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Un appareil photo à un seul pixel capture des images plutôt ennuyeuses: des carrés complètement noirs, complètement blancs ou un peu de gris. Tout ce qu’il fait, après tout, est de détecter la luminosité. Pourtant, en connectant une caméra à un pixel à une source de lumière à motifs, une équipe de physiciens chinois a réalisé des images radiographiques détaillées en utilisant une technique statistique appelée imagerie fantôme, créée il y a 20 ans dans la lumière infrarouge et visible.

Les chercheurs sur le terrain affirment que les futures versions de ce système pourraient prendre des photos aux rayons X avec des caméras bon marché – pas besoin d’optiques et de capteurs multi-pixels, et moins de radiations cancérigènes que les techniques conventionnelles. « Notre système est beaucoup plus petit et moins cher, et il pourrait même être portable si vous deviez l’emmener sur le terrain », explique Wu Ling-An, physicien à l’Académie chinoise des sciences de Beijing, dont le travail avec ses collègues a été publié le 28 mars à Optica.

Une réduction un million de fois 

Le système des chercheurs n’est toujours pas prêt d’être utilisé en médecine. Mais ils ont réduit la dose de rayons X d’environ un million de fois par rapport aux tentatives précédentes, explique Daniele Pelliccia, qui a réalisé en 2015 quelques-unes des premières images fantômes aux rayons X. Un physicien chez Instruments & amp; Data Tools, une entreprise d’optiques basée près de Melbourne, en Australie, a utilisé une source de rayons X intenses; un synchrotron, mais le groupe de Wu s’est contenté d’une source moins puissante. Bien que les premières images fantômes de rayons X étaient de simples images de fentes coupées en métal, le groupe chinois a produit les contours d’un coquillage et d’initiales gravées dans des plaques de métal. Ils ont fait « des images qui ressemblent à celles des rayons X », nous explique Pelliccia.

Comment cela fonctionne-t-il ?

La clé de l’imagerie fantôme est d’éclairer un objet avec la lumière qui a traversé un filtre avec un modèle connu, explique Miles Padgett, physicien à l’Université de Glasgow au Royaume-Uni. De l’autre côté de l’objet, l’appareil photo à un pixel prend une photo, rien de plus qu’un carré gris. Pour obtenir une image, vous le faites des milliers de fois, en changeant le motif après chaque exposition. Le groupe de Wu a utilisé un morceau de verre, qui est partiellement transparent aux rayons X, et l’a fait pivoter pour créer un motif différent après chaque exposition.

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Un ordinateur produit l’image finale. Parce que l’ordinateur connaît le motif pour chaque exposition, il peut calculer l’image à partir des variations dans la séquence des pixels gris capturés par la caméra. Le résultat, en théorie, est une image radiographique aussi bonne que celle d’aujourd’hui, mais sans caméra à haute résolution où des rayons X intenses sont nécessaires pour l’imagerie conventionnelle.

Selon Jeffrey Shapiro, physicien au Massachusetts Institute of Technology de Cambridge, les chercheurs ont déjà mis au point de simples systèmes d’imagerie fantôme pour la lumière optique et infrarouge, qui reposent sur des filtres programmables. Un ordinateur enregistre et réinitialise le motif lorsque la source de lumière le projette sur l’objet et le détecteur à un seul pixel.

Détection de gaz

À l’aide d’un système infrarouge, le groupe de Padgett a montré qu’il peut « imager » une fuite de méthane. Le collaborateur industriel du groupe, M Squared Lasers, basé à Glasgow, travaille à la commercialisation du système et espère vendre des détecteurs à l’industrie pétrolière et gazière comme un moyen moins coûteux de détecter les pipelines qui fuient, nous explique Padgett.

Selon Wu, fabriquer un filtre programmable par ordinateur pour les rayons X est un plus grand défi car les rayons X passent tout simplement à travers de la plupart des matériaux. Parce que son groupe a eu recours à du verre « improgrammable », il a dû utiliser une caméra à haute résolution pour mesurer les motifs. Mais vous pouvez imaginer un système de rayons X commercial dans lequel le fabricant pré-enregistre tous les modèles du verre, nous explique Padgett. Ensuite, seul le fabricant aurait besoin de la caméra haute résolution, et les utilisateurs individuels pourraient simplement acheter une caméra à un pixel et utiliser les filtres de verre dans une séquence spécifiée.

Une meilleure image

Pour que l’imagerie fantôme soit viable en médecine, nous explique Wu, les chercheurs doivent montrer que la dose totale de rayons X nécessaire pour produire une image est plus faible qu’avec un système conventionnel. Une image fantôme nécessite des milliers d’expositions, et les rayons X s’additionnent. En outre, plus l’objet est détaillé, par exemple un corps humain, plus vous avez besoin d’expositions. Cependant, Wu affirme que l’intensité des rayons X par exposition peut être suffisamment faible pour que l’imagerie fantôme puisse se produire.

« Ce serait important », nous explique Shapiro. «Si vous pouviez réduire la quantité d’exposition aux rayons X que subissent les femmes lors des mammographies ou des examens de la poitrine, ce serait un gros problème de régler», explique-t-il. Mais la qualité de l’image doit encore être améliorée, explique-t-il. « Ça doit être une bonne image pour qu’elle puisse remplacer celles produites normalement par une machine à rayon X. »

[via Science]