Imagerie par rayonnement gamma diffusé
Mai K. Nguyen
Tuong T. Truong
hermes Science productions
Avant-propos
9
Préface
11
Notations
15
Chapitre 1. Introduction
17
1.1. Généralités17
1.1.1. Imagerie par transmission18
1.1.2. Imagerie par émission19
1.2. Les problèmes actuels de l'imagerie par rayonnements ionisants20
1.3. Les dégradations liées à la diffusion Compton25
1.4. Vers l'exploitation du rayonnement diffusé26
1.4.1. De l'idée d'utilisation du rayonnement diffusé en général26
1.4.2. Nouvelle idée sur l'exploitation du diffusé28
1.5. Résumé
34
Première partie. Nouvelle imagerie gamma par émission basée sur le rayonnement diffusé
37
Chapitre 2. Principe d'imagerie par émission
41
2.1. La diffusion Compton42
2.1.1. Généralités42
2.1.2. Expression du nombre de photons diffusés44
2.2. Hypothèses et conditions de travail45
2.2.1. Caractérisation de l'objet source de rayonnement47
2.2.2. Caractérisation du milieu diffusant47
2.2.3. Le système de détection de photons48
2.2.4. Caractérisation des mesures obtenues sur le détecteur50
2.2.5. Restrictions sur les fonctions utilisées en imagerie gamma51
2.2.6. Modélisation mathématique de l'acquisition des données52
2.2.7. Passage aux quantités bidimensionnelles
54
Chapitre 3. Imagerie gamma bidimensionnelle par émission
57
3.1. Imagerie par rayonnement primaire58
3.2. Imagerie par rayonnement diffusé60
3.2.1. Formation d'images par la transformation TVC60
3.2.1.1. Première forme de TVC60
3.2.1.2. Deuxième forme de la TVC63
3.2.2. La transformation intégrale TV associée à la formation d'images66
3.2.3. Le noyau de TV67
3.2.4. Inversion de TV et noyau de TV-168
3.2.5. Preuve de la relation d'inversion pour TV71
3.2.6. Inversion de la convolution dans TVC72
3.2.7. Inversion de TVC et noyau de la transformation inverse TVC-173
3.2.8. Formulation alternative de TVC: la transformation TV'75
3.2.9. Exemples de transformées par TVC77
3.2.9.1. Image d'une onde plane77
3.2.9.2. Images d'objets linéaires simples par TVC
78
Chapitre 4. Imagerie gamma tridimensionnelle par émission
83
4.1. Imagerie par rayonnement primaire83
4.2. Imagerie par rayonnement diffusé85
4.2.1. Formation d'images par la transformation de Radon conique composée86
4.2.2. Régularisation des divergences90
4.2.3. Deuxième forme de l'équation de formation d'images91
4.3. Transformation de Radon conique TC192
4.3.1. Noyau de la transformation TC193
4.3.2. Forme alternative de TC1 dans l'espace de Fourier transversal96
4.3.3. Inversion de TC197
4.3.3.1. Procédure analytique97
4.3.3.2. Noyau de l'inverse de TC199
4.3.3.3. Preuve de la relation d'inversion de TC1101
4.3.4. Exemples de transformées de TC1102
4.3.4.1. Fonction delta concentrée sur un segment de droite102
4.3.4.2. Fonction exponentielle unimodulaire103
4.3.5. Relation avec la transformation de Radon ordinaire R104
4.4. Convolution et son inverse106
4.5. La transformation TC1C et son noyau108
4.5.1. Définition108
4.5.2. Expression du noyau de TC1C109
4.5.3. Comportement du noyau110
4.6. Images d'objets simples113
4.6.1. Source linéique perpendiculaire au détecteur113
4.6.2. Source linéique parallèle au détecteur114
4.6.3. Disque circulaire parallèle au détecteur115
4.6.4. Cylindre circulaire droit118
4.7. Inversion directe de la transformation TC1C120
4.7.1. Deux formes équivalentes de l'équation fondamentale de formation d'images120
4.7.1.1. Première forme de l'équation de formation d'images121
4.7.1.2. Deuxième forme de l'équation de formation d'images121
4.7.2. Inversion de TC1C: première méthode122
4.7.3. Inversion de TC1C: deuxième méthode124
4.7.4. Démonstration de la relation d'inversion pour TC1C127
4.8. Conditions pratiques de fonctionnement128
4.8.1. Influence du collimateur mécanique128
4.8.2. Influence de la résolution énergétique finie du système de détection130
4.8.3. Influence d'une source primaire non mono-énergétique132
4.8.4. Combinaison de diverses influences132
4.9. Simulations numériques et conclusion
133
Chapitre 5. Reconstruction avec corrections à l'atténuation
141
5.1. Introduction141
5.2. Atténuation, formation d'images et reconstruction d'objets142
5.3. Détermination de la densité électronique par le rayonnement diffusé145
5.3.1. Généralités145
5.3.2. Méthode de correction à l'atténuation des données147
5.3.3. Mise en oeuvre de la méthode148
5.3.4. Stabilité et convergence de l'algorithme ISDC151
5.3.4.1. Convergence: cas des points près de la source153
5.3.4.2. Convergence: cas des points éloignés de la source153
5.3.4.3. Valeur critique de l'atténuation153
5.3.4.4. Compensation à réaliser pour une atténuation sous-critique156
5.3.4.5. Détermination de la zone de convergence de l'algorithme ISDC158
5.3.4.6. Conclusion sur la détermination de la densité électronique158
5.4. Résultats numériques sur la reconstruction de la carte d'atténuation du milieu par la densité électronique159
5.4.1. Algorithme ISDC pour un milieu avec atténuation constante159
5.4.2. Caractéristiques du fantôme numérique (milieu diffusant) pour les simulations160
5.4.3. Résultats sur la reconstruction de l'atténuation du milieu162
5.5. Reconstruction d'objets avec prise en compte de l'atténuation164
5.6. Conclusion
169
Deuxième partie. Nouvelle imagerie gamma par transmission basée sur le rayonnement diffusé
175
Chapitre 6. Nouvelle imagerie gamma par transmission
179
6.1. Introduction179
6.2. Equation fondamentale de l'imagerie par transmission du rayonnement doublement diffusé181
6.3. Formulation équivalente par équation intégrale non linéaire184
6.4. Le problème inverse186
6.4.1. Solutions particulières par «découplage»186
6.4.2. Solutions particulières par «linéarisation»189
6.5. Conclusion
189
Chapitre 7. Applications en contrôle non destructif
191
7.1. Introduction191
7.2. Principe de détection des défauts dans les milieux par le rayonnement diffusé192
7.2.1. Image d'un milieu homogène193
7.2.2. Image d'un défaut linéaire194
7.2.2.1. Rayon incident situé sur le défaut195
7.2.2.2. Rayon doublement diffusé situé sur le défaut199
7.2.2.3. Rayon incident doublement diffusé situé hors du défaut201
7.2.3. Image d'un défaut rectangulaire202
7.2.4. Image d'un défaut arbitraire204
7.3. Conclusion
207
Chapitre 8. Conclusions et perspectives
209
Annexe. Régularisation des intégrales divergentes
213
Bibliographie
221
Index
235