Scatter correction for quantitative tomographic reconstruction using large area detectors
Correction du diffusé pour la reconstruction tomographique quantitative avec un capteur plan numérique
Résumé
Cone Beam Computed Tomography has the advantage of mechanical simplicity in that
full 3D information can be acquired by a single rotation of the source-detector system and
used to obtain isotropic reconstructed volumes. However, detection is performed by a flatpanel
detector and one of the main drawbacks of such detectors is that the amount of scatter
reaching them is much higher than that observed in fan beam systems. The scattered radiation
induces artefacts that result in under-estimates of the attenuation coefficients in
reconstructed images. The aim of this thesis is to develop data pre-processing and scatter
correction methods to be used in quantitative three-dimensional imaging with a flat-panel
detector and to evaluate these methods in a medical context.
The first part of the study describes the experimental bench set-up and defines the protocol
used to ensure that data acquisitions are reproducible. Next, pre-processing methods
used to correct the artefacts due to the detector are described. These methods concern the
correction of defective pixels, image darkness and the spatial non-uniformity of detector response.
Original methods are also proposed to correct detector non-linearity and scattering,
including X-ray scatter and optical diffusion within the detector. These methods are validated
experimentally on thorax phantoms.
The last part of the study proposes a new method to correct the scattered radiation generated
within the examined object. The method is based on an estimation of the scattered
radiation images associated with each tomographic angle of view. Estimation is performed
by a calibration of scattering on reference objects combined with analytical modelling of the
first-order scattering process. This method is validated on thorax phantoms in a configuration
of the experimental bench that has no anti-scatter grid. An adaptation of the method using
an anti-scatter grid is also proposed and evaluated experimentally.
La tomographie X en géométrie conique permet de réaliser de la tomodensitométrie volumique
par une simple rotation du système source-détecteur et d’obtenir des volumes reconstruits
à résolution isotrope. Dans une telle géométrie, la détection est réalisée par des
capteurs plans numériques. Une des principales limitations de ces derniers est que le rayonnement
diffusé atteignant le capteur est bien plus important que pour les tomographes classiques
à capteurs linéaires ou multibarrettes. Ce rayonnement diffusé crée des artefacts de
sous-estimations des coefficients d’atténuation sur les images reconstruites. Dans cette thèse,
nous proposons des méthodes de prétraitement des données et de correction du diffusé pour
réaliser de la tomodensitométrie quantitative avec capteur plan et évaluons expérimentalement
ces méthodes dans un contexte médical.
Une première partie décrit comment mettre en oeuvre un banc de tomographie comportant
un capteur plan. A cet effet, un protocole d’acquisition assurant la reproductibilité des
acquisitions est défini. Des méthodes de prétraitement numérique des acquisitions corrigeant
les artefacts causés par le capteur sont proposées. Outre la correction des pixels défectueux,
du niveau d’obscurité et de la non-uniformité de la réponse des différents pixels, des corrections
indispensables à une bonne quantification sont développées. Elles comprennent la
correction de la non-linéarité de la réponse des pixels et celle d’un signal parasite, appelé
diffusé capteur, qui regroupe les phénomènes de diffusion X et optique ayant lieu à l’intérieur
du capteur. Ces méthodes sont validées expérimentalement sur des fantômes représentatifs
d’un thorax.
Dans une seconde partie, une nouvelle méthode de correction du rayonnement diffusé par
l’objet examiné est proposée. Elle est basée sur une estimation des images de rayonnement
diffusé associées à chaque angle de vue tomographique par un calibrage du diffusé généré par
des objets de référence couplé à une modélisation analytique du diffusé du premier ordre.
Cette méthode est validée sur des fantômes représentatifs de thorax dans une configuration
du banc expérimental sans grille anti diffusante. Une adaptation de la méthode avec grille
anti diffusante est proposée et évaluée expérimentalement.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)