FR3092398A1 - Procédés et systèmes pour l’imagerie de contraste phase - Google Patents
Procédés et systèmes pour l’imagerie de contraste phase Download PDFInfo
- Publication number
- FR3092398A1 FR3092398A1 FR1900968A FR1900968A FR3092398A1 FR 3092398 A1 FR3092398 A1 FR 3092398A1 FR 1900968 A FR1900968 A FR 1900968A FR 1900968 A FR1900968 A FR 1900968A FR 3092398 A1 FR3092398 A1 FR 3092398A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- mask
- elementary detectors
- detector
- opaque
- phase contrast
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 66
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 14
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 13
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 17
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 14
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000002601 radiography Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000009607 mammography Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000012552 review Methods 0.000 description 3
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M caesium iodide Chemical compound [I-].[Cs+] XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000000235 small-angle X-ray scattering Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012804 iterative process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
- G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
- G01N23/041—Phase-contrast imaging, e.g. using grating interferometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
- G01N2223/10—Different kinds of radiation or particles
- G01N2223/101—Different kinds of radiation or particles electromagnetic radiation
- G01N2223/1016—X-ray
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
- G01N2223/30—Accessories, mechanical or electrical features
- G01N2223/32—Accessories, mechanical or electrical features adjustments of elements during operation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
- G01N2223/60—Specific applications or type of materials
- G01N2223/612—Specific applications or type of materials biological material
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
Abstract
Procédés et systèmes pour l’imagerie de contraste phase Selon un aspect, la présente description a pour objet un procédé d’imagerie de contraste de phase d’un objet comprenant : l’émission, au moyen d’une source de rayons X, d’un faisceau d’illumination ; l’envoi dudit faisceau d’illumination vers un détecteur (230) comprenant un agencement bidimensionnel de détecteurs élémentaires (232) identiques, lesdits détecteurs élémentaires formant une pluralité de groupes (234) de détecteurs élémentaires juxtaposés, chaque groupe comprenant quatre détecteurs élémentaires agencés en carré; le positionnement d’au moins un premier masque (220) entre ladite source et le détecteur, le premier masque comprenant un arrangement bidimensionnel de premiers éléments (222) opaques dans une bande spectrale utile desdits rayons X, de formes et de dimensions données telles que l’ombre projetée (224) de chaque premier élément opaque éclairé par ledit faisceau d’illumination recouvre partiellement chacun des quatre détecteurs élémentaires d’un groupe de détecteurs élémentaires; la formation d’une image de contraste de phase d’un objet d’intérêt agencé à proximité dudit premier masque, la formation de ladite image comprenant l’acquisition d’une pluralité d’éléments d’image associés chacun à un groupe de ladite pluralité de groupes de détecteurs élémentaires, l’acquisition d’un élément d’image comprenant la mesure du déplacement de l’ombre projetée d’un premier élément opaque sur ledit groupe de détecteurs élémentaires. FIG. 2B
Description
La présente invention contient une description et un jeu de revendications. Elle contient également des figures, un abrégé et une figure d’abrégé.
La présente description concerne des procédés et systèmes pour l’imagerie de contraste de phase, et plus précisément l’imagerie de contraste de phase au moyen de rayons X. La présente description trouve des applications notamment dans le domaine médical et le contrôle non destructif (e.g. identification de défauts internes dans la structure des matériaux).
Etat de la technique
Les rayons X sont des ondes électromagnétiques de très hautes fréquences, typiquement 1016à 1020Hz (soit des longueurs d’onde comprises entre 0,003 nm et 30 nm), ayant la capacité de pénétrer la grande majorité des matériaux sur des épaisseurs importantes, typiquement de plusieurs centimètres à plusieurs mètres. Ces propriétés physiques des rayons X sont exploitées depuis des dizaines d’années dans le domaine de l’imagerie pour produire des images caractéristiques de l’interaction des rayons X avec la matière. L’exemple le plus connu concerne l’imagerie médicale : l’imagerie de transmission des rayons X au travers d’un objet biologique, appelée radiographie, permet d’accéder à des images dont le contraste est représentatif à la fois de l’épaisseur et du coefficient d’atténuation des structures traversées. En particulier, pour ce type d’imagerie, l’atténuation locale de l’image est représentative des phénomènes d’absorption et de diffusion par un volume au sein de l’objet traversé, par exemple une tumeur dans le cas de la radiographie à visée de diagnostic du cancer.
Comme tout rayonnement électromagnétique, à la traversée d’un objet dont certaines propriétés sont localement inhomogènes, le rayonnement X peut faire l’objet d’un phénomène de réfraction correspondant à une déviation locale du faisceau. Ces inhomogénéités correspondent par exemple à des changements locaux d’indices de réfraction du fait de la composition inhomogène d’un objet. La capacité de visualiser ces déviations locales sous la forme d’une image permet d’accéder à des propriétés de l’objet différentes de celles obtenues par le contraste d’absorption et de diffusion utilisé en radiographie. C’est ce qu’on appelle l’imagerie par contraste de phase.
De manière générale, le déphasage d’une onde électromagnétique n’est pas un phénomène directement observable à l’aide des méthodes de détection existantes, en particulier des capteurs d’images. Ces derniers sont en effet sensibles à l’intensité du rayonnement, elle-même correspondant au carré de l’amplitude de l’onde électromagnétique. Différentes méthodes permettent de transformer une variation de phase en une variation d’intensité, directement détectable et caractérisable à l’aide de détecteurs d’images (caméras). Dans le domaine des rayons X, les technologies d’imagerie permettant d’accéder à une image représentative des variations de phase d’un objet peuvent être regroupées en 2 grandes familles : les techniques d’imagerie interférométriques et les techniques d’imagerie « déflectométriques » basées sur l’analyse de la déflexion de faisceaux.
L’imagerie interférométrique est basée sur la génération d’interférences entre une onde dont la phase est perturbée par un objet d’indice non homogène et une onde de référence. Les franges d’interférence ainsi créées correspondent à une modulation de l’amplitude du champ électromagnétique, directement observable à l’aide de caméras, et dont les caractéristiques – par exemple le nombre de franges présentes sur une surface donnée - permettent de remonter aux variations de phase induites par l’objet. L’article de revue de A. Bravinet al.[Réf. 1] décrit plus précisément les techniques d’imagerie interférométrique dans le domaine des Rayons X. Une difficulté de l’imagerie interférométrique dans le domaine des Rayons X est liée notamment à la nécessité d’utiliser des sources de Rayons X cohérentes spatialement et spectralement, ce qui interdit l’usage des tubes à rayons X classiquement utilisées en radiographie. Seule la méthode d’imagerie interférométrique basée sur l’utilisation de plusieurs réseaux, connue sous le nom de « grating-based X-Ray phase-contrast imaging », permet de produire des images de contraste de phase avec l’usage d’une source incohérente. Pour cela, un réseau, dont le dimensionnement est directement lié aux caractéristiques des autres réseaux présents dans le système, est placé directement devant une source conventionnelle comme un tube à rayons X (voir par exemple l’article de F. Pfeifferet al. [Réf. 2]). Cependant, cette approche présente de nombreuses limitations, dont la difficulté de fabrication de tels réseaux, du fait des très basses longueurs d’onde mises en jeu.
La seconde grande famille de méthodes d’imagerie de contraste de phase dans le domaine des rayons X regroupe les techniques d’imagerie déflectométriques. Celles-ci reposent sur la mesure de déflexion locale d’un faisceau comme indicateur d’une variation de phase locale. La génération d’une multitude de faisceaux vis-à-vis d’une surface donnée, et l’analyse des déflexions locales de chacun de ces faisceaux après traversée d’un objet d’intérêt permet de remonter à une carte bidimensionnelle des variations de phase induites par l’objet. Ces techniques présentent notamment l’avantage d’être moins sensibles aux caractéristiques de la source utilisée, notamment en terme de cohérence, et de pouvoir ainsi être mises en œuvre avec des sources de rayons X conventionnelles en radiographie.
Plus précisément, une mise en œuvre de cette technique, dénommée «coded aperture X-ray phase contrast imaging», est décrite dans la demande de brevet publiée WO2008029107 [Réf. 3] dont les FIGS 1A et 1B illustrent le principe.
L'imagerie de contraste de phase décrite sur les FIGS 1A et 1B est obtenue au moyen d'un premier masque 8 agencé en amont d’un échantillon 10 et d'un deuxième masque 6 agencé en amont d’un détecteur 4 de rayons X. Les rayons X émis par une source 2 de rayons X sont transformés en faisceaux élémentaires 16 par des ouvertures 32 du masque 8. Lesdits faisceaux élémentaires 16 traversent l’échantillon 10 et atteignent des éléments de détection élémentaires ou pixels 12 du détecteur 4 à travers des ouvertures 30 du deuxième masque 6. Les faisceaux élémentaires 16 sont agencés pour frapper le bord des pixels. Ainsi, des petits écarts θ dans les faisceaux élémentaires 16 résultant des déflexions subis lors de la traversée de l’échantillon 10 provoquent une augmentation ou une diminution significative du signal frappant la zone exposée 22 du pixel, ce qui entraîne un signal de contraste de phase significatif.
Cependant, dans la technique décrite dans la demande WO2008029107, il n’est pas possible de distinguer dans l’augmentation ou la diminution du signal frappant la zone exposée du pixel la part résultant de la déflexion d’un faisceau élémentaire traversant l’échantillon (liée à la partie réelle de l’indice de réfraction) et celle résultant de l’absorption du faisceau traversant l’échantillon (liée à la partie imaginaire de l’indice de réfraction).
La demande de brevet publiée US2014233699 [Réf. 4], dont est extraite la FIG. 1C, décrit une technique d'imagerie de contraste de phase améliorée qui permet de former sélectivement une image d’absorption et une image de contraste de phase qui s’affranchit de l’effet l’absorption. Pour cela, des rayons X émis par une source 2 de rayons X sont transformés en faisceaux élémentaires 16 par des ouvertures 32 d’un masque 8, les ouvertures présentant des formes de fentes. Comme illustré sur la FIG. 1C, les faisceaux élémentaires 16 sont agencés pour chevaucher deux rangées adjacentes de pixels 12 d’un détecteur 4 de rayons X. Selon le procédé décrit dans la demande US2014233699, une image de contraste de phase est obtenue au moyen d’une soustraction entre une première image et une deuxième image qui peuvent être acquises simultanément. La première image est mesurée avec le premier bord mais pas le deuxième bord de chaque faisceau élémentaire chevauchant une rangée de pixels et la deuxième image est mesurée avec le deuxième bord mais pas le premier bord chevauchant la rangée de pixels adjacente. Le contraste de phase est ainsi mesuré selon une direction, à savoir la direction perpendiculaire aux fentes. Le gradient de la fonction d'absorption des rayons X peut être calculé et un terme proportionnel peut être inclus dans le traitement d'image pour calculer une image de contraste de phase qui n’est lié qu’à la partie réelle de l’indice de réfraction.
La présente description a pour objet une technique d’imagerie déflectométrique permettant d’obtenir une image de contraste de phase affranchie de l’effet de l’absorption, selon deux directions et en une seule acquisition, ladite technique permettant en outre, par rapport aux techniques connues de l’état de l’art, de réduire la quantité de rayons X nécessaire pour cette acquisition.
Selon un premier aspect, la présente description concerne un procédé d’imagerie de contraste de phase d’un objet comprenant les étapes suivantes :
- l’émission au moyen d’une source de rayons X d’un faisceau d’illumination ;
- l’envoi dudit faisceau d’illumination vers un détecteur desdits rayons X, ledit détecteur comprenant un agencement bidimensionnel de détecteurs élémentaires identiques, lesdits détecteurs élémentaires formant une pluralité de groupes de détecteurs élémentaires juxtaposés, chaque groupe comprenant quatre détecteurs élémentaires agencés en carré ;
- le positionnement d’au moins un premier masque entre ladite source et le détecteur, à une distance donnée (d) du détecteur, le premier masque comprenant un arrangement bidimensionnel de premiers éléments opaques auxdits rayons X, de formes et de dimensions données telles que l’ombre projetée de chaque premier élément opaque éclairé par ledit faisceau d’illumination recouvre partiellement chacun des quatre détecteurs élémentaires d’un groupe de détecteurs élémentaires;
- la formation d’une image de contraste de phase d’un objet d’intérêt agencé à proximité dudit premier masque, la formation de ladite image comprenant l’acquisition d’une pluralité d’éléments d’image associés chacun à un groupe de ladite pluralité de groupes de détecteurs élémentaires, l’acquisition d’un élément d’image comprenant la mesure du déplacement de l’ombre projetée d’un premier élément opaque sur ledit groupe de détecteurs élémentaires.
Le procédé ainsi décrit, en mesurant des déplacements d’ombres projetées d’éléments opaques sur des groupes de détecteurs élémentaires, permet une formation d’image bidimensionnelle de contraste de phase plus efficace en terme énergétique. En effet, par rapport à un masque d’ouvertures tel que défini dans l’état de l’art, la quantité de rayons X du faisceau d’illumination obturée par le masque est moins importante ; ainsi, moins de rayons X sont nécessaires pour atteindre un même niveau de signal sur chaque pixel.
Par imagerie de contraste de phase, on entend au sens de la présente description la formation d’une image comprenant une pluralité d’éléments d’image, chaque élément d’image étant caractéristique d’un déphasage local introduit par une région élémentaire d’un objet d’intérêt, résultant d’une inhomogénéité présente dans ladite région élémentaire, le déphasage local étant déterminé par rapport à une phase de référence.
Par « opaque » on comprend une transmission résiduelle aux rayons X dans une bande spectrale utile desdits rayons X inférieure à la sensibilité de détection du détecteur de rayons X.
Par « bande spectrale utile » des rayons X, on entend la gamme de longueurs d’onde sélectionnée par exemple à l’aide de filtres spectraux, comme par exemple des filtres d’absorption métalliques, de manière à obtenir un rayonnement dont le spectre est restreint au domaine souhaité pour l’application visée. Par exemple, en mammographie, il est habituellement fait usage d’un domaine spectral utile entre 20 et 40 keV.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, en l’absence d’un objet d’intérêt, l’ombre projetée de chaque premier élément opaque éclairé par ledit faisceau d’illumination est centrée sur l’intersection entre lesdits quatre détecteurs élémentaires.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, en l’absence d’un objet d’intérêt, l’ombre projetée de chaque premier élément opaque éclairé par ledit faisceau d’illumination est de forme et de dimensions sensiblement identiques à celle d’un détecteur élémentaire :
L’une et/ou l’autre des modes de réalisation décrits ci-dessus contribuent à augmenter la sensibilité de la détection dans le procédé selon la présente description.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation du procédé selon la présente description, la mesure du déplacement de l’ombre projetée d’un premier élément opaque sur ledit groupe de détecteurs élémentaires comprend une mesure de l’intensité du rayonnement X au niveau de chacun des quatre détecteurs élémentaires dudit groupe de détecteurs élémentaires.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le procédé selon la présente description comprend en outre l’acquisition d’une image en absorption, comprenant le calcul du ratio entre la somme des intensités du rayonnement X mesurées par chacun des quatre détecteurs élémentaires dudit groupe de détecteurs élémentaires en présence dudit objet d’intérêt et en l’absence dudit objet d’intérêt.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le procédé selon la présente description comprend en outre :
- le déplacement relatif dudit premier masque et dudit détecteur de telle sorte que l’ombre projetée de chaque premier élément opaque éclairé par ledit faisceau d’illumination coïncide avec un détecteur élémentaire ; et
- l’acquisition d’une image en champ sombre de l’objet par mesure d’un signal sur chacun des détecteurs élémentaires coïncidant avec l’ombre projetée de chaque premier élément opaque.
Une acquisition d’une image en champ sombre en complément d’une image de contraste de phase permet de donner des informations complémentaires sur la nature de l’objet d’intérêt.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation du procédé selon la présente description, l’objet est positionné en aval du premier masque, c’est-à-dire entre le premier masque et le détecteur. La distance entre la zone de l’objet responsable d’une déviation angulaire locale d’un faisceau incident et le détecteur ne peut être précisément connue, ce qui ne permet pas d’en déduire une valeur quantitative de ladite déviation mais une cartographie des variations locales relatives de la phase d’où la notion de « contraste de phase ».
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, l’objet est positionné en amont du premier masque, c’est-à-dire entre la source et le premier masque. Cet agencement particulier permet de mesurer la variation de phase locale de façon quantitative. En effet, avec l’objet d’intérêt en amont du premier masque, comme on connait de façon certaine la distance entre le premier masque et le détecteur, la déviation angulaire introduite localement peut être déterminée de façon certaine par rapport au déplacement de l’ombre projetée. Dans la présente description, on parlera aussi d’« imagerie de phase » pour ce cas particulier d’imagerie de contraste de phase.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le procédé selon la présente description comprend en outre le positionnement d’un deuxième masque en amont du premier masque, l’objet d’intérêt étant positionné lors de la formation d’une image de phase entre le premier masque et le deuxième masque. La présence d’un deuxième masque permet de réduire la quantité de rayons X incidents sur l’objet, et non utiles pour l’imagerie. Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le deuxième masque comprend un ensemble de deuxièmes éléments opaques dans ladite bande spectrale utile, agencés de telle sorte que l’ombre projetée d’un deuxième élément opaque sur le premier masque soit incluse dans un premier élément opaque du premier masque.
Selon un deuxième aspect, la présente description concerne un dispositif d’imagerie de contraste de phase d’un objet pour la mise en œuvre d’un procédé selon le premier aspect et de ses différents modes de réalisation.
Plus précisément, la présente description concerne un dispositif d’imagerie de contraste de phase comprenant :
- une source de rayons X pour l’émission d’un faisceau d’illumination ;
- un détecteur desdits rayons X agencé pour recevoir ledit faisceau d’illumination, ledit détecteur comprenant un agencement bidimensionnel de détecteurs élémentaires identiques, lesdits détecteurs élémentaires formant une pluralité de groupes de détecteurs élémentaires juxtaposés, chaque groupe comprenant quatre détecteurs élémentaires agencés en carré;
- au moins un premier masque positionné entre ladite source et le détecteur, à une distance donnée du détecteur, le premier masque comprenant un arrangement bidimensionnel de premiers éléments opaques dans une bande spectrale utile desdits rayons X, de formes et de dimensions données telles que l’ombre projetée de chaque premier élément opaque éclairé par ledit faisceau d’illumination recouvre partiellement chacun des quatre détecteurs élémentaires d’un groupe de détecteurs élémentaires;
- une unité de traitement configurée pour former une image de contraste de phase d’un objet d’intérêt agencé à proximité dudit premier masque, ladite image comprenant une pluralité d’éléments d’image associés chacun à un groupe de ladite pluralité de groupes de détecteurs élémentaires, chaque élément d’image étant déterminé à partir de la mesure du déplacement de l’ombre projetée d’un premier élément opaque sur ledit groupe de détecteurs élémentaires.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la source de rayons X comprend un tube à rayon X ou une source à rayons X à micro foyer (ou «microfocus»).
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le détecteur de rayons X comprend un système de détection indirecte, par exemple une plaque de détection (ou «flat panel») avec une matrice de détecteurs élémentaires sensible dans le visible (par exemple caméra CMOS) sur laquelle est déposé une couche de conversion (ou scintillateur) permettant de transformer le rayonnement X en rayonnement visible par un phénomène de fluorescence.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le détecteur de rayons X comprend un système de détection directe, par exemple une caméra à comptage de photons (détection directe), une caméra CCD amincie (CCD abréviation de l’expression anglosaxonne «Charge Coupled Device»).
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, les éléments opaques du premier masque sont formés par des plots agencés sur un substrat transparent auxdits rayons X. Par « transparent », on comprend une transmission aux rayons X émis par la source de rayons X, ou aux rayons X compris dans la bande spectrale utile, supérieure à typiquement 80%.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, les éléments opaques sont de mêmes formes que les détecteurs élémentaires. Avantageusement cependant, les dimensions des éléments opaques et des détecteurs élémentaires sont différentes pour tenir compte d’un facteur de grandissement entre le plan du premier masque et le plan du détecteur.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, les éléments opaques et les détecteurs élémentaires sont de forme rectangulaire, avantageusement de forme carrée.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, les détecteurs élémentaires et les premiers éléments opaques sont agencés de façon périodique selon chaque dimension de l’agencement bidimensionnel.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, en l’absence d’un objet d’intérêt, lorsque le premier masque est éclairé par ledit faisceau d’illumination, l’ombre projetée de chaque premier élément opaque est centrée sur l’intersection entre lesdits quatre détecteurs élémentaires.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le dispositif d’imagerie de contraste de phase comprend en outre un deuxième masque positionné en amont du premier masque, le deuxième masque comprenant un ensemble de deuxièmes éléments opaques dans ladite bande spectrale utile, agencés de telle sorte que lorsque le deuxième masque est éclairé par ledit faisceau d’illumination, l’ombre projetée d’un deuxième élément opaque sur le premier masque soit incluse dans un premier élément opaque du premier masque.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le dispositif d’imagerie de contraste de phase comprend en outre des moyens de déplacement relatif dudit premier masque et dudit détecteur.
Brève description des figures
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description, illustrée par les figures suivantes :
Description détaillée de l’invention
Les FIGS. 2A, 2B illustrent schématiquement un exemple d’un dispositif d’imagerie 200 pour la mise en œuvre d’un exemple de procédé d’imagerie de contraste de phase selon la présente description. Sur la FIG. 2A, le dispositif est schématisé selon une coupe axiale à des fins d’illustration.
Le dispositif d’imagerie 200 représenté sur la FIG. 2A comprend une source 210 de rayons X permettant l’émission d’un faisceau d’illumination 212, un détecteur 230 desdits rayons X, un premier masque 220, une unité de traitement 240. Le premier masque 220 et le détecteur 230 sont illustrés de façon partielle sur la FIG. 2B.
La source 210 comprend par exemple un tube à rayons X, source traditionnellement utilisée en mammographie. Alternativement, on pourra utiliser des sources de rayonnement X dites à micro foyer (ou «microfocus»), dont les surfaces émettrices ont des tailles plus petites que celles des tubes à rayons X, typiquement entre 5 µm² à 50 µm².
Le détecteur 230 de rayons X comprend un agencement bidimensionnel de détecteurs élémentaires identiques 232.
Dans le cadre d’une application du dispositif d’imagerie dans le domaine de l’imagerie médicale, par exemple en mammographie, le détecteur 230 est par exemple un détecteur de type plaque de détection ou «flat panel». Un tel détecteur, sensible aux rayons X, comprend par exemple une matrice de détecteurs élémentaires CMOS sur laquelle est déposé une couche de conversion (ou scintillateur) permettant de transformer le rayonnement X en rayonnement visible par un phénomène de fluorescence. Ainsi, l’élément photosensible de chaque détecteur élémentaire peut comprendre du silicium comme les caméras dans le domaine visible. Par exemple, la couche de conversion comprend un matériau de type CsI (Iodure de Césium), par exemple de quelques dizaines de micromètres d’épaisseur. La taille typique des détecteurs élémentaires d’un détecteur de type plaque de détection varie entre 50 µm à 100 µm de côté, les détecteurs élémentaires étant généralement de forme carrée.
Alternativement, le détecteur 230 est par exemple une camera à comptage de photons («photon counting camera»). Ce type de détecteur, dit à détection directe, n’utilise pas d’élément supplémentaire de conversion spectrale d’un photon X en photon visible comme par exemple le scintillateur précédemment décrit, mais utilise un semiconducteur, comme par exemple le Silicium (Si), l’Arséniure de Gallium (GaAs), ou le Tellurure de Cadmium (CdTe), polarisé électriquement pour convertir un photon X en électrons, eux-mêmes quantifiés à l’aide d’un circuit de lecture incluant différentes étapes telles que amplification, seuillage et comptage d’évènements. Ce type de détecteur présente certains avantages comme un bruit de lecture quasi inexistant, une Fonction de Transfert de Modulation (FTM) capteur de l’ordre d’un pixel et éventuellement une capacité de discrimination spectrale du rayonnement incident.
D’autres type de détecteurs peuvent être utilisés, comme les caméras à détection directe typiquement basées sur des capteurs CCD (Charge Coupled Device) amincis mais dont la sensibilité est limitée aux basses énergies de rayonnement X, ou encore les caméras X à détection indirecte, utilisant là encore un élément de conversion spectrale tel qu’un scintillateur, mais – à la différence d’un «flat panel» - celui-ci n’est pas positionné au contact direct du détecteur mais conjugué à celui-ci à l’aide d’un système optique de reprise d’image, par exemple basé sur l’utilisation de lentilles ou de faisceaux de fibres optiques.
Le premier masque 220 comprend un arrangement bidimensionnel de premiers éléments 222 opaques auxdits rayons X. Les éléments opaques sont par exemple des plots agencés sur un substrat 221 transparent auxdits rayons X. Les plots sont par exemple formés en matériau opaque aux rayonnements X d’intérêt ; ils sont formés par exemple en or, avec une épaisseur suffisante pour leur conférer l’opacité recherchée. Par élément « opaque » on comprend une transmission résiduelle aux rayons X émis par la source 210, ou dans la bande spectrale utile considérée pour l’utilisation du dispositif 200, inférieure à la sensibilité de détection du détecteur de rayons X. Comme illustré sur les FIGS 2A, 2B, toute la surface 221 du substrat non recouverte par les plots est transparente aux rayons X d’intérêt.
Par « transparent », on comprend une transmission aux rayons X émis par la source 210, ou aux rayons X de la bande spectrale utile pour l’utilisation du dispositif 200, supérieure à 80%.
Le substrat est par exemple, pour une bande spectrale utile centrée à 30 keV, constitué d’une plaque de graphite de plusieurs centaines de micromètres d’épaisseur, typiquement 1mm.
Comme illustré sur la FIG. 2A, le premier masque est agencé entre la source 210 et le détecteur 230, dans un plan parallèle à un plan du détecteur 230, à une distance donnée du détecteur, notéedsur la FIG 2A. En fonctionnement, un objet d’intérêt dont on veut former une image de phase peut être positionné en amont ou en aval du premier masque 220, comme ce sera expliqué par la suite en référence aux FIGS.3A, 3B.
Une unité de traitement 240 est configurée pour la mise en œuvre d’étapes de calcul et/ou de traitement mises en œuvre dans des procédés selon la présente demande. De façon générale, lorsque dans la présente description, il est fait référence à des étapes de calcul ou traitement pour la mise en œuvre notamment d’étapes de procédés, il est entendu que chaque étape de calcul ou traitement peut être mis en œuvre par logiciel, hardware, firmware, microcode ou toute combinaison appropriée de ces technologies. Lorsqu’un logiciel est utilisé, chaque étape de calcul ou traitement peut être mise en œuvre par des instructions de programme d’ordinateur ou du code logiciel. Ces instructions peuvent être stockées ou transmises vers un support de stockage lisible par un ordinateur (ou unité de traitement) et/ou être exécutées par un ordinateur (ou unité de traitement) afin de mettre en œuvre ces étapes de calcul ou traitement.
Comme illustré sur la FIG. 2B, les détecteurs élémentaires 232 du détecteur 230 forment une pluralité de groupes de détecteurs élémentaires juxtaposés, chaque groupe 234 comprenant quatre détecteurs élémentaires 232 agencés en carré. Ainsi, à titre d’exemple sur la FIG. 2B, le groupe 234iest formé de quatre détecteurs élémentaires juxtaposés 232(1), 232(2), 232(3), 232(4) agencés en carré. En fonctionnement, les premiers éléments opaques 222 du masque 220 sont agencés de telle sorte que l’ombre projetée 224 de chaque premier élément opaque 222 éclairé par le faisceau d’illumination recouvre partiellement chacun des quatre détecteurs élémentaires d’un groupe de détecteurs élémentaires. Ainsi, dans l’exemple de la FIG. 2B, l’ombre projetée 224idu premier élément opaque 222idu masque 220 recouvre partiellement chacun des quatre détecteurs élémentaires 232(1), 232(2), 232(3), 232(4) du groupe de détecteurs élémentaires 234i.
Dans le cas d’un rayonnement divergent, c’est-à-dire correspondant à un ensemble de faisceaux issus d’une source 210 à distance finie du masque comme illustré sur la FIG. 2B, un grandissement est présent entre le plan du masque 220 et le plan du détecteur 230. La taille de l’ombre projetée d’un élément opaque (supposé carré) sur le détecteur, notée t’m, est donc donnée par :
oùt m est la taille d’un élément opaque du masque 220 et D la distance entre la source 210 et le masque 220.
La taillet m des éléments opaques du masque 220, leur répartition et la distancedseront avantageusement choisie en prenant en compte le grandissement (D+d)/D, de telle sorte que l’ombre projetée de chaque élément opaque soit centrée sur l’intersection des 4 détecteurs élémentaires d’un groupe de détecteurs élémentaires agencés en carré, en l’absence d’un quelconque objet d’intérêt, et présente avantageusement une taille similaire à un détecteur élémentaire. Ainsi, lorsque le détecteur 230 est constitué de détecteurs élémentaires agencés de manière périodique selon 2 dimensions, la répartition des éléments opaques présente avantageusement une périodicité proportionnelle à celle du détecteur 230 suivant le grandissement (D+d)/D. Les caractéristiques ainsi définies des éléments opaques permettent d’obtenir une sensibilité de détection optimale.
Bien que l’exemple ci-dessus fasse mention de détecteurs élémentaires et d’éléments opaques de formes carrées, d’autres formes pour les détecteurs élémentaires et/ou les éléments opaques sont possibles. Par exemple, les éléments opaques peuvent être de forme rectangulaire (non carrée) dans le cas où les détecteurs élémentaires sont eux-mêmes de forme rectangulaire (non carrée). Avantageusement, pour les raisons expliquées ci-dessus, les formes des détecteurs élémentaires et des éléments opaques sont identiques, ceux-ci différant dans leurs dimensions pour tenir compte du grandissement entre le plan du masque 220 et le plan du détecteur 230.
Les FIGS 3A et 3B illustrent la mise en œuvre d’un procédé selon la présente description, au moyen d’un dispositif tel qu’illustré sur les FIGS. 2A, 2B, dans un premier exemple (FIG. 3A) dans lequel l’objet d’intérêt 10 est positionné en amont du premier masque 220, c’est-à-dire entre la source 210 de rayons X et le premier masque 220 et dans un deuxième exemple (FIG. 3B) dans lequel l’objet d’intérêt 10 est positionné en aval du premier masque 220, c’est-à-dire entre le premier masque 220 et le détecteur 230 de rayons X. Comme pour la FIG. 2A, les FIGS 3A et 3B sont des représentations schématiques en coupe mais le premier masque 220 et le détecteur 230 doivent être compris comme des agencements bidimensionnels respectivement d’éléments opaques et de détecteurs élémentaires, tels qu’illustrés sur la FIG. 2B.
Comme illustré sur la FIG. 3A, une inhomogénéité 101 présente dans l’objet d’intérêt 10 résulte en des déviations angulaires locales (θx, θy) des rayons X incidents sur l’objet, définies respectivement selon deux directions x, y parallèles aux directions d’agencement des éléments opaques sur le premier masque. Ces déviations angulaires locales sont directement liées aux caractéristiques de l’inhomogénéité 101, en particulier son indice de réfraction et sa géométrie, comme précisément explicité dans l’article de revue de A. Bravinet al.[Réf. 1]. En effet, dans le domaine des rayons X, pour une longueur d’onde donnée λ, l’indice de réfraction complexe n d’un matériau est exprimé sous la forme :
où β est proportionnel au coefficient d’absorption linéaire μ (perte d’intensité par unité de longueur) dudit matériau selon μ=4π β/ λ, et δ est proportionnel à la phase ϕ induite par ledit matériau selon ϕ=2π δ/ λ. Ainsi les déviations angulaires locales θx, θy, respectivement selon les axes x et y, induites par l’inhomogénéité 101 peuvent être déterminées selon :
et
c’est-à-dire de manière directement proportionnelle à la dérivée locale de la phase. Ainsi, pour une inhomogénéité 101 d’indice n homogène et différent de celui de l’objet d’intérêt 10 environnant, la déviation angulaire locale induite par l’inhomogénéité sera maximale au bord de celle-ci.
Comme illustré sur la FIG. 2B, une phase locale induite par l’objet 10 entraîne ainsi des déviations latérales locales du faisceau incident, et par voie de conséquence des déviations latérales locales de l’ombre projetée de l’élément opaque en regard de ladite phase locale induite. Ces déviations locales sont égales à tanθx.d (respectivement tanθy.d), selon chacune des directions x, y parallèles aux directions d’agencement des éléments opaques sur le premier masque. Dans le cas des rayonnements X, les longueurs d’onde très courtes induisent des déphasages très faibles (de l’ordre de quelques µrad), et pour des valeursdimportantes (plusieurs dizaines de cm) il est possible d’obtenir une sensibilité de détection des déviations latérales (tanθx.d, tanθy.d) suffisantes, c’est à dire typiquement inférieure au dixième de détecteur élémentaire du détecteur.
L’ombre projetée 224id’un élément opaque 222isubit ainsi des déviations Δxi, Δyisur le détecteur 230 par rapport à l’ombre projetée sans objet. Sur la FIG. 3A, seule la déviation angulaire θx est représentée ainsi que la déviation Δxi. De la même manière, l’ombre projetée 224jd’un élément opaque 222jsubit des déviations Δxj, Δyjsur le détecteur 230 par rapport à l’ombre projetée sans objet. Pour obtenir une image de contraste de phase de l’objet 10, on analyse l’ensemble des déviations latérales locales Δxi, Δyides ombres projetées 224i, comme illustré au moyen des FIGS 4A – 4D.
La FIG. 4A montre une représentation vue de dessus de la FIG. 2B. Les zones foncées correspondent aux éléments opaques 222. Ceux-ci sont avantageusement positionnés de manière à ce que leurs ombres projetées sur le détecteur soit centrée à l’intersection du groupe constitué de 2x2 détecteurs élémentaires en l’absence d’un objet d’intérêt.
Pour chaque groupe 234ide 2x2 détecteurs élémentaires adjacents du détecteur 230, l’ombre projetée 224i de l’élément opaque 222i correspondant modifie le signal détecté par chaque détecteur élémentaire. Si la phase locale du rayonnement au niveau d’un élément opaque est différente d’une phase de référence correspondant à la phase issue de la source seule, c’est-à-dire en l’absence d’objet d’intérêt, l’ombre projetée de l’élément opaque subit des déviations latérales en x et en y au niveau du détecteur, de manière proportionnelle à la dérivée locale de la phase comme précédemment explicité, selon chaque direction. Les zones claires sur la FIG. 4A correspondent aux ombres projetées des éléments opaques ayant subies de telles déviations. Il est alors possible de calculer les déviations en x et en y par combinaison des intensités mesurées au niveau de chaque détecteur élémentaire du groupe de 2x2 détecteurs élémentaires correspondant à l’élément opaque considéré.
La FIG. 4B permet de visualiser plus précisément ces déviations, représentés par des flèches. Sur la FIG. 4B, les carrés en pointillés représentent les ombres projetées 224i(0) dans le cas des phases de référence en l’absence d’objet, tandis que les zones claires 224icorrespondent comme sur la FIG. 4A aux ombres projetées des éléments opaques, décalées en x et en y de manière proportionnelle à la dérivée locale de la phase du rayonnement au niveau de chaque élément.
Les FIGS 4C et 4D décrivent selon un exemple le calcul réalisé pour déterminer un élément d’image associé à un groupe 234ide détecteurs élémentaires. La FIG. 4C illustre au niveau du détecteur 230 des ombres projetées d’éléments opaques sur le détecteur dans une mise en œuvre telle que décrite sur la FIG. 3A. Sur la FIG. 4D, la zone S correspond à une ombre projetée 224i d’un élément opaque 222i, ombre projetée décalée en x et en y proportionnellement au gradient de phase présent au niveau de l’élément opaque dont l’ombre projetée intercepte les détecteurs élémentaires du groupe de détecteur élémentaire. Dans l’exemple de la FIG. 4D, le groupe 234ide détecteurs élémentaires est constituée de 4 détecteurs élémentaires 232(1), 232(2), 232(3), 232(4). De manière préférentielle le motif du masque est centré par défaut au niveau de l’intersection des 4 détecteurs élémentaires, ce qui permet d’obtenir les meilleures dynamique et sensibilité de mesure de déplacement de l’ombre projetée de ce motif.
Soit I l’intensité lumineuse au niveau du groupe 234ide détecteurs élémentaires, échantillonnée comme illustrée sur la FIG. 4D par les 4 détecteurs élémentaires 232(1), 232(2), 232(3), 232(4). Les signaux détectés par chaque détecteur élémentaire sont notés respectivement I1, I2, I3 et I4, et correspondent à l’intégration du signal lumineux reçu sur les surfaces respectives des détecteurs élémentaires. Ceci correspond pour la FIG. 4D aux surfaces hachurées, c’est-à-dire, pour chaque détecteur élémentaire, à la surface du détecteur élémentaire moins la part de la surface S située au niveau de chacun des détecteurs élémentaires, éventuellement non centrée sur les 4 détecteurs élémentaires dans le cas d’une phase locale non plane.
Ainsi, en considérant I constante à l’échelle d’un groupe de détecteurs élémentaires, celui-ci définissant ainsi la résolution spatiale d’une image d’absorption, la position selon les 2 axes x et y de la surface S est déterminée selon les équations suivantes :
Δxi = ((I2+I3) - (I1+I4)) / ((I1+I2+I3+I4))
Δyi= ((I1+I2) - (I3+I4)) / ((I1+I2+I3+I4))
Quelle que soit la position de la surface S, déterminée suivant les équations précédentes, la quantité I= I1+I2+I3+I4 est utilisée pour déterminée l’absorption locale de l’objet, à l’échelle d’un groupe de détecteurs élémentaires.
si I0est l’intensité mesurée au niveau d’un groupe de détecteurs élémentaires en l’absence d’objet, le coefficient d’absorption est déterminé par :
Ca bs= I/I0
De manière préférentielle, comme expliqué précédemment, la géométrie d’un élément opaque du masque sera choisie comme étant similaire à la géométrie d’un détecteur élémentaire, au grandissement près. En effet, cette proportion correspond à un bon compromis entre sensibilité et dynamique de mesure de position. Par ailleurs, cette géométrie permet, en ajustant la position du masque selon une ou plusieurs positions particulières, d’accéder à au moins un autre contraste d’imagerie, comme par exemple une imagerie dite en champ sombre, telle que décrite plus loin.
En effectuant le calcul décrit en relation avec la FIG. 4D sur l’ensemble de la surface du premier masque 220 projeté sur le détecteur, une carte des positions selon les 2 dimensions est obtenue, les positions étant directement proportionnelles aux gradients locaux de la phase du rayonnement incident sur le masque.
Une image de phase peut ensuite être reconstruite par diverses méthodes d’intégration connue, comme par exemple une méthode de reconstruction zonale, telle que décrite dans W.H Southwellet al.[Réf. 5], basée sur un processus itératif d’intégration locale.
La configuration décrite sur la FIG. 3A permet, lorsque la distancedest précisément connue comme cela peut être réalisé par une calibration, d’obtenir une mesure quantitative de la phase produite par un objet, puisque les déviations mesurées correspondent exactement aux grandeurs tanθx.d et tanθy.d.
Dans la configuration décrite sur la FIG. 3B, l’objet est situé entre le premier masque et le détecteur ; or il n’est en général pas possible de connaître avec précision la distance de l’objet au détecteur. Ainsi, dans cette configuration, on ne peut pas déduire la phase locale induite par l’objet de manière quantitative puisque les déviations mesurées ne correspondent pas aux grandeurs tanθx.d et tanθy.d, mais uniquement une variation de phase relativement à une mesure de référence. Par exemple, il est possible d’obtenir une représentation des variations locales de phase, c’est-à-dire une image de contraste de phase, en soustrayant les déviations mesurées avec et sans objet, et en normalisant la carte de déviation obtenue : on obtiendra ainsi par exemple une image dont les valeurs seront variables entre 0 (pas de variation de phase locale) et 1 (variation de phase maximale mesurée).
Par exemple, pour une mise en œuvre expérimentale d’un système selon la présente description pour un usage en mammographie, on pourra utiliser les paramètres suivants : détecteur 230 de type plaque de détection dotée de détecteurs élémentaires carrés de 50 µm de côté, premier masque 220, par exemple du type de celui illustré sur la FIG. 2B, agencé dans un plan positionné à une distance finie de la plaque de détection. Par exemple, un premier masque positionné à 50 cm du détecteur permet une sensibilité de détection d’un déphasage locale de l’ordre du microradian. De plus, pour une géométrie de mise en œuvre similaire à celle illustrée sur les FIGS 2A, 2B, et une source de rayonnement X positionnée à 50 cm du premier masque, il existe un grandissement géométrique entre le masque et le détecteur d’une valeur 2 dans le cas de l’exemple ici décrit. Ainsi, la dimension du côté des éléments opaques du masque sera choisie comme étant la moitié de celle des pixels du détecteur, c’est-à-dire 25µm dans l’exemple ici décrit, de manière à obtenir un dimensionnement optimal tel que présenté précédemment et illustré par les figures. Enfin, la taille de la zone émettrice de la source de rayonnement X sera avantageusement choisie comme étant la plus petite possible. Typiquement, les sources de typemicrofocusprésentent des zones émettrices dont les surfaces varient de 5 µm² à 50 µm² en fonction des paramètres de pilotage de ces sources (exemple : tension appliquée).
Le choix d’une source dont la zone émettrice est réduite permet de minimiser l’effet de lissage du signal induit par celle-ci, puisque selon les lois de propagation des ondes, le signal correspondant à l’ombre projetée d’un élément opaque du masque 220 est constitué de la projection dudit élément opaque, éventuellement localement déviée par un déphasage local lié à l’objet, projection à laquelle s’ajoute une convolution par le motif d’intensité en sortie de la source, motif directement lié à la taille de la zone émettrice.
Les FIGS 5A, 5B décrivent une mise en œuvre avantageuse permettant de minimiser la dose de rayonnement incident sur l’objet, plus particulièrement permettant de ne pas envoyer de rayonnement sur les zones de l’objet ne participant pas à la création de signal utile au niveau du détecteur. Pour cela un deuxième masque 620 comprenant un agencement bidimensionnel d’éléments opaques 624, est positionné en amont du premier masque 220, à savoir entre la source 210 de rayonnement et le premier masque 220. En fonctionnement, l’objet d’intérêt 10 est positionné entre les deux masques.
Comme pour les FIGS. 2A, 3A, 3B, les FIGS 5A et 5B sont des représentations schématiques en coupe mais le premier masque 220, le deuxième masque 620 et le détecteur 230 doivent être compris comme des agencements bidimensionnels respectivement d’éléments opaques et de détecteurs élémentaires.
De manière avantageuse, le deuxième masque comprend, de manière similaire au premier masque, un arrangement bidimensionnel de deuxièmes éléments opaques aux rayons X, agencés sur un substrat transparent auxdits rayons, par exemple un substrat de caractéristiques similaires au substrat du premier masque. De manière avantageuse, l’agencement des deuxièmes éléments opaques reproduit l’agencement des premiers éléments opaques du premier masque (exception faite de la taille des éléments opaques du deuxième masque), en tenant compte du grandissement lié à la position relative des 2 masques. Par exemple, d2étant la distance entre la source et le deuxième masque, et D la distance entre la source et le premier masque, les éléments opaques 222 et 622 respectivement sur les masques 220 et 620 sont agencés de façon périodique selon deux directions et la périodicité des deuxièmes éléments opaques du deuxième masque est égale à la périodicité des premiers éléments opaques du premier masque multipliée par un facteur de grandissement d2/D. Le deuxième masque est avantageusement positionné par rapport au premier masque de manière à ce que l’ombre projetée 624 de chaque deuxième élément opaque 622 sur le premier masque soit centrée sur un premier élément opaque 222 du premier masque en l’absence d’objet. La taille des deuxièmes éléments opaques du deuxième masque est avantageusement ajustée de manière à ce que l’ombre projetée d’un deuxième élément opaque sur le premier masque soit telle qu’il existe toujours un recouvrement complet de cette ombre projetée sur un premier élément opaque du premier masque, y compris dans le cas d’un objet inhomogène susceptible d’induire des variations de phase locale (voir FIG. 5B).
Par exemple, en définissant une déviation angulaire locale maximale induit par l’objet d’intérêt, noté θmax, pour un objet positionné au plus près du deuxième masque 620, ce qui correspond à la géométrie la plus défavorable du point de vue des déviations des ombres projetées des deuxièmes éléments opaques du deuxième masque liés à l’objet, la taille des deuxièmes éléments opaques, en faisant l’hypothèse d’éléments opaques de forme carrée, sera choisie suivant l’équation suivante :
t2 m= tm . d2/D – 2. θmax. (D-d2)
Cette dernière équation correspond à une approximation pour de petits angles d’incidence des rayons X sur les éléments opaques du premier masque et du deuxième masque, c’est-à-dire pour des distances d2grandes vis-à-vis de la taille du masque.
Les FIGS 5A, 5B illustrent l’effet de cet arrangement multi masques vis-à-vis de la dose de rayonnements X reçue par l’objet. Le deuxième masque positionné en amont de l’objet définit sur celui-ci un ensemble d’ombres projetées pour lesquelles aucun rayonnement X n’atteint l’objet, minimisant ainsi la quantité de rayonnement non utile déposé sur l’objet. Par exemple, pour un premier masque comprenant des éléments opaques représentant 25% de la surface du masque, une distance d2de 40cm, une distance D de 50 cm et une déviation angulaire maximale θmaxde 0,05mrad, il est possible de réduire la dose reçue par l’objet de 10% environ.
Selon une mise en œuvre particulière, il est possible d’accéder à une image supplémentaire liée à l’objet lors de l’imagerie d’objets diffusants, à savoir une image dit « en champ sombre ». Par image « en champ sombre », on comprend qu’on ne détecte que les rayons X diffusés par l’échantillon.
Les FIGS 6A – 6D illustrent un exemple de mise œuvre permettant d’accéder à cette image.
Comme précédemment, les FIGS 6A et 6C sont des représentations schématiques en coupe du premier masque 220 et du détecteur 230 formés respectivement d’agencements bidimensionnels respectivement d’éléments opaques 222 et de détecteurs élémentaires 232.
Pour permettre l’obtention d’une image en champ sombre, la position relative du premier masque 220 d’éléments opaques et du détecteur 230 est modifiée de telle sorte que chaque ombre projetée 224 de chaque élément opaque 222 du premier masque corresponde à un détecteur élémentaire, que ce soit vis-à-vis de sa taille ou de sa position, ceci en l’absence d’un objet.
Cette configuration peut être obtenue par exemple lorsque les éléments opaques du premier masque ont des caractéristiques de taille, de géométrie et de périodicité proportionnelles à celles du détecteur. L’obtention de cette position particulière du premier masque peut être acquise par une translation du premier masque 220 ou du détecteur 230 selon un axe perpendiculaire à l’axe optique défini par la source et l’axe perpendiculaire au détecteur.
La FIG. 6B illustre le signal obtenu au niveau du détecteur - selon une seule dimension à fins de simplification de la représentation - à savoir une succession de signaux non nuls et de signaux nuls alternés, les signaux non nuls étant égaux dans le cas d’une source homogène en éclairement. De manière pratique, cette position particulière du masque peut être prédéterminée en l’absence d’objet, et sauvegardée de manière à pouvoir être simplement retrouvée si nécessaire, par exemple à l’aide d’une motorisation du masque et/ou du détecteur appropriée.
La majorité des objets biologiques, mais aussi la plupart des matériaux faisant l’objet d’imagerie par rayons X, présentent des propriétés de diffusion à ces longueurs d’ondes dues à la présence de diffuseurs de très faible taille. Ce phénomène de diffusion est habituellement nommé SAXS pour «Small-Angle X-ray Scattering». Lorsqu’un objet diffusant est imagé par le présent système dans la position particulière du premier masque et du détecteur précédemment décrite, le cône de distribution angulaire des rayons traversant l’objet au niveau d’une zone non opaque du masque est élargi par le phénomène de diffusion, ce qui correspond à un élargissement de la surface recevant du signal au niveau du détecteur, comme illustré sur la Figure 6C.
Dans ce cas, les détecteurs élémentaires directement adjacents aux détecteurs élémentaires qui reçoivent des signaux non nuls dans la position particulière du premier masque décrite sur les FIGS 6A, 6B, reçoivent un signal de diffusion, comme illustré sur la FIG. 6D.
Ce signal de diffusion calculé sur l’ensemble du détecteur permet d’obtenir une image de contraste de diffusion ou image en champ sombre. Ce type de contraste s’avère complémentaire du contraste de phase, par exemple dans le cas de l’imagerie d’objets biologiques à des fins médicales, comme décrit dans l’article de revue de A. Bravinet al.[Réf. 1].
Bien entendu, l’exemple de mise en œuvre illustré sur les FIGS 6A – 6D peut être obtenu avec un dispositif tel que celui représenté sur les FIGS 5A, 5B, dans lequel deux masques sont prévus. Dans ce cas, les premier et deuxième masques resteront solidaires lors du changement de la position relative entre le premier masque et le détecteur pour passer d’une première position adaptée à l’imagerie de contraste de phase à une deuxième position adaptée à l’imagerie en champ sombre.
Bien que décrite à travers un certain nombre d’exemples de réalisation, le procédé d’imagerie par contraste de phase et le dispositif pour la mise en œuvre dudit procédé comprennent différentes variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l’homme de l’art, étant entendu que ces différentes variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l’invention telle que définie par les revendications qui suivent.
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
- A. Bravinet al.« X-Ray phase-contrast imaging: from pre-clinical applications towards clinics», Physics in Medicine and Biology, 58 (2013) R1-R35
- F. Pfeifferet al.«Phase retrieval and differential phase-contrast imaging with low-brilliance X-ray sources», Nature Physics, vol. 2, 2006
- WO2008029107 (“Phase Contrast Imaging”)
- US2014233699 (“Phase Imaging”)
- W.H Southwellet al.«Wave-front estimation from wave-front slope measurements”, JOSA, 70, 8, 998-1006 (1980)
Claims (14)
- Procédé d’imagerie de contraste de phase d’un objet comprenant les étapes suivantes :
- l’émission au moyen d’une source (210) de rayons X d’un faisceau d’illumination ;
- l’envoi dudit faisceau d’illumination vers un détecteur (230) desdits rayons X, ledit détecteur comprenant un agencement bidimensionnel de détecteurs élémentaires (232) identiques, lesdits détecteurs élémentaires formant une pluralité de groupes (234) de détecteurs élémentaires juxtaposés, chaque groupe comprenant quatre détecteurs élémentaires agencés en carré;
- le positionnement d’au moins un premier masque (220) entre ladite source et le détecteur, à une distance donnée (d) du détecteur, le premier masque comprenant un arrangement bidimensionnel de premiers éléments (222) opaques dans une bande spectrale utile desdits rayons X, de formes et de dimensions données telles que l’ombre projetée (224) de chaque premier élément opaque éclairé par ledit faisceau d’illumination recouvre partiellement chacun des quatre détecteurs élémentaires d’un groupe de détecteurs élémentaires;
- la formation d’une image de contraste de phase d’un objet d’intérêt agencé à proximité dudit premier masque, la formation de ladite image comprenant l’acquisition d’une pluralité d’éléments d’image associés chacun à un groupe de ladite pluralité de groupes de détecteurs élémentaires, l’acquisition d’un élément d’image comprenant la mesure du déplacement de l’ombre projetée d’un premier élément opaque sur ledit groupe de détecteurs élémentaires. - Procédé d’imagerie de contraste de phase selon la revendication 1, dans lequel, en l’absence d’un objet d’intérêt, l’ombre projetée de chaque premier élément opaque éclairé par ledit faisceau d’illumination est centrée sur l’intersection entre lesdits quatre détecteurs élémentaires.
- Procédé d’imagerie de contraste de phase selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, en l’absence d’un objet d’intérêt, l’ombre projetée de chaque premier élément opaque éclairé par ledit faisceau d’illumination est de forme et de dimensions sensiblement identiques à celle d’un détecteur élémentaire.
- Procédé d’imagerie de contraste de phase selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la mesure du déplacement de l’ombre projetée d’un premier élément opaque sur ledit groupe de détecteurs élémentaires comprend une mesure de l’intensité du rayonnement X au niveau de chacun des quatre détecteurs élémentaires dudit groupe de détecteurs élémentaires.
- Procédé d’imagerie de contraste de phase selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre :
- l’acquisition d’une image en absorption, comprenant le calcul du ratio entre la somme des intensités du rayonnement X mesurées par chacun des quatre détecteurs élémentaires dudit groupe de détecteurs élémentaires en présence dudit objet d’intérêt et en l’absence dudit objet d’intérêt. - Procédé d’imagerie de contraste de phase selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit premier masque est positionné entre l’objet d’intérêt et le détecteur.
- Procédé d’imagerie de contraste de phase selon la revendication 6, comprenant en outre :
- le positionnement d’un deuxième masque (620) en amont du premier masque, l’objet d’intérêt étant positionné lors de la formation d’une image de phase entre le premier masque et le deuxième masque
- le deuxième masque comprenant un ensemble de deuxièmes éléments (622) opaques dans ladite bande spectrale utile, agencés de telle sorte que l’ombre projetée (624) d’un deuxième élément opaque (622) sur le premier masque soit incluse dans un premier élément opaque (222) du premier masque. - Procédé d’imagerie de contraste de phase selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre :
- le déplacement relatif dudit premier masque et dudit détecteur de telle sorte que l’ombre projetée de chaque premier élément opaque éclairé par ledit faisceau d’illumination coïncide avec un détecteur élémentaire ;
- l’acquisition d’une image en champ sombre de l’objet par mesure d’un signal sur chacun des détecteurs élémentaires coïncidant avec l’ombre projetée de chacun desdits premiers éléments opaques. - Dispositif (200) d’imagerie de contraste de phase d’un objet comprenant :
- une source (210) de rayons X pour l’émission d’un faisceau d’illumination ;
- un détecteur (230) desdits rayons X agencé pour recevoir ledit faisceau d’illumination, ledit détecteur comprenant un agencement bidimensionnel de détecteurs élémentaires (232) identiques, lesdits détecteurs élémentaires formant une pluralité de groupes (234) de détecteurs élémentaires juxtaposés, chaque groupe comprenant quatre détecteurs élémentaires agencés en carré;
- au moins un premier masque (220) positionné entre ladite source et le détecteur, à une distance donnée (d) du détecteur, le premier masque comprenant un arrangement bidimensionnel de premiers éléments (222) opaques dans une bande spectrale utile desdits rayons X, de formes et de dimensions données telles que l’ombre projetée (224) de chaque premier élément opaque éclairé par ledit faisceau d’illumination recouvre partiellement chacun des quatre détecteurs élémentaires d’un groupe de détecteurs élémentaires;
- une unité de traitement configurée pour former une image de contraste de phase d’un objet d’intérêt (10) agencé à proximité dudit premier masque, ladite image comprenant une pluralité d’éléments d’image associés chacun à un groupe de ladite pluralité de groupes de détecteurs élémentaires, chaque élément d’image étant déterminé à partir de la mesure du déplacement de l’ombre projetée d’un premier élément opaque sur ledit groupe de détecteurs élémentaires. - Dispositif d’imagerie de contraste de phase selon la revendication 9, dans lequel, en l’absence d’un objet d’intérêt, lorsque le premier masque est éclairé par ledit faisceau d’illumination, l’ombre projetée de chaque premier élément opaque est centrée sur l’intersection entre lesdits quatre détecteurs élémentaires.
- Dispositif d’imagerie de contraste de phase selon l’une quelconque des revendications 9 ou 10, dans lequel les détecteurs élémentaires et les premiers éléments opaques sont de forme carrée ou rectangulaire.
- Dispositif d’imagerie de contraste de phase selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel les détecteurs élémentaires et les premiers éléments opaques sont agencés de façon périodique selon chaque dimension de l’agencement bidimensionnel.
- Dispositif d’imagerie de contraste de phase selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, comprenant en outre un deuxième masque (620) positionné en amont du premier masque, le deuxième masque comprenant un ensemble de deuxièmes éléments (622) opaques dans ladite bande spectrale utile, agencés de telle sorte que lorsque le deuxième masque est éclairé par ledit faisceau d’illumination, l’ombre projetée (624) d’un deuxième élément opaque (622) sur le premier masque soit incluse dans un premier élément opaque du premier masque.
- Dispositif d’imagerie de contraste de phase selon l’une quelconque des revendications 9 à 13, comprenant en outre des moyens de déplacement relatif dudit premier masque et dudit détecteur.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1900968A FR3092398B1 (fr) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | Procédés et systèmes pour l’imagerie de contraste phase |
| PCT/EP2020/052401 WO2020157263A1 (fr) | 2019-01-31 | 2020-01-31 | Procedes et systemes pour l'imagerie de contraste phase |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1900968 | 2019-01-31 | ||
| FR1900968A FR3092398B1 (fr) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | Procédés et systèmes pour l’imagerie de contraste phase |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3092398A1 true FR3092398A1 (fr) | 2020-08-07 |
| FR3092398B1 FR3092398B1 (fr) | 2021-02-26 |
Family
ID=67107706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1900968A Active FR3092398B1 (fr) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | Procédés et systèmes pour l’imagerie de contraste phase |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3092398B1 (fr) |
| WO (1) | WO2020157263A1 (fr) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008029107A2 (fr) | 2006-09-08 | 2008-03-13 | Ucl Business Plc | Imagerie à contraste de phase |
| US20110194674A1 (en) * | 2009-12-04 | 2011-08-11 | Canon Kabushiki Kaisha | X-Ray Imaging Apparatus and X-Ray Imaging Method |
| WO2011105306A1 (fr) * | 2010-02-23 | 2011-09-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Dispositif d'imagerie à rayons x |
| WO2012008287A1 (fr) * | 2010-07-12 | 2012-01-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Dispositif d'imagerie par rayons x et procédé d'imagerie |
| US20140233699A1 (en) | 2011-07-21 | 2014-08-21 | Ucl Business Plc | Phase imaging |
| WO2015026766A1 (fr) * | 2013-08-19 | 2015-02-26 | University Of Houston System | Imagerie différentielle en une étape par rayons x à contraste de phases |
-
2019
- 2019-01-31 FR FR1900968A patent/FR3092398B1/fr active Active
-
2020
- 2020-01-31 WO PCT/EP2020/052401 patent/WO2020157263A1/fr active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008029107A2 (fr) | 2006-09-08 | 2008-03-13 | Ucl Business Plc | Imagerie à contraste de phase |
| US20110194674A1 (en) * | 2009-12-04 | 2011-08-11 | Canon Kabushiki Kaisha | X-Ray Imaging Apparatus and X-Ray Imaging Method |
| WO2011105306A1 (fr) * | 2010-02-23 | 2011-09-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Dispositif d'imagerie à rayons x |
| WO2012008287A1 (fr) * | 2010-07-12 | 2012-01-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Dispositif d'imagerie par rayons x et procédé d'imagerie |
| US20140233699A1 (en) | 2011-07-21 | 2014-08-21 | Ucl Business Plc | Phase imaging |
| WO2015026766A1 (fr) * | 2013-08-19 | 2015-02-26 | University Of Houston System | Imagerie différentielle en une étape par rayons x à contraste de phases |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| KREJCI F ET AL: "Single grating method for low dose 1-D and 2-D phase contrast X-ray imaging", JOURNAL OF INSTRUMENTATION, INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING, BRISTOL, GB, vol. 6, no. 1, 11 January 2011 (2011-01-11), pages C01073, XP020203529, ISSN: 1748-0221, DOI: 10.1088/1748-0221/6/01/C01073 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020157263A1 (fr) | 2020-08-06 |
| FR3092398B1 (fr) | 2021-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10559393B2 (en) | X-ray detector for phase contrast and/or dark-field imaging | |
| JP2020531825A5 (fr) | ||
| US8039776B2 (en) | Quantitative differential interference contrast (DIC) microscopy and photography based on wavefront sensors | |
| EP2035861B1 (fr) | Dispositif de localisation et d'imagerie de sources de rayonnement gamma ou x. | |
| Kavaldjiev et al. | Subpixel sensitivity map for a charge-coupled device | |
| KR101414707B1 (ko) | Ｘ선 촬상장치 및 ｘ선 촬상방법 | |
| RU2491578C1 (ru) | Устройство рентгеновской визуализации и способ рентгеновской визуализации | |
| US20100155609A1 (en) | Radiation device or signal | |
| FR2866179A1 (fr) | Detecteur hybride de rayons x | |
| US10520438B2 (en) | Collection optics system for spectrometer and Raman spectral system | |
| JP6744005B2 (ja) | 分光測定装置 | |
| CN106796861A (zh) | 混合能量转换与处理检测器 | |
| Epple et al. | Unwrapping differential x-ray phase-contrast images through phase estimation from multiple energy data | |
| Losero et al. | Quantum differential ghost microscopy | |
| Wolley et al. | Near single-photon imaging in the shortwave infrared using homodyne detection | |
| EP2722688A2 (fr) | Dispositif de caractérisation d'un rayonnement ionisant | |
| Renhorn et al. | High spatial resolution hyperspectral camera based on exponentially variable filter | |
| FR3092398A1 (fr) | Procédés et systèmes pour l’imagerie de contraste phase | |
| WO2023117376A1 (fr) | Procédé d'imagerie par contraste de phase pour estimer la stœchiométrie locale d'un échantillon | |
| WO2011042674A1 (fr) | Procede et systeme d'analyse structurelle d'un objet par mesure de front d'onde | |
| US20230010628A1 (en) | Imaging system and a method for imaging a sample | |
| FR2967495A1 (fr) | Dispositif d'imagerie de fluorescence x | |
| CN114295565B (zh) | 测定图像传感器量子效率的方法、装置、设备和介质 | |
| Baker et al. | Solid-state framing camera operating in interferometric mode | |
| EP4377733A1 (fr) | Système d'éclairage, notamment à usage de microscopie |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20200807 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |