Brevet FR2335854A1 — publié le 19770715

l'invention concerne un appareil de tomographie axiale transverse à l'aide de rayons X, comprenant un tube radiogène quisfournit un faisceau étroit de ces rayons par I' intermédia#re d'un premier collimateur, et un premier détecteur sensibleaurayonnement X qui reçoit celui-ci après sa traversée du corps à examiner pour mesurer l'absorption de ce rayonnement par ce corps. Un appareil de ce genre a#été décrit-dans la demande de brevet français n0 EN 74.29537 déposée le 29 Août 1974 et publiée sous le n0 2.242.835 ou dans la demande de brevet allemand publiée avant examen sous le n0 24 12 658, oh le tube r#dioge#e est associé à un second collimateur qui sélectionne un second faisceau de rayons X distinct du faisceau principal traversant le corps à examiner, ce second faisceau étant dirigé sur un second détecteur dît de référence qui mesure ltintensité du rayonnement à la sortie du tube. tes indications du détecteur de référence sont traitées de façon identique à celles du premier détecteur (intégration, numérisation-) et appliquées ensuite à un circuit diviseur qui fournit un signal correspondant au rapport des signaux de mesure et de référence pour compenser les variations éventuelles de l'intensité du rayonnement fourni par le tube. Dans la demande de brevet allemand publiée avant-examen sous le n0 2.426.343, on a décrit un appareil de ce genre-dont le tube radiogène à anode tournante fournit un faisceau mince mais large, de forme sectorielle ou en éventail, afin d'irradier -simultanément, à travers la totalité d'une section du corps à examiner, plusieurs détecteurs de mesure alignés et posés côte à cote.Dans cet appareil, plusieurs détecteurs de référence peu encombrants (tel que des diodes semiconductrices) sont disposés au niveau de l'entrée du collimateur permettant de définir le faisceau sectoriel. tes signaux de ces détecteurs sont combinés dans un circuit de calcul afin de déterminer l'intensité du rayonnement fourni par le tube à chaque endroit du faisceau et de compenser les variations globales et localisées au niveau de chaque détecteur de mesure. La présente invention concerne, plus particulièrement, un appareil de tomographie axiale transverse dont la source de rayons X comporte un tube radiogène à anode tournante et un collimateur de sortie ou collimateur primaire de type classique à deux étages, comprenant deux plaques parallèles en un matériau opaque (absorbant) aux rayons X, tel que le plomb, munies d'ouvertures rectangulaires. Ces plaques qui constituent respectivement les deux étages du collimateur primaire, sont disposées perpendiculairement au faisceau utile avec leurs ouvertures alignées et centrées sur l'axe de celui-ci. Avec une anode tournante, les variations de l'intensité du rayonnement dans une direction donnée sont différentes de celles dans une autre direction. Pour cette raison, l'utilisation d'un second collimateur orienté obliquement par rapport au faisceau utile et éclairant avec un second faisceau le détecteur référence, comme décrit dans la demande de brevet français précitée, ne donne pas des résultats satisfaisants. De même, un ou plusieurs détecteurs de référence ponctuels disposés à l'entrée du collimateur primaire de façon à ne pas perturber le faisceau, ne donnent pas une mesure exacte des variations globales de l'intensité du faisceau fourni par le tube radiogène, car ces détecteurs ponctuels sont trop localisés. 'l'invention permet de remédier à ces inconvénients en utilisant un détecteur permettant d'englober au moins la totalité du faisceau utile émis vers le corps à examiner à la sortie du second étage du collimateur primaire. Suivant l'invention, un appareil de tomographie axiale transverse comportant comme source de rayonnement X un tube radiogène à anode tournante associé à un collimateur de sortie ou collimateur primaire à deux étages et à un détecteur de référence destiné à mesurer l'intensité du rayonnement fourni par le tubé, ledit collimateur primaire définissant un faisceau qui irradie le corps à examiner et, à travers celui-ci, un détecteur de mesure destiné à mesurer l'intensité du rayonnement en aval du corps à examiner, le rapport entre les signaux fournis respectivement par les détecteurs de mesure et de référence correspondant à ltabsorption du rayonnement par le corps, ledit détecteur de référence comportant un scintillateur et un photomultiplicateur optiquement couplé au scintillateur, est principalement caractérisé par le fait que ledit scintillateur de référence est constitué par une plaque mince d'un matériau scintillateur peu absorbant pour les rayons X, disposée entre les deux étages du collimateur primaire de façon à être irradiée par un faisceau de référence englobant la totalité du faisceau utile atteignant le détecteur de mesure et centré sur ce faisceau, la surface du scintillateur de référence irradié par le faisceau de#référence étant au moins égale à celle du détecteur de mesure éclairée par le faisceau utile. L'illvention sera mieux comprise et d'autres de ses caractéristiques et avantages apparaitront à l'aide de la description ciaprès et des dessins annexés s'y rapportant, donnés à titre d'exemple, sur lesquels# - la figure I représente schématiquement et en coupe partielle les éléments d'un appareil de tomographie axiale transverse concernés par le perfectionnement suivant l'invention - les figures 2, 3 et 4 indiquent schématiquement divers agencements du couplage optique entre un scintillateur et un photomultiplicateur constituant le détecteur de référence. La figure 1 représente schématiquement et en coupe partielle le mode de réalisation préféré du perfectionnement objet de l'invention. Sur la figure l, on a représenté en 1 le tube radiogène comportant une enveloppe de verre 2 (représenté par des tirets), une anode tournante 3 bombardée sur une surface 4 constituant le foyer par des électrons issus d'un filament (non représenté). Le foyer 4 de l'anode 3 émet des rayons X dans de nombreuses directions dont on sélectionne un faisceau 15, dans la direction de l'intensité maximale du rayonnement, à l'aide d'un collimateur de sortie ou collimateur primaire 10 associé au tube I. Le collimateur primaire 10 comporte deux étages Il, 12 respectivement constitués par des plaques (planes, par exemple) parallèles en un matériau opaque aux rayons X et respectivement munies dtouvertures 13, 14 dont la forme détermine la section du faisceau qui les traverse.La première plaque il constituant le premier étage de collimation, qui peut être solidaire de la gaine (non représentée) du tube 1, peut comporter une ouverture 13 circulaire pour déterminer un faisceau 15 conique, ou rectangulaire pour déterminer un faisceau 15 pyramidal dont la base, c'est-à-dire la section au niveau du deuxième étage de collimation 12, présente des dimensions au moins légèrement supérieures à celles de l'ouverture rectangulaire 14 du second étage 12 qui détermine le faisceau 16 irradiant l'objet 0 à examiner.Les dimensions de l'ouverture 14 sont choisies de façon à fournir un faisceau pyramidal étroit 16 dont la base, c'est-à-dire la section au niveau de l'entrée du collimateur d'entrée du détecteur de mesure d'absorption ou collimateur secondaire 20, présente à cet endroit des dimensions supérieures à celles du faisceau utile 26 qui frappe le détecteur de mesure 8, 9, afin d'éviter que des vibrations même légères du tube radiogène 1 et des collimateurs 10 et 20 puissent fausser la mesure. Le collimateur secondaire 20 peut etre réalisé de différentes façons connues. Ici, il a été représenté sous la forme d'un collimateur à deux étages 21, 22 dont le second 22 comporte une ouverture rectangulaire 24 te dimensions inférieures à celles de l'ouverture 23 du premier étage 21 fournissant un faisceau 25. Le faisceau utile 26 à la sortie du collimateur secondaire est dirigé sur un premier cristal scintillateur classique 8(NaI : Tl ou ZnTe : 0 , par exemple) optiquement couplé à un premier photomultiplicateur 9. Conformément à l'invention, un détecteur de référence 5, 6 ou second détecteur comporte un scintillateur 5 peu absorbant pour les rayons X tel qu'un scintillateur plastique en forme de plaque d'une épaisseur de quelques millimètres dont l'absorption de rayons X qui le traversent est inférieure à 10 pour cent, par exemple de l'ordre de 5 pour cent, et dont l'absorption de la lumière visible émise par luimême est négligeable, et qui est disposé entre les deux étages 11, 12 de façon à capter la totalité du faisceau 15 traversant l'ouverture 13 de la première plaque 11 et qui sera dit-faisceau de référence. Le scintillateur 5 en forme de lame relativement mince (par exemple, d'une épaisseur de 2 à 5 millimètres) est, de préférence, irradié par un faisceau de référence 15 provenant d'une ouverture 13, pratiquée dans le premier étage Il du collimateur primaire 10 et qui englobe totalement le faisceau utile 26 atteignant le scintillateur de mesure 8, sur lequel le faisceau 15 de référence est centré.On choisit ltou- verture du faisceau 15 de référence, par exemple, de 10 à 20 fois supérieure à celle du faisceau utile 26, pour obtenir à la sortie du photomultiplicateur du détecteur de référence, un signal de référence de niveau comparable à celui du détecteur de mesure et dont les variations d'intenslté dûtes au chauffage alternatif et à son instabilité, à la rotation et aux défauts de la surface de l'anode ainsi qu'aux vibrations de cette dernière sont suffisamment proches de celles du faisceau utile 26 pour les compenser de façon très satisfaisante, ce qui n'est pas le cas pour des dispositifs utilisant comme référence un faisceau de rayons X n'englobant pas la totalité du faisceau utile comme dans l'art antérieur précité (faisceau oblique ou détecteurs ponctuels), car le diagramme de rayonnement peut varier également avec la rotation. La surface irradiée du scintillateur de référence 5 par le faisceau de référence 15, doit, par conséquent, entre au moins égale à celle du scintillateur de mesure 8 éclairée par le faisceau utile, compte tenu des caractéristiques différentes des matériaux utilisés. Le scintillateur 5 en plastique est optiquement couplé, de façon classique, à la entre d'entrée d'un photomultiplicateur 6 qui fournit un signal électrique proportionnel à la lumière émise par le scintillateur en réponse au rayonnement X. Le photomultiplica -teur 6 est situé en dehors du champ du rayonnement X et, sur la figure 1, sa fenetre d'entrée est contigue à une paroi latérale du scintillateur 5 qui, en vue d'une bonne transmission de lumière en direction de la photocathode du photomultiplicateur 6, est recouvert sur ses autres parois par une mince couche réfléchissante 7. L'épaisseur du scintillateur 5 et des couches réfléchissantes traversées par le faisceau utile 26 doit être telle que l'absorption globale de celui-ci soit inférieure à 10 pour cent, pour ne pas affecter la précision de la mesure. Les signaux électriques fournis par les deux photomultiplicateurs 5 et 9 sont respectivement appliquées à deux entrées 301, 302 d'un dispositif de mesure. et de traitement des données 30, qui comprend un premier circuit intégrateur 31 intégrant le signal de référence avec une constante de temps correspondant à un trajet élémentaire (d'environ 2 mm) du balayage qui est effectué perpendiculairement à l'axe du faisceau de rayons X, et un second circuit intégrateur 32 qui effectue la même opération sur le signal de mesure. Les signaux de référence et de mesure intégrés sont respectivement appliqués à deux entrées d'un circuit diviseur 35 fournissant un signal compensé correspondant au rapport entre le signal de mesure et le signal de référence, par exemple, par l'intermédiaire de deux convertisseurs analogique-numérique 33, 34. La division peut être effectuée par la soustraction des logarithmes des deux signaux. Le signal compensé (rapport) est ensuite appliqué à des mémoires et des circuits de calcul classiques permettant d'élaborer des tomographies axiales transverses à partir de l'absorption suivant les diverses trajectoires du faisceau à travers le corps O à examiner. Les figures 2, 3 et 4 indiquent schématiquement en coupe divers modes de couplage optique entre le scintillateur de référence 5 et son photomultiplicateur associé 6. Ces dispositifs peuvent fonctionner avec deux directions opposées du faisceau de rayons X, ce qui est représenté par un faisceau 15 issu dtun foyer 4 et par un faisceau 15' venant d'un foyer 4'. Sur la figure 2, le scintillateur 5 est perpendiculaire à l'axe du faisceau 15 ou 15' et il est associé à un miroir plan 70 réalisé à l'aide d'une lame mince, par exemple en aluminium, et la face du scintillateur 5 en regard du miroir 70 est nue de façon à transmettre la lumière à ce dernier. Le miroir 70 est orienté de façon oblique par rapport à l'axe du faisceau 15 (15f) de façon à réfléchir la lumière en direction de la photocathode du photomultiplicateur 6. Sur la figure 3, c'est le scintillateur 5 qui est orienté obliquement par rapport à l'axe du faisceau 15 (15'), et il comporte une première face 51 recouverte d'une couche 7 réfléchissante et une seconde face 52 nue vers laquelle est orientée la photocathode du photomultiplicateur 6. Sur la figure 4, on insère entre la face nue 52 du scintillateur et la photocathode du photomultiplicateur 6 un miroir concave 71 qui est situé à l'extérieur du champ du rayonnement X et disposé de façon à diriger une partie de la lumière émise par le scintillateur 5 à travers sa face nue 52 vers cette photocathode. On peut également utiliser d'autres modes de couplage optique classiques en tenant compte du fait que les éléments qui sont situés à l'intérieur du champ du faisceau 15 (15') doivent être minces et peu absorbants pour les rayons X. L'invention n'est, bien entendu, pas limitée au cas décrit ci-dessus (anode tournante), mais elle peut être utilisée avantageusement également avec des tubes à anodes fixes. il est également possible de remplacer notamment le détecteur de mesure composé d'un scintillateur 8 et d'un photomultiplicateur 9 par tout autre dispositif de détection convenable, tel qu'une chambre d'ionisation par exemple. REVENDlC ] kTlONS 1. Appareil de tomographie axiale transverse comportant comme source de rayonnement X un tube radiogène à anode tournante associé à un collimateur de sortie ou collimateur primaire à deux étages et à un détecteur de référence destiné à mesurer l'intensité du rayonnement fourni par le tube, ledit collimateur primaire définissant un faisceau qui irradie le corps à examiner et, à travers celui-ci, un détecteur de mesure destiné à mesurer l'intensité du rayonnement en aval du corps à examiner, le rapport entre les signaux fournis respectivement par les détecteurs de mesure èt de référence correspondant à l'absorption du rayonnement par le corps, caractérisé par le fait que ledit détecteur de référence peu absorbant pour les rayons X est disposé entre les deux étages (11, 12) du collimateur primaire de façon à etre irradié par un faisceau de référence (15) englobant la totalité du faisceau utile (26) atteignant le détecteur de mesure (8) et centré sur ce faisceau (26), la surface du détecteur de référence irradié par le faisceau de référence (15) étant au moins égale à celle du détecteur de mesure (8) éclairée par le faisceau utile (26). 2. Appareil de tomographie axiale transverse comportant comme source de rayonnement X un tube radiogène à anode tournante associé à un collimateur de sortie ou collimateur primaire à deux étages et à un détecteur de référence destiné à mesurer l'intensité du rayonnement fourni par le tube, ledit collimateur primaire définissant un faisceau qui irradie le corps à examiner et, à travers celui-ci, un détecteur de mesure destiné à mesurer l'intensité du rayonnement en aval du corps à examiner, le rapport entre les signaux fournis respectivement par les détecteurs de mesure et de référence correspondant à l'absorption du rayonnement par le corps, ledit détecteur de référence comportant un scintillateur et un photomultiplicateur optiquement couplé au scintillateur, caractérisé par le fait que ledit scintillateur de référence (5) est constitué par une plaque mince d'un matériau scintillateur peu absorbant pour les rayons X disposée entre les deux étages (11, 12) du collimateur primaire de façon à etre irradiée par un faisceau de référence (15) englobant la totalité du faisceau utile (26) atteignant le détecteur de mesure (8) et centré sur ce faisceau (26), la surface du scintillateur de référence (5) irradié par le faisceau de référence (15) étant au moins égale à celle du détecteur de mesure (8) éclairée par le faisceau utile (26). 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit scintillateur de référence (5) est constitué par une lame de quelques millimètres d'épaisseur en un matériau scintillateur plastique connu, ladite épaisseur étant choisie de façon à assurer une absorption de rayons X inférieure à 10 pour cent dans le scintillateur (5). 4. Appareil#suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que, l'une des faces dudit scintillateur (5) étant nue et optiquement couplée à la photocathode du photomultiplicateur de référence (6), les autres de ses faces sont recouvertes d'une mince couche réfléchissante (7), peu absorbante pour les rayons X, afin de transmettre le maximum de lumière à la photocathode. 5. Appareil suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le premier étage (il) dudit collimateur primaire (10) comporte une ouverture (13) en vue de délimiter un faisceau de référence (is) englobant entièrement le faisceau utile (26) de forme pyramidale et de section rectangulaire qui est obtenu à l'aide de l'ouverture (14) du second étage (12) du collimateur primaire (10) et d'un collimateur d'entrée du détecteur de mesure, dit collimateur secondaire (20), situé en aval du corps à examiner (0).