the activities of the sources of each plane are reconstructed, characterized in that each of said transparent elements of a pattern (M1) is identified by a line number and a column number, the total number of lines L multiplied by the total number of columns C being equal to the Length of a pseudo-random one-dimensional series, L and C being prime to each other, the two-dimensional series The A (i, j) being obtained from the one-dimensional series A (x) by writing that the binary content of x, The selected series
Figure imgf000027_0001
being q-nary and sat its health to the quat ons:
n n-1 n-2 q -1 q -1 q -1 in n-1 n-2 q -1 q -1 q -1 i
—-- ; p = -- l = et q = k q-1 q-1 q-1—--; p = - l = and q = k q-1 q-1 q-1
k est un nombre premier et i est un nombre entier, m représente le nombre d'éléments d'un motif du masque, p Le nombre de trous ou éléments transparents, l La corrélation de la série par elle-même.k is a prime number and i is an integer, m represents the number of elements of a mask pattern, p The number of holes or transparent elements, l The correlation of the series by itself.
4. Procédé selon La revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à -choisir chaque motif pour que le rapport p/m (peu différent de 1/q) soit inférieur ou égal à dix pour cent.4. Method according to claim 3, characterized in that it consists in choosing each pattern so that the p / m ratio (p eu different from 1 / q) is less than or equal to ten percent.
5. Procédé de reconstruction d'images de coupes parallèles successives d'un objet (2) contenant des sources émettrices de rayonnements gamma, à l'aide d'une gamma-caméra (5) à détecteur plan (1) parallèle aux plans de coupes, cette caméra ayant une pluralité de sorties (7) repérées chacune par un code et correspondant respectivement aux différentes coordonnées d'impacts possibles et à l'énergie des rayonnements gamma reçus par Le détecteur, cette énergie étant mesurée par une valeur de comptages fournie par La sortie correspondant à un impact. Le procédé consistant à interposer entre l'objet et le détecteur, parallèlement à ce détecteur, un masque (M) plan formé par assemblage de motifs (M1) identiques, de forme rectangulaire et comportant chacun une mosaïque d'éléments transparents dans une surface opaque aux rayonnements, ces éléments transparents occupant dans le motif des positions prédéterminées repérées selon une matrice de codage, la reconstruction des images des coupes étant effectuée par un traitement des valeurs de comptages enregistrées dans une mémoire (9), ces valeurs étant sélectionnées selon des matrices de décodage déduites des matrices de codage et correspondant aux images sur le détecteur (1) d'au moins un motif (M1) du masque éclairé par lesdites sources, les dimensions et les emplacements de ces images sur le détecteur (1) dépendant du motif choisi dans le masque, des coordonnées des sources dans chaque plan, par rapport à un repère de référence, ainsi que de l'éloignement de chaque plan par rapport au détecteur, le procédé consistant à effectuer Les opérations suivantes :5. Method for reconstructing images of successive parallel sections of an object (2) containing sources emitting gamma radiation, using a gamma camera (5) with plane detector (1) parallel to the planes of sections, this camera having a plurality of outputs (7) each identified by a code and corresponding respectively to the different possible impact coordinates and to the energy of the gamma rays received by the detector, this energy being measured by a count value supplied by The output corresponding to an impact. The process consisting in interposing between the object and the detector, parallel to this detector, a plane mask (M) formed by assembling identical patterns (M1), of rectangular shape and each comprising a mosaic of transparent elements in a surface opaque to radiation, these transparent elements occupying in the pattern predetermined positions identified according to a coding matrix, the reconstruction of the images of the sections being carried out by processing the count values recorded in a memory (9), these values being selected according to matrices of decoding deduced from the coding matrices and corresponding to the images on the detector (1) of at least one pattern (M1) of the mask illuminated by said sources, the dimensions and locations of these images on the detector (1) depending on the chosen pattern in the mask, coordinates of the sources in each plane, relative to a reference frame, as well as the distance nt of each plane relative to the detector, the process consisting in carrying out the following operations:
- on sélectionne une portion du détecteur pour chaque éloignement de plan de coupe Pi par rapport au détecteur,a portion of the detector is selected for each distance from the cutting plane Pi relative to the detector,
- pour chaque plan de coupe Pi, on déplace La matrice de décodage pour repérer Les sources éventuellement présentes dans ce plan, ce déplacement correspondant à un balayage de toutes les sources repérées par Leurs coordonnées (i, j) dans le plan Pi, et par des valeurs de comptages mesurées,- for each cutting plane Pi, the decoding matrix is moved to locate the sources possibly present in this plane, this displacement corresponding to a scanning of all the sources identified by their coordinates (i, j) in the plane Pi, and by measured count values,
- à partir des valeurs de comptages correspondantes, on reconstruit les activités des sources de chaque plan, caractérisé en ce qu'il consiste, pour chaque plan de coupe Pi, à sélectionner une portion de détecteur correspondant à au moins deux projections d'un même motif du masque sur le détecteur, ces projections étant aussi écartées que possible.- from the corresponding count values, the activities of the sources of each plane are reconstructed, characterized in that it consists, for each cutting plane Pi, of selecting a detector portion corresponding to at least two projections of the same pattern of the mask on the detector, these projections being as far apart as possible.
6. Procédé de reconstruction d'images, mettant en oeuvre les étapes définies dans Les revendications 1 et 3.6. Image reconstruction method, implementing the steps defined in Claims 1 and 3.
7. Procédé de reconstruction d'images, mettant en oeuvre les étapes définies dans les revendications 1 et 5. 7. Image reconstruction method, implementing the steps defined in claims 1 and 5.
8. Procédé de reconstruction d'images, mettant en oeuvre les étapes définies dans les revendications 3 et 5. 8. Image reconstruction method, implementing the steps defined in claims 3 and 5.
PCT/FR1987/000421 1986-10-31 1987-10-27 Method for reconstructing images of successive parallel section cuttings of an object containing gamma radiation emitting sources WO1988003275A1 (en)

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