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EP-4361684-B1 - METHOD FOR FORMING GAMMA IMAGE CONSIDERING SPATIAL NON-UNIFORMITY OF SENSITIVITY

EP4361684B1EP 4361684 B1EP4361684 B1EP 4361684B1EP-4361684-B1

Inventors

  • MONTEMONT, GUILLAUME

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20220713

Claims (13)

  1. Method for determining a spatial-sensitivity function of a gamma camera, the gamma camera (1) being configured to locate radiation sources (5) in a field of observation (Ω), the field of observation being liable to contain radiation sources (5), the gamma camera comprising: - a detector material (11); - pixels (12 i ), distributed over a detecting area (12) of the detector material, each pixel being configured to form a detection signal under the effect of detection of an interaction of an ionising photon in the detector material; - a memory (16), configured to store a quantity of interactions ( G ( x, y ), G E ( x, y )) detected in the course of an acquisition period and respectively assigned to each pixel; the method comprising the following steps: - a) acquiring detection signals with the pixels (12 i ) during one acquisition period, each detection signal being associated with one detected interaction; - b) depending on the detection signals, attributing a position ( x, y ) of each interaction detected, during the acquisition period, to one pixel (12 i ); - c) storing, in the memory, a number of detected interactions ( G ( x, y ), G E ( x, y )); assigned to each pixel; the method being characterized in that it comprises, following step c), - d) defining groups of pixels, each group containing a plurality of pixels - e) computing a value for each group ( H X ( y ), H Y ( x ), H' ( x j , y j )), the value of each group being computed on the basis of a sum of the number of interactions positioned in each pixel belonging to said group, - f) on the basis of the value computed for each group, assigning a weight ( H ( x, y )) to each pixel, the weight assigned to each pixel being representative of a detection sensitivity of said pixel, all of the weights respectively assigned to each pixel forming the spatial-sensitivity function ( H ) of the gamma camera.
  2. Method according to Claim 1, wherein: - the pixels are distributed in rows and columns over the detecting area; - each group of pixels contains pixels belonging to the same row or to the same column; - step e) comprises the following sub-steps: • e-i) forming a first vector ( H X ), containing first terms ( H X ( y )), each first term being associated with one column of pixels, each first term comprising a sum of the quantity of interactions positioned in each pixel of the column; • e-2) forming a second vector ( H Y ), containing second terms ( H Y ( x )), each second term being associated with one row of pixels, each second term comprising a sum of the quantity of interactions positioned in each pixel of the row; - step f) comprises the following sub-steps: • f-1) for each pixel, computing a product of multiplication of a first term ( H X ( y )), associated with the column of the pixel, by a second term ( H Y ( x )), associated with the row of the pixel; • f-2) determining the weight ( H ( x, y )) assigned to the pixel depending on the product computed in sub-step f-1).
  3. Method according to Claim 2, wherein sub-step f-2) comprises: - computing a mean value of the products respectively computed, in sub-step f-1), for a set of pixels; - for each pixel, normalising the product resulting from sub-step f-1) by the mean value.
  4. Method according to any one of the preceding claims, comprising: - g) generating a sensitivity matrix ( H ), each point of the sensitivity matrix corresponding to one pixel of the gamma camera, the value ( H ( x, y )) of the sensitivity matrix at each point corresponding to the weight assigned to said pixel.
  5. Method according to any one of the preceding claims, wherein the gamma camera comprises a processing unit (18) configured to process the interactions stored in the memory, the method comprising a step h) of reconstructing a spatial distribution ( O, O k ) of the radiation sources (5), in the field of observation, on the basis of the interactions stored in step c) and of the weights ( H ( x, y )) assigned to each pixel in step f).
  6. Method according to Claim 5, wherein the processing unit normalizes a number of interactions detected by each pixel by the weight assigned to said pixel.
  7. Method according to Claim 6, wherein: - each pixel is connected to a spectrometry unit (15), the spectrometry unit being configured to classify each detection signal into one energy band ( E ) among a plurality of energy bands; - in step b), each interaction positioned in a pixel is associated with one detected energy band; - step h) comprises: • taking into account at least one isotope ( k ), the isotope emitting photons in at least one emission energy; • reconstructing a spatial distribution of radiation sources ( O k ) comprising the isotope on the basis of the interactions positioned in step b).
  8. Method according to Claim 7, wherein step h) comprises: - taking into account a spectral response function ( S ) of each pixel, the spectral response function representing a detection probability ( S ( k, E )) , in various energy bands, of each photon emitted by the isotope ( k ) and detected in the pixel; - taking into account a spatial response function ( M ), the spatial response function representing a probability of detection, in various pixels, of a photon emitted from one point in the field of observation.
  9. Method according to any one of the preceding claims, wherein the gamma camera comprises a collimator (10) defining the field of observation (Ω).
  10. Gamma camera (1) intended to detect a presence of radiation sources (5) in a field of observation (Ω), the gamma camera comprising: - a detector material (11); - pixels (12 i ), distributed over a detecting area of the detector material, each pixel being configured to form a detection signal under the effect of detection of an interaction of an ionising photon in the detector material; - a memory (16), configured to store a quantity of interactions detected in the course of an acquisition period and respectively assigned to each pixel; - a processing unit (17), configured to process the interactions stored in the memory, the gamma camera being characterized in that the processing unit is configured to implement steps d) to f) of a method according to any one of claims 1 to 10 on the basis of the detected interactions.
  11. Method for reconstructing a spatial distribution ( O, O k ) of radiation sources in the field of observation of a gamma camera (1) according to Claim 10, the method comprising the following steps: - i) acquiring detection signals with the pixels (12 i ) of the gamma camera during an acquisition period, each detection signal being associated with one detected interaction; - ii) storing, in the memory, a number of detected interactions assigned to each pixel; the method being characterized in that it comprises: - iii) taking into account weights ( H ( x, y )) respectively assigned to each pixel, each weight being determined by implementing the method according to any one of claims 1 to 9, step a) being performed by exposing the gamma camera to a field of observation identical to or different from the field of observation to which the gamma camera is exposed in step i); - iv) reconstructing the spatial distribution of the radiation sources, in the field of observation, on the basis of the interactions stored in step iii) and of the weights assigned to each pixel in step iii).
  12. Method according to Claim 11, wherein: - in step i), the field of observation is identical to the field of observation of the gamma camera in step a); - step ii) and step b) are one and the same; - step iii) and step c) are one and the same.
  13. Method according to Claim 12, wherein: - in step i), the field of observation is different from the field of observation of the gamma camera in step a); - step iv) is implemented taking into account weights assigned to each pixel, the weights having been established in the course of an implementation of steps a) to f), prior or subsequent to step i).

Description

DOMAINE TECHNIQUE Le domaine technique de l'invention est l'imagerie X ou gamma, et plus particulièrement la reconstruction de la position de sources irradiantes à l'aide d'une image acquise par une gamma caméra. ART ANTERIEUR Les gamma caméras sont des dispositifs permettant de former une image pour établir une cartographie de sources irradiantes dans un environnement donné. Une première application est la visualisation d'une source d'irradiation dans un organisme, à des fins de diagnostic médical. Une autre application est la localisation d'une source irradiante dans une installation, et en particulier dans une installation nucléaire. Le recours à des gamma caméras dans le domaine médical est relativement ancien. Dans le nucléaire, ce type de dispositif a été développé dans les années 1990, et tend à se répandre dans les installations nucléaires, à des fins de caractérisation radiologique. L'objectif est d'identifier les principales sources irradiantes présentes dans une installation. En effet, les sources d'irradiation ne sont pas réparties de façon homogène. Elles sont souvent concentrées localement, sous la forme de "points chauds", terme usuel dans le domaine de la radioprotection. Une gamma caméra présente l'intérêt d'effectuer une localisation, à distance, de ces points chauds. Certaines gamma caméras sont constituées d'une matrice bidimensionnelle de pixels, reliée à un matériau détecteur. Le matériau détecteur est généralement un matériau semi-conducteur, par exemple CdTe ou CdZnTe. Sous l'effet d'une interaction d'un rayonnement ionisant dans le matériau détecteur, un ou plusieurs pixels génèrent une impulsion électrique, dont l'amplitude est corrélée avec l'énergie libérée par le rayonnement lors de l'interaction. Chaque pixel est raccordé à un circuit électronique de traitement des impulsions. Chaque pixel est formé d'une électrode, qui fait usuellement fonction d'anode. Lorsqu'un rayonnement incident interagit dans le matériau détecteur, des électrons sont libérés dans le matériau détecteur. Les électrons sont collectés par une anode. Cette dernière génère une impulsion dont l'amplitude dépend du nombre d'électrons collectés par l'anode, ce nombre étant généralement proportionnel à une énergie perdue par le rayonnement ionisant dans le matériau détecteur. Chaque pixel s'étend sur quelques millimètres de côté. Pour des raisons de compacité, la matrice de pixels comporte généralement cent, ou quelques centaines, de pixels par ligne et par colonne. Afin d'obtenir une résolution spatiale suffisante, chaque pixel peut-être « sub-pixellisé », ou « sous-pixellisé » c'est à dire subdivisé en pixels virtuels. Des procédés ont déjà été développés, permettant d'associer, à chaque interaction, non pas un pixel, mais un pixel virtuel. De tels procédés exploitent le fait que lorsqu'une interaction se produit dans le matériau détecteur, les porteurs de charge, migrant vers la matrice d'anodes, génèrent un signal détectable par plusieurs pixels adjacents. Ainsi, ces procédés sont basés sur une combinaison des signaux détectés par plusieurs pixels adjacents. Un tel procédé est par exemple décrit dans les publications Warburton W.K, « An approach to sub-pixel spatial resolution in room temperature X-ray detector arrays with good energy resolution » ainsi que dans Montemont et al. « Studying spatial resolution of CZT detectors using sub-pixel positioning for SPECT », IEEE transactions on nuclear science, Vol. 61, N°5, octobre 2014 ou encore dans le brevet US9322937B2. En utilisant ces procédés, la taille des pixels virtuels peut atteindre par exemple 0.5 mm * 0.5 mm, ou 0.1 mm par 0.1 mm. La publication Yuefeng Zhu et al « Sub-pixel position sensing for Pixelated 3-D position sensitive, wide band-gap, semiconductor,r gamma ray detector" décrit un procédé de sous-pixelisation d'une gamma caméra de type Compton. Cependant, l'inventeur a constaté que l'application de tels procédés pose des problèmes de non uniformité de la réponse de la gamma caméra. Lorsque la matrice de pixel est irradiée par un flux uniforme de photons, la sous-pixellisation en pixels virtuels entraîne une réponse spatialement non uniforme de la gamma caméra : le nombre d'interactions associées à des pixels virtuels « centraux », situés au centre d'un pixel, est surestimé, au détriment du nombre d'interactions associés à des pixels virtuels « périphériques », situés à la périphérie d'un pixel. Une telle non uniformité peut être préjudiciable lorsque l'image formée par la gamma caméra fait l'objet de traitements de façon à reconstruire une image des sources irradiantes dans le champ d'observation. C'est par exemple le cas des gamma caméras utilisant un collimateur de type masque codé. Des non uniformités peuvent générer des artéfacts lors de la reconstruction de la cartographie montrant la position des sources irradiantes. Il existe d'autres causes de non uniformité de la réponse d'une gamma caméra. Dans les installations nucléaires, des sources