PROCEDE ET INSTALLATION D'IMAGERIE

La présente invention est relative aux procédés et installations d'imagerie. Le document GB 2 350 187 décrit un exemple d'un procédé dans lequel, lors la détection d'un signal, on vérifie si la détection correspond plutôt à un mode de comptage, ou à un mode d'intégration, et dans lequel, en fonction de cette détermination, on obtient une valeur estimée du signal correspondant soit au signal de comptage, soit au signal d'intégration, voire à une combinaison de ces deux signaux. L'intérêt d'un tel procédé est en particulier de pouvoir améliorer l'échelle dynamique de détection. Toutefois, la mesure décrite dans ce document est obtenue à partir d'un photomultiplicateur, de sorte qu'il s'agit d'une approche mono-pixel, pour laquelle on cherche à connaître le niveau de détection, mais pas l'emplacement d'origine du signal. Il existe donc un besoin d'un procédé d'imagerie à bonne échelle dynamique de détection, permettant de fournir en plus une image de la détection.

A cet effet, l'invention se rapporte principalement à un procédé d' imagerie comprenant les étapes suivantes :

(a) on fournit pour chacune d'un ensemble de zones (x ; y) à observer d'une région d'observation, et pour un instant δt d'une période d'observation T, une mesure F ₀ (x, y, δt) des signaux détectés correspondant à une émission de rayonnement en provenance de ladite zone pendant l'instant δt, (b) on fournit d'une part une première valeur Fi (x, y, δt),dite d' « intégration », estimative de l'intensité des signaux détectés en provenance de ladite zone pendant l'instant, et d'autre part une deuxième valeur F ₂ (x, y, δt) dite « de comptage », estimative du nombre de signaux détectés en provenance de ladite zone pendant l'instant,

F ₂ (x, y, δt) étant obtenue en affectant, pour un ensemble de zones contiguës où la mesure F ₀ (x, y, δt) est non nulle formant une tache de détection : une unité de signal au barycentre de ladite tache, et zéro unité de signal aux autres zones de la tache,

(c) en au moins une zone considérée (x ₀ ; yo) dudit ensemble de zones, on estime une valeur F ₆ (xo, yo, δt) du nombre de signaux en la zone considérée (x ₀ ; yo) pendant ledit instant à partir d'au moins une combinaison des première F ₁ (X ₀ , yo, δt) et deuxième F ₂ (xo, Yo, δt) valeurs, dans lequel, au cours de l'étape (c) , on met en œuvre les étapes suivantes : (cl) on définit un voisinage R(Xo ; yo) formant une partie dudit ensemble de zones, ledit voisinage comprenant au moins la zone considérée (xo ; yo) et des zones voisines (xi ; yi) distinctes de la zone considérée,

(c2) on estime un critère de détection dans le voisinage à partir des mesures F ₀ (x, y, δt) pour des zones voisines (x ; y) comprises dans ledit voisinage R (x ₀ ; yo) au cours de la période d'observation T, et

(c3) on estime la valeur F _e (xo, yo, δt) du nombre de signaux en fonction en outre au moins dudit critère de détection dans le voisinage.

Grâce à ces dispositions, on obtient un procédé qui est bien adapté à la détection multi-pixels . En particulier, l'estimation de la valeur F _e du nombre de signaux est obtenue en prenant en compte la détection dans le voisinage spatial et/ou temporel du pixel considéré.

Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : lorsque le critère de détection dans le voisinage indique un niveau de détection bas, on estime la

valeur F _e (xo, yo, δt) du nombre de signaux comme la deuxième valeur F ₂ (xo, yo, δt) ; lorsque le critère de détection dans le voisinage indique un niveau de détection élevé, on estime la valeur F _e (xo, yo, δt) du nombre de signaux comme la première valeur Fi (xo, yo, δt) ; lorsque le critère de détection dans le voisinage indique un niveau de détection intermédiaire entre les niveaux bas et élevé, on estime la valeur F _e (xo, yo , δt) du nombre de signaux comme une combinaison de la première valeur F ₁ (Xo, yo, δt) et la deuxième valeur F ₂ (xo, yo, δt) chacune étant pondérée par un coefficient non nul ; lorsque le critère de détection dans le voisinage indique ledit niveau de détection intermédiaire, on estime la valeur F _e (xo, yo, δt) du nombre de signaux comme une combinaison linéaire de la première valeur F ₁ (Xo, yo, δt) et la deuxième valeur F ₂ (xo, yo, δt) selon :

F _e (xo, yo, δt) =α Fi (xo, yo, δt) + (l- α) F ₂ (xo, yo, δt) , α étant un coefficient compris dans l'intervalle ] 0 ; 1 [ dépendant du critère de détection dans le voisinage ; pour la zone (xo, yo) et l'instant δt considérés, α dépend de la mesure F ₀ (xo, yo, δt) en cette zone pour cet instant ; au cours de l'étape (c2) , on estime le critère de détection dans le voisinage à partir au moins des mesures F ₀ (x, y, δt) pour des zones voisines (xi ,-yi) comprises dans ledit voisinage R(x ₀ ; yo) au cours de 1 ' instant δt ; le critère de détection est relatif à un nombre de zones (X ₁ ,-y _x ) dudit voisinage dans lesquelles la mesure Fo (x, y, δt) est inférieure à un seuil prédéterminé ; le critère est relatif à une moyenne de la mesure F ₀ (x, y, δt) dans ledit voisinage ; les étapes (a) , (b) et (c) sont mises en œuvre au moins pour un premier instant St ₁ et un deuxième instant

St ₂ distinct du premier instant, et on estime pour ledit premier instant ledit critère de détection dans le voisinage au moins à partir des mesures F ₀ (x, y, δt ₂ ) pour des zones voisines (xi ; yi) comprises dans ledit voisinage R(Xo ; Yo) au cours du deuxième instant δt ₂ ; l'étape (c) est mise en œuvre en une pluralité de zones considérées ; au cours de l'étape (b) , on obtient ladite première valeur Fi (x, y, δt) en fonction de ladite mesure F ₀ (X, y, δt) ; avant l'étape (a) , on met en œuvre une étape (z) au cours de laquelle on détecte pour chacune d'un ensemble de zones (x ; y) à observer d'une région d'observation, et pour un instant δt d'une période d'observation, un signal correspondant à une émission de rayonnement en provenance de ladite zone pendant l'instant δt, ladite détection fournissant ladite mesure F ₀ (x, y, δt) ; au cours de l'étape (z) , on détecte pour chacune dudit ensemble de zones (x ; y) à observer, et pour ledit instant δt, un signal correspondant à une émission de rayonnement lumineux en provenance de ladite zone pendant

1 ' instant δt ; au cours de l'étape (c2), on estime ledit critère de détection dans le voisinage à partir en outre de la mesure F ₀ (xo, Yo, δt) pour la zone considérée (x ₀ , yo)

Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un produit programme d'ordinateur comprenant des portions de code de programmes adaptées pour mettre en œuvre un tel procédé lorsque ledit programme est exécuté sur une machine programmable .

Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à une installation d'imagerie comprenant :

(A) une mémoire stockant, pour chacune d'un ensemble de zones (x ; y) à observer d'une région d'observation, et pour un instant δt d'une période d'observation, une mesure

Fo(X/ Yi δt) de signaux détectés correspondant à une émission de rayonnement en provenance de ladite zone pendant l'instant δt,

(B) un calculateur adapté pour fournir d'une part une première valeur Fi (x, y, δt) dite d' « intégration » estimative de l'intensité des signaux détectés en provenance de ladite zone pendant l'instant, et d'autre part une deuxième valeur F ₂ (x, y, δt) dite « de comptage » estimative du nombre de signaux détectés en provenance de ladite zone pendant l'instant, F ₂ (x, y, δt) étant obtenue en affectant, pour un ensemble de zones contiguës où la mesure F ₀ (x, y, δt) est non nulle formant une tache de détection : une unité de signal au barycentre de ladite tache, et zéro unité de signal aux autres zones de la tache, ledit calculateur étant adapté pour estimer, en au moins une zone considérée (x ₀ ; yo) choisie dans ledit ensemble de zones, une valeur F _e (xo, yo, δt) du nombre de signaux en la zone considérée (x ₀ ; y ₀ ) pendant ledit instant a partir d'au moins une combinaison des première Fi (xo/ Yo, δt) et deuxième F ₂ (X ₀ , yo, δt) valeurs, le calculateur étant adapté pour définir un voisinage R (x ₀ ; yo) formant une partie dudit ensemble de zones, ledit voisinage comprenant au moins la zone considérée (xo ; yo) et des zones voisines (xi ; yi) distinctes de la zone considérée, le calculateur étant adapté pour estimer un critère de détection dans le voisinage, au moins à partir des mesures FQ (x, y, δt) pour des zones voisines (xi ; yi) comprises dans ledit voisinage R (x ₀ ; yo) au cours de la période d'observation T, et le calculateur étant adapté pour estimer la valeur F _e (xo, yo, δt) du nombre de signaux en fonction en outre au

moins dudit critère de détection dans le voisinage.

Dans certains modes de réalisation, on peut en outre prévoir : une unité de détection adaptée pour détecter des signaux correspondants à une émission de rayonnement en provenance de ladite zone pendant l'instant δt, et pour stocker la mesure correspondante F ₀ (x, y, δt) dans ladite mémoire ; l'unité de détection est adaptée pour détecter des signaux optiques.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins :

- la figure 1 représente schématiquement une installation d'imagerie,

- la figure 2 représente schématiquement un exemple d'obtention des valeurs Fi (x, y, δt) et F ₂ (x, y, δt) , - la figure 3 représente schématiquement une étape d'obtention de F _e (xo, yo, δt) , et

- les figures 4a et 4b sont des graphes présentant deux variantes possibles pour α(C) .

Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.

La figure 1 représente schématiquement une installation 1 d'imagerie comprenant une enceinte dans laquelle est disposé un échantillon 3 à imager. L'échantillon 3 émet un rayonnement 4 détecté et éventuellement amplifié par un détecteur ou capteur 5 spécialement adapté pour détecter le rayonnement 4. Le détecteur 5 comprend une pluralité de cellules 6 arrangées classiquement en lignes et en colonnes (une seule ligne visible sur la figure 1) dans le plan perpendiculaire au plan de la figure 1. Le détecteur 5 est relié en sortie à

un système informatique 7 comprenant une unité centrale 8 comprenant une mémoire 9 dans laquelle sont stockées les mesures obtenues par le détecteur 5, et une unité de traitement 10 programmée pour traiter les données stockées dans la mémoire 9 de la manière explicitée par la suite. Le système informatique 7 peut également comporter un écran 11 permettant d'afficher à un utilisateur le signal détecté et/ou le résultat du traitement par l'unité de traitement 10, ou autre. A titre d'exemple purement illustratif, on a représenté sur la figure 1 une expérience de détection en luminescence au cours de laquelle on détecte un rayonnement lumineux 4 émis depuis l'intérieur d'un animal 3, par exemple une souris modifiée génétiquement, disposée dans une boite noire parfaitement opaque à la lumière extérieure. Ce signal lumineux est par exemple représentatif d'une réaction chimique se produisant dans l'animal et peut servir de traceur pour une telle réaction chimique. Le rayonnement 4 peut également servir à quantifier l'expression d'un gène donné porté par l'animal

3 et qui, lorsqu'il s'exprime, occasionne la réaction chimique mentionnée précédemment.

Pour mesurer un tel rayonnement, on utilise à titre de détecteur 5 une caméra CCD refroidie, un ICCD, un EMCCD, (CCD à multiplication interne) ou autre présentant par exemple environ un (ou plusieurs) million de cellules de détection 6 disposées en mille colonnes de mille rangées.

L'observation est effectuée pendant une période d'observation T, par exemple de quelques minutes, ou de plusieurs heures, subdivisée en instants d'observation δti, δt ₂ ,..., δti, , δt _n , pendant chacun desquels une mesure Fo (x# Y, δt _x ) est obtenue pour chacune des cellules 6, repérée par ses coordonnées (x, y) dans le plan de détection du détecteur 5 par rapport à une origine prédéterminée, et stockée dans la mémoire 9 du système

informatique 7.

La figure 2 représente à gauche, le plan du détecteur 5, et à droite en haut une portion agrandie du signal mesuré dans une région 12 de 20 cellules de détection. En bas de la figure 2, sont représentés schématiquement des première F ₁ et deuxième F ₂ valeurs obtenues à partir de la mesure F ₀ tel qu'explicité par la suite .

Comme représenté sur la figure 2, la détection d'un événement, correspondant à l'émission d'un rayonnement 4 unique de l'échantillon 3 peut être détectée simultanément par plusieurs cellules de détection 6 au cours d'un instant δt donné. Par exemple, une cellule donnée représentée au centre de la région agrandie 12 sur la figure 2 étant la plus proche de l'emplacement effectif de l'émission du rayonnement 4 correspondra à une mesure maximale, schématisée par une assez forte densité de hachures sur la représentation de la mesure F ₀ de la figure 2. Les cellules avoisinantes pourront toutefois avoir détecté une partie de cet unique rayonnement, de sorte qu'une mesure F ₀ non nulle est également mémorisée pour ces cellules, comme représenté par les hachures de faible densité sur la représentation de la mesure F ₀ sur la figure 2. Le détecteur 5 présentant par ailleurs un certain seuil de détection, la mesure Fo pour les cellules (x, y) dans lesquelles ce seuil n'a pas été atteint est stockée égale à zéro dans la mémoire 9. Ces cellules sont représentées en blanc sur la représentation de la mesure F ₀ sur la figure 2. Pour chaque pixel repéré par ses coordonnées (x, y) , la mesure F ₀ stockée dans la mémoire 9 correspond donc à zéro si un signal trop faible a été détecté, pendant l'instant δt, ou à une mesure non nulle pouvant correspondre à une partie d'un ou de plusieurs rayonnements ayant eu lieu a proximité du pixel considéré.

Une fois les mesures F ₀ (x, y, δt) stockées dans la mémoire 9 pour l'ensemble des instants δt de la période d'observation T, on obtient pour chaque instant δt une image dite « de comptage » F ₂ estimative du nombre d'événements de rayonnement émis en la zone considérée, pendant l'instant δt . Par exemple, pour chaque tache de détection, correspondant à un ensemble de pixels contigus de mesures F ₀ non nulles, on identifie le barycentre de cette tache, et on lui assigne une valeur dite « de comptage », correspondant sensiblement à une unité de signal, par exemple normalisée. On assigne la valeur F ₂ = 0 aux autres pixels de la tache de détection considérée. La valeur « de comptage » F ₂ peut également être corrigée si l'on connaît expérimentalement ou statistiquement la relation pour le détecteur entre le comptage calculé comme explicité ci -dessus et le nombre de rayonnement effectivement émis dans la zone considérée donnant ce comptage calculé. Statistiquement, on peut en effet savoir a l'avance que pour un nombre N ₀ de rayonnement émis pendant un instant δt en une zone donnée, seul un nombre inférieur N _x , dépendant de N ₀ , sera mesuré.

Une image, dite image « de comptage » obtenue à partir des valeurs F ₂ , fournit une très bonne résolution. De plus, il est connu que le comptage fournit des données statistiquement optimum, indépendantes de toute source de fluctuations dues au capteur. Toutefois, une telle image peut s'avérer trop fausse pour la qualité des résultats recherchés lorsque de trop nombreux signaux proches sont émis pendant un même instant δt, rendant difficile de discerner les événements individuels. En effet, dans les cas où de nombreux rayonnements sont détectés, pendant l'instant δt, dans une même zone du détecteur 5, les taches associées à chaque rayonnement individuel se superposent de sorte qu'il n'est plus possible de distinguer, pendant l'instant δt, les événements individuels.

Dans ce dernier cas, on peut préférer une image de valeur F ₁ dite « d' intégration » correspondant sensiblement, pour chaque pixel de coordonnée (x, y) à la quantité (intensité) de signal détecté pendant l'instant δt en ce pixel. Dans l'exemple présenté, F ₁ est par exemple directement égal à F ₀ pour chaque pixel considéré. Une telle image présente une plus mauvaise résolution que l'image « de comptage », mais présente l'avantage de fournir une valeur plus juste de la quantité incidente sur le capteur, en particulier lors de fortes détections.

Une fois le calcul des valeurs F ₁ et F ₂ effectué par l'unité de traitement 10 pour chaque pixel de coordonnées

(x, y) et pour chaque instant δt, et le résultat mémorisé dans la mémoire 9, l'unité de traitement 10 applique le traitement représenté schématiquement sur la figure 3.

On considère un pixel considéré de coordonnée (x ₀ ; y ₀ ) . Par exemple, on considère tour à tour l'ensemble des pixels correspondant chacun à une cellule 6 du détecteur 5. En alternative, on considère uniquement les pixels pour lesquels la valeur F ₂ (xo# Yo, δt) est non nulle.

Pour le pixel considéré, de coordonnées (x ₀ ; yo) , on définit un voisinage R(x ₀ , yo) , constitué des quelques pixels, par exemple 25, ou 100 pixels, entourant le pixel considéré de coordonnées (x ₀ ; yo) • On détermine un critère C (x ₀ ; yo) / relatif au niveau détection au voisinage R (x ₀ ; yo) du pixel considéré de coordonnées (xo ; yo) - Le critère C (x ₀ ; yo) indique si, dans le voisinage R (x ₀ ; yo) du pixel considéré, la détection est plutôt de haut niveau ou de bas niveau. C(x ₀ ; yo) varie évidemment selon le pixel considéré, et l'instant considéré.

Pour déterminer le critère C(XQ, yo) , on utilise à titre d'exemple, la mesure F ₀ obtenue pour les pixels de coordonnées Cx ₁ ; yi) autres que celui considéré, compris dans le voisinage R(XQ, y ₀ ) . On utilise soit directement

la mesure F ₀ , ou toute autre valeur obtenue directement ou indirectement à partir de F ₀ , tel qu'en particulier Fi ou F ₂ en ces pixels.

Par exemple, on utilise à titre de critère C(x ₀ , y ₀ ) la proportion de pixels du voisinage R(x ₀ , y ₀ ) pour lesquels la mesure F ₀ (Xi, V ₁ ) est nulle, ou inférieure à un seuil prédéterminé, pour l'instant δt considéré.

Si un grand nombre de pixels du voisinage présente une mesure F ₀ nulle, en d'autres termes si on détecte qu'on est dans un cas de faible détection autour du pixel considéré, on décidera de donner à la valeur F _e (xo, yo, δt) du nombre de signaux une valeur dans laquelle la valeur de comptage F ₂ (xo, yo, δt) du nombre de signaux sera prépondérante. En effet, comme expliqué précédemment, F ₂ est préférable dans les régions de faible détection.

Si on détecte que le nombre de pixels voisins à mesure nulle est inférieur a une valeur prédéterminée, à savoir qu'on est dans un cas de forte détection autour du pixel considéré (x _o , y _o ) , on choisira, pour la valeur F _e (xo, yo, δt) du nombre de signaux détectés une valeur dans laquelle la valeur d'intégration Fi (xo, yo, δt) sera prépondérante. En effet, comme expliqué précédemment, Fi est préférable dans les régions de forte détection.

En tout état de cause, on pourrait écrire F _e comme une combinaison de Fi et de F ₂ , par exemple une combinaison linéaire telle que :

F ₆ (xo, yo, δt)=α F ₁ (xo, yo, δt) + (l- α) F ₂ (xo, yo, δt) , où la fonction α du critère C(x ₀ , yo) peut être comprise entre 0 et 1 en étant par exemple constante par morceau telle que représentée sur la figure 4a, auquel cas la valeur F ₆ du nombre de signaux sera égale soit à F _x soit à F ₂ selon la valeur du critère C par rapport à une valeur prédéterminée C ₀ du critère C. En variante, comme représenté sur la figure 4b, la fonction α (C) peut comporter une portion croissante, par exemple continue (en pointillés), par

exemple linéaire (en traits pleins) , entre deux valeurs prédéterminées Ci et C ₂ du critère. Dans la portion intermédiaire comprise entre les valeurs C ₁ et C ₂ du critère, α est compris dans l'intervalle ]0 ; 1 [ . On notera que le paramètre α dépend du critère C en (xo, yo ) et dépend par conséquent directement ou indirectement de la mesure F ₀ en(x ₀ , yo) ou/et au voisinage de (x ₀ , yo) -

D'autres critères que le nombre de pixels présentant une mesure inférieure à un seuil prédéterminé dans le voisinage R(x ₀ , yo) peuvent être utilisés.

A titre d'exemple, on peut par exemple prévoir que le critère correspondra à la moyenne de la mesure F ₀ (x, y, δt) sur l'ensemble des pixels de coordonnées (x ; y) du voisinage R(x ₀ , yo) pendant l'instant δt . Selon une autre variante, le critère C(x ₀ , yo) peut également dépendre du temps.

Dans ce cas, le critère, qui peut par exemple être l'un des deux critères précédemment décrit, est estimé non seulement pour l'instant St ₁ pour lequel le calcul F _e (xo, yo, δt _x ) est en cours, mais également pour les instants δt _x -, précédents et δt _1+k suivants dans un voisinage temporel de l'instant considéré. L'utilisation d'un tel critère temporel peut permettre de détecter que, pour l'instant δt _x considéré, un rayonnement parasite de type cosmique ou autre a été également capté par le détecteur 5.

La comparaison de la mesure dans le voisinage du pixel considéré, de coordonnées (x ₀ ; yo) pour l'instant St ₁ avec les mesures dans ce même voisinage en des instants proches va permettre de déterminer si la mesure à l'instant St ₁ inclut la mesure de ce rayonnement cosmique, et le calcul d'une valeur estimée F _e (xo, yo, δt _x ) affranchie de ce rayonnement .

Le procédé de traitement ici décrit en relation avec la figure 3 pourrait également s'appliquer à un signal obtenu par détection de tout autre type de rayonnement que

des rayonnements lumineux, tel que présenté ici.