Modélisation et simulation de systèmes d'imagerie par rayons X ou gamma

= Modelling and simulation of X- or gamma-ray imaging systems

• Auteur / Autrice : Nicolas Freud
• Direction : Daniel Babot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contrôle non destructif

Méthode de Monte Carlo

Conception assistée par ordinateur

Tomographie

Radiographie

Résumé

Cette thèse est consacrée à la mise au point d'un code de calcul permettant de simuler rapidement des images radiologiques réalistes en prenant en compte les principaux paramètres physiques à l'œuvre dans une chaîne d'imagerie par rayons X ou gamma. Dans la première partie, nous effectuons un tour d'horizon de l'état de l'art en matière de simulation des phénomènes de transport de rayonnement. Cette étude nous conduit à choisir une approche déterministe et à rechercher des solutions algorithmiques spécifiques, dédiées à la simulation d'images radiologiques et limitées dans un premier temps à la prise en compte du rayonnement directement transmis. Les solutions proposées, qui mettent l'accent sur la vitesse d'exécution et la robustesse, sont implémentées dans un code appelé VXI (Virtual X-ray Imaging). VXI permet d'effectuer aisément des simulations dans des configurations d'imagerie réalistes (spectre polychromatique, objets de géométrie complexe. . . ). La deuxième partie de cette thèse aborde la simulation du rayonnement diffusé par les objets inspectés. Nous proposons une méthode déterministe pour simuler le rayonnement diffusé d'ordre 1 sans recourir à une architecture de calcul parallèle. Cette méthode est validée en comparant les résultats qu'elle fournit avec ceux que donne le code de Monte Carlo Geant4.

This PhD thesis is devoted to the development of a computer code enabling to simulate in a short time realistic radiological images, taking into account the main physical parameters acting in an X- or gamma-ray imaging chain. In the first part, we carry out a general survey of the state of the art in the field of radiation transport simulation. This study leads us to choose a deterministic approach and to seek specific algorithms, devoted to the simulation of radiological images and, at first, accounting only for the directly transmitted radiation. The proposed solutions, which emphasize execution speed and robustness, are implemented in a code named VXI (Virtual X-ray Imaging). VXI makes it easy to carry out simulations in realistic imaging configurations (polychromatic spectrum, objects with complex geometry. . . The second part of this thesis broaches the simulation of the radiation scattered by the inspected objects. We propose a deterministic method to simulate first-order photon scattering without having recourse to a parallel computing architecture. This method is validated by comparing its results with the ones given by the Monte Carlo code Geant4.