Imagerie par rayonnement gamma diffusé à haute sensibilité

par Clémence Driol

Thèse de doctorat en Sciences et technologies de l'information et de la communication

Sous la direction de Tuong Trong Truong et de Maï Khong Nguyen-Verger.

Soutenue en 2008

à Cergy-Pontoise , dans le cadre de École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) , en partenariat avec Equipes Traitement de l'Information et Systèmes (Cergy-Pontoise) (équipe de recherche) .

mots clés

• Diffusion COMPTON
• Simulation Monte Carlo
• Microscopie électronique en transmission filtrée en énergie
• Spectrométrie gamma

Résumé

Cette thèse développe les fondements théoriques d’un nouveau concept d’imagerie tridimensionnelle, basé sur la détection multi-énergétique à haute sensibilité du rayonnement ionisant issu de l’objet sous examen. Ce principe est en rupture avec l’imagerie conventionnelle, car il repose sur la détection des photons diffusés à l’intérieur de l’objet par effet Compton à l’aide d’une caméra gamma, sans collimateur, qui ne nécessite plus de rotation autour de l’objet. La formation des images a été modélisée, d’abord pour la modalité par émission en vue d’applications en imagerie médicale, puis pour la modalité par transmission dans le cadre du Contrôle Non Destructif, et enfin pour un système couplant ces deux modalités. Ces modèles directs ont été validés par des simulations de type Monte Carlo et les reconstructions menées à partir de méthodes algébriques montrent la faisabilité de ce nouveau principe d’imagerie.

Titre traduit

Scattered gamma radiation imaging with high sensitivity

Résumé

This thesis describes the theoretical foundations of a new three-dimensional imaging principle based on high sensitivity detection of radiation emerging from an object under investigation. It represents a breakthrough in imaging science, as it makes use, not of primary radiation, but of Compton scattered radiation by the bulk of an object, which is subsequently registered by a non-moving gamma camera without mechanical collimation. Image formation is modelled by new integral transforms, first for emission imaging, in view of applications in medical imaging, next for transmission imaging, with possible applications in industrial non-destructive testing and finally for new bimodal imaging systems which combine the two previous modalities. Validation by Monte-Carlo simulations of the forward models and algebraic reconstructions of the inverse problems have clearly demonstrated the feasibility of this new imaging principle.