Simultaneous correction of attenuation and geometric response in emission tomography applied to nuclear waste drums
Correction de l'atténuation et de la réponse géométrique d'un détecteur en tomographie d'émission sur colis de déchets nucléaires
Résumé
Multiphotonic emission tomography is a non destructive technique applied to the control of radioactive waste drums. The emitted gamma rays are detected on the range [50 keV, 2 MeV] by a hyper pure germanium, of high resolution in energy, which enables to set up a detailed list of radionucleides contained within the drum. From different points of measurement located in a transaxial plane of the drum, the activity distribution is computed by a reconstruction algorithm. An algebraic modelling of the physical process has been developed in order to correct the different degrading phenomenon, in particular the attenuation and the detector geometric response. Attenuation through the materials constituting the barrel is the preponderant phenomena. Its ignorance prevents from accurate activity quantification. Its correction has been realised from an attenuation map obtained by a transmission tomograph. The detector geometric response, introducing a blurring within the detection, is compensated by an analytic model. An adequate modelling of those phenomenon is primordial : it highly contributes on a large scale the image quality and the quantification. The image reconstruction, requiring the resolution of sparse linear system, is realised by iterative algorithms. Due to the "ill-posed" nature of tomographic reconstruction, it is necessary to use regularisation : by introducing an a priori information on the solution, the stabilisation of the methods is carried out. We chose to minimise the Maximum A Posteriori criterion. Its resolution is considered with a half-quadratic regularisation : it permits the preservation of natural discontinuities, and avoids global oversmoothing of the image. It is evaluated on real phantoms and waste drums. Efficient sampling of the data is considered.
La tomographie d'émission multiphotonique est une technique de contrôle non destructif appliquée au contrôle des colis de déchets radioactifs. Les rayonnements gammas émis sont détectés sur la gamme [50 keV, 2 MeV] par un germanium hyper pur, de haute résolution en énergie, ce qui permet d'établir une carte détaillée des radioéléments contenus dans le colis. A partir des différents points de mesures situés dans un plan transaxial au colis, un algorithme de reconstruction permet d'estimer la distribution de l'activité. Une modélisation algébrique du processus a été développée afin de pouvoir corriger des phénomènes perturbateurs, en particulier l'atténuation et la réponse géométrique du détecteur. L'atténuation à travers les matériaux constituant le colis est le phénomène prépondérant : elle permet une quantification précise de l'activité. Sa prise en compte est réalisée grâce à une carte d'atténuation obtenue par un tomographe de transmission. La réponse géométrique de détection, opérant un flou sur le faisceau de détection, est modélisée analytiquement. La bonne modélisation de ces phénomènes est primordiale : elle conditionne, dans une grande partie, la qualité de l'image et sa quantification. La reconstruction des images, nécessitant la résolution de systèmes matriciels creux, est réalisée par des algorithmes itératifs. Du fait du caractère "mal-posé" de la reconstruction tomographique, il est nécessaire d'utiliser une régularisation : la stabilisation des méthodes s'opère par l'introduction d'information a priori sur la solution. Le critère à minimiser choisi est celui du Maximum A Posteriori. Sa résolution est envisagée par un algorithme de régularisation semi-quadratique : il permet la préservation les discontinuités naturelles, et évite ainsi le surlissage global de l'image. Elle est évaluée sur des fantômes réels et des colis de déchets. Enfin l'échantillonnage efficace des mesures est abordé.