Spécificité du rayonnement térahertz
Tomographie à l'aide de rayons térahertz

1 - Contexte

2 - Principes de la tomographie et applications actuelles

• 2.1 - Définitions et principes
  Figure 1 - (a) Une droite de projection est définie par un angle … Figure 2 - (a) Acquisition de plusieurs angles distincts ; (b) L'intersection des données disponibles sur les différentes projections permet de reconstruire la fonction f de manière plus précise Figure 3 - (a) Fantôme de Shepp-Logan analytique représenté dans une image …
• 2.2 - Méthodes de reconstruction itératives
  Figure 4 - Zoom des reconstructions du fantôme de Shepp-Logan
• 2.3 - BFP vs méthodes itératives
  Figure 5 - Reconstructions à partir du sinogramme de la figure 3(b) auquel on a appliqué un bruit blanc gaussien d'amplitude 10 %. (a) Par la méthode OSEM, l'image obtenue est peu bruitée, mais on observe un léger flou sur les contours, (b) Avec la méthode SART, l'image est un peu plus bruitée, mais les contours sont distincts et les régions représentant l'air (en noir) sont homogènes ; (c) Avec la BFP, les régions noires sont bruitées, certains contours ne sont plus distincts et les petites régions sont perdues Figure 6 - Coupe obtenue par scanner à rayons X de la cage thoracique d'un patient. On distingue clairement sa structure anatomique : les os de la colonne vertébrale et les côtes (blanc), les tissus graisseux (gris clair) et les poumons (gris foncé)
• 2.4 - Applications actuelles

  • Quiz d'entraînement
  Figure 7 - Imagerie métabolique du cerveau d'un patient (en fausses couleurs) obtenue par la mesurede la concentration en glucose radioactif par TEP. En rouge, régions où l'activité est importante. En bleu, régions où il y a peu d'activité cérébrale Figure 8 - Reconstruction tomographique depuis 92 images obtenues au microscope cryo-électronique en transmission collectées entre – 70o et + 70o. La coupe oblique révèle l'ensemble homogène des protéines membranaires OprM (en blanc), dont le diamètre est de 8 nm. Les perles d'or (de diamètre 10 nm, en jaune) servent de marqueurs fiduciaires pour réaliser l'alignement des acquisitions. (Image fournie par le laboratoire Chimie et Biologie des Membranes et des Nano-objets CBMN – UMR 5248 [36]) Figure 9 - (a) Visualisation de la structure interne d'ampoules standard et basse consommation obtenue par radiographie X (image RX-Solutions) ; (b) Observation de l'intérieur d'une culasse : on observe de la porosité sur la partie centrale du haut et l'artefact métallique qui masque une partie de la pièce en bas et génère les lignes d'hypersignal ; (c) Culasse : on obtient à la fois une image en 3D et la segmentation des zones de porosité (en rouge) à partir desquelles on peut extraire des mesures (position, dimensions…) (9b et c : images Tomo Adour)

3 - Spécificité du rayonnement térahertz

• 3.1 - Propriétés intrinsèques
• 3.2 - Différences avec les autres technologies

  • Quiz d'entraînement
  Figure 11 - Quelques paramètres pour construire un contraste en imagerie THz
• 3.3 - Interaction matière-ondes THz

  • Quiz d'entraînement
  Figure 12 - a) Relevé temporel de référence et spectre transmis par la silice ; b) Relevé temporel de référence et spectre transmis par le saphir Figure 13 - (a) Setup expérimental (en vert le parcours du faisceau mm) ; b) Exemple d'échantillon à investiguer : Terakenstein Figure 14 - (a) Projections 2D acquises entre 0 et 180…

4 - Tomographie THz

• 4.1 - Précision et qualité des méthodes de reconstruction usuelles appliquées à la tomographie THz
  Figure 15 - Objet composé de quatre barres métalliques (deux barres de diamètre 10 mm au fond et à gauche, une barre de diamètre 12 mm à droite et une barre de diamètre 8 mm au premier plan) Figure 16 - Sinogrammes de quatre barres métalliques (2 de … Figure 17 - Coupes des quatre barres métalliques obtenues à partir du sinogramme de la figure 16(b) Figure 18 - Profils en intensité horizontaux le long de la ligne passant par le centre de la barre métallique du haut (obtenus à partir des images de la figure 17) Figure 19 - Reconstruction des images de l'échantillon Terakenstein à la coupe de position y = 25 en utilisant les sinogrammes avec 9, 12, 18, et 36 projections et les méthodes BFP, SART et OSEM Figure 20 - SSIM en fonction du nombre de projection et de la méthode de reconstruction Tableau 1 Tableau 2 Tableau 3
• 4.2 - Propagation gaussienne du faisceau d'acquisition
  Figure 21 - (a) Faisceau ; (b) Simulation de la propagation : source propagation acquis le long de l'axe z à 240 GHz (intensité (a.u.), en position avec un pas de 5 mm entre chaque mètre) avec FWHM = 2 mm à la focale, profil orthogonal Figure 22 - Reconstructions de l'objet Terakenstein Figure 23 - Superposition des résultats de BFP et BFP optimisée (a), SART et SART optimisée (b), OSEM et OSEM optimisée (c) à la position y = 25. Les pixels rouges correspondent à l'estimation en excès des contours du crâne de Terakenstein dans les méthodes non optimisées Figure 24 - Comparaison des profils en intensité horizontaux d'une barre métallique obtenus avec SART et SART optimisée Figure 25 - Visualisation 3D des reconstructions de Terakenstein par BFP, SART et OSEM optimisées Tableau 4

5 - Perspectives et évolutions

• Quiz d'entraînement