Brevet FR2374884A1 — publié le 19780721

La présente invention concerne un appareil de tomographie axiale, c'est-à-dire présentant une coupe d'Un objet formoeavec des rayons X. Plus précisément, l'invention concerne un appareil qui peut donner une vue d'une- coupe d'un objet sur une surface photosensible qui reçoit des radiations électromagnétiques ayant une longueur d'onde leur permettant de traverser l'objet. La section est obtenue après une exposition de la surface photosensible alors qu'une rotation est assurée autour d'axes parallèles, en synchronisme, pour deux au moins des trois éléments suivants : (a) la source de radiations, (b) l'objet dont la section doit entre observée et (c) la surface photosensible. Un cas particulièrement intéressant est celui où la source de radiations est un tube de rayons X, ltob- jet étant le crante d'un etre humain et la surface photosensible une feuille d'un film sensible aux rayons X. Une rotation convenable du crante et du film lors de l'exposi- tion permet la formation sur le film d'une image qui, après développement, représente une coupe du crante, par un plan qui est parallèle aux oreilles et au-dessus de cellesci, comme si la partie supérieure du crante était retirée et que son contenu pouvait sistre observé par le haut.Par-raison de clarté, on peut considérer qu'il stagit d'une opération analogue au sciage du tronc d'un arbre, permettant l'observation des anneaux de croissance. Evidemment, la vue est obtenue par formation d'une image avec des rayons X sans sciage ou découpe réel. Dans la technologie actuelle des rayons X, l'appareil le plus proche de l'appareil selon l'invention est un appareil générateur qui donne un tomogramme ou un "lamino gramme. Cet appareil est tel que le tube de rayons X et le film sont disposés de part et d'autre d'un objet, la surface du film étant tournée vers- le tube de rayons X. Pendant 11 exposition, le tube et le film sont déplacés simul tanément dans des plans parallèles en translation, en sens opposés et avec des vitesses différentes. Les vitesses et les distances sont choisies afin que seules les caractéristiques internes de l'objet qui se trn#ert dans un plan forment une image nette sur le film. Toutes les caractéristiques qui sont au-dessus ou au-dessous du plan sont voilées au cours de l'exposition. En résumé, le film permet l'intégration au cours du temps et dans l'espace, suivant la fonction de calcul connue sous le nom d'autocorrélation lors de la formation du tomogramme. Le tomogramme traditionnel obtenu par un appareil du type décrit donne ce qui constitue le grain dans le cas d'un morceau de bois qui sort de la scie après découpe longitudinale, Au contraire, l'invention donne une vue de bout du meme morceau de bois. Avec la nomenclature indiquée, la vue de bout ou coupe obtenue à l'aide des rayons X est appelée "tomogramme axial". Les dispositifs connus, mettant en oeuvre des rayons X pour des vues d'entres humains, donnent des tomogrammes axiaux calculés.Ces dispositifs connus fonctionnent suivant un meme principe pour la formation d'un tomogramme axial du cerveau et on peut les décrire de la manière suivante. Un pinceau de rayons X est formé par une source et un détecteur photoélectrique#reçoit ce pinceau,la source et le détecteur étant placés de part et d'autre du crante qui est fixe pendant une exposition de 5 min. Pendant l'exposition, la source et le détecteur balaient des trajets parallèles en synchronisme, suivant un mouvement rectiligne. Après chaque passage, la source et le détecteur sont remis en position afin que le pinceau tourne d'un angle d'environ 10 par rapport à la colonne vertébrale du patient, et le mouvement linéaire de la source et du détecteur est inversé pour un autre passage. L'opération se répète si bien que la combinaison de rotation et de translation pendant 180 passages donne une rotation totale de 1800.Le temps total de balayage nécessaire est d'environ 5 min étant donné les masses importantes qui sont déplacées en translation et angulairement. Pendant l'exposition, le détecteur photoélectrique transmet constamment des signaux à un calculateur numérique qui échantillonne le signal électrique à peu près 180 fois à chaque passage et transforme le signal en un nombre conservé sur un disque magnétique. Après rappel, le calculateur crée une image sur un tube à rayons cathodiques, à partir d'une matrice d'éléments d'image de 180 x 180, soit au total 32 000 éléments. La résolution de télévision du commerce donnant une image de 525 x 525,ayant au total 275 000 éléments d'image a une qualité 8,6 fois supérieure.Avec les mimes critères, un film de rayons X peut donner une image comprenant au moins 10 millions d'éléments d'image, c'est-à-dire 300 fois environ la résolution donnée par la tomographie axiale calculée. En outre, les dispositifs décrits sont extrêmement coûteux. L'invention constitue la réalisation d'un tomogramme axial sur un film, selon les caractéristiques suivantes - appareil tomographie axiale invention calculée classique - temps de balayage 5 min 10 s - éléments d'image 32 000 10 millions - prix 10 x x - position duXmalade couchée assise - angle total balayé 1800 3600 - dessin de balayage translation + rotation unique rotation ment - courant dtinforma- -numérique continu tion Bien que la description qui suit de l'invention soit limitée par raison de clarté à un appareil destiné à former des tomogrammes axiaux du cerveau d'un homme à l'aide de rayons X, il faut noter qutun appareil analogue peut former des images d'autres parties du corps.Il faut noter en outre que les objets inanimés peuvent aus si donner lieu à des images de rayons X ou d'autres radiations qui peuvent pénétrer dans l'objet et qui peuvent aussi donner une modification physique d'une surface détectrice. Les longueurs d'onde des radiations sont par exemple comprises dans le domaine des hyperfréquences, infrarouge, visible, ultraviolet, ou les radiations sont des électrons d'énergie élevée, des rayons X ou des rayons gamma, toutes ces radiations pouvant provenir d'une source ponctuelle. Le choix de la longueur d'onde dépend de la matière constituant l'objet. La surface détectrice peut entre un film exposé directement aux radiations, une surface fluorescente exposant un film directement par contact ou projection, un convertisseur d'image sensible aux radiations et créant par émission d'électrons une image sur un écran fluorescent, une surface chargée électriquement et déchargée localement par des radiations pour la formation d'un dessin de charges,ou un dispositif convenable d'un autre type. L'invention concerne donc un appareil de formation de tomogrammes à grande vitesse et avec un faible-prix. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une élévation d'un appareil selon l'invention - la figure 2 est une vue en plan d'un appareil selon l'invention - la figure 3 représente une variante de l'invention correspondant aux figures 1 et 2, objet étant assis sur un fauteuil - la figure 4 représente une autre variante de l'invention par rapport à la figure 1 et elle représente l'utilisation d'une pile de films - la figure 5 représente une autre variante du dispositif de la figure 1 dans laquelle la source de rayons X excite un écran fluorescent qui est photographié par une caméra rotative ; et - la figure 6 représente une autre variante de l'invention dans laquelle le sujet est fixe et la source de rayons X et le film tournent autour du sujet. Sur les dessins, les références identiques désignent des éléments analogues ; la référence 10 désigne de faon générale un appareil réalisé selon l'invention. Cet appareil comprend une source ponctuelle Il d'un faisceau de rayons X qui passe par une fente 12 d'une plaque 13 opaque aux-rayons 14 provenant de la souri 11. Un sujet 15 est traversé par les rayons 14 qui exposent un film 16 monté dans un plan correspondant de la fente 12. Parraison de clarté, on a représenté l'objet 15 (un crante humain) détaché du corps et monté sur un plateau tournant 17 ayant un axe vertical 18. Le film 16 de rayons X est aussi monté sur-un plateau tournant 19 ayant un axe 20 de rotation. Les plateaux 17et19 ont des axes 18, 20 parallèles, le film 16 se trouvant dans le plan du faisceau 14 en éventail. Les plateaux tournants 17,- 19 tournent en synchronisme sous la commande d'un dispositif convenable non représenté. Lors d'une exposition classique aux rayons X, les rayons 14 arrivent perpendiculairement à -la surface du film alors que, selon l'invention, ils arrivent en direction sensiblement parallèle au plan du film. Une exposition instantanée donne une image rayée comprenant de longues ombres portées sur le film étant donné la pénétration-différentielle des rayons -transmis par diverses parties du cr#ne,comme représenté en plan sur la figure2. Au cours d'une exposition, les deux plateaux tournent en synchronisme de 3600C et le fi-lm enregistre constamment des images rayées. L'exposìtion-composite d'images rayées donne le tomogramme axial voulu qui reproduit la section avec une grande fidélité géométrique et une grande résolution qui n'est limitée que par la précision des mouvements mécaniques. Comme seule une rotation est utilis#ée, les vibrations et le jeu sont très faibles et permettent un déplacement synchrone régulier et précis des deux plateaux tournants. Comme indiqué sur la figure 3, le plateau tournant portant le crane-est en réalité un fauteuil de repos 17' ayant un axe 18t rotation et muni d'un contrepoids 21. Des pinces convenables 22 maintiennent le patient confortablement assis avec le crante rigidement fixé par rapport au fauteuil. Les points les plus avantageux de contact pour le maintien sont la base du crante et les pommettes, si bien que la maehoire est libre et permet le baillement, la déglutition, etc. Le fauteuil 17', au lieu de tourner autour du centre de gravité du contenu, comporte un contre-poids afin que la rotation s'effectue autour d'un axe 18' passant à peu près au centre du crante. Tout déplacement horizontal de l'axe de rotation et du centre du crante provoque simplement un déplacement correspondant du tomogramme sur le film. Comme les rayons X utilisés pour les diagnostics sont essentiellement exploratoires, la recherche d'une anomalie nécessite la détermination d'un certain nombre de "tranches" avant la localisation de la section intéressante. Sur la figure 4, on a représenté une variante de l'invention dans laquelle une pile 161 de films est placée sur le plateau 191, toute la pile étant exposée simultanément au cours d'un seul tour du film et du sujet. Le nombre de films et la distance séparant les feuilles déterminent le nombre et l'espacement des tranches dans le crante. Evidemment, le nombre peut être important et l'espacement peut être faible. Comme les feuilles du film sont maintenues en position repérée au cours de l'exposition, elles reproduisent toutes une meme configuration géométrique et sont à une mtme échelle, et on peut les observer ensuite en coincidence afin d'obtenir un contraste fortement accru. Lorsque les séparateurs des films sont des écrans fluorescents couramment utilisés dans les laboratoires médicaux de rayons X, permettant une exposition indirecte des films, la sensibilité est améliorée. La figure 5 représente une autre variante dans laquelle le faisceau en éventail est dirigé vers le bord d'une surface fluorescente 16" portée par un plateau tournant 19, et qui peut tourner ou est fixe puisque l'image fluorescente est transitoire. L'écran est observé par une caméra C qui tourne en synchronisme avec le crante. La caméra C peut avoir ou non un dispositif intensificateur d'image, et elle peut comprendre dans son plan focal un film photographique classique, un film Polarold, une surface de stockage de charges ou un tube de télévision. Jusqu'à présent, on a considéré que la source de rayons X était fixe alors que le crante et le film tour naient. Il est évidemment qu'il n'est pas nécessaire que l'axe de rotation soit vertical mais seulement qu'il soit parallèle. En outre, les vitesses de rotation ne sont pas forcément constantes dans la mesure où les deux plateaux tournants sont toujours synchronisés. Les vitesses de rotation peuvent être programmées afin que l'exposition soit normalisée lors de l'analyse dosée de sections oblongues. Ce n'est que le déplacement relatif lui-même qui est important. La figure 6 représente une autre variante de l'invention dans laquelle le crante 15 est fixé alors que la source de rayons X et le film décrivent un mouvement orbital autour du centre du crâne. En outre, le film doit tourner par rapport à sa propre structure de support afin qu'un axe central passant par le crante détermine initialement un axe central du film, les deux axes centraux étant maintenus parallèles pendant toute la-rotation. Bien que les conséquences mécaniques du déplacement orbital de# la source et du-détecteur soient très peu commodes en pratique, cette application est nécessaire lorsque l'objet ne peut pas tourner commodément, par exemple lorsqu'il s'agit de canalisations mises en place, de supports ou d'autres objets immobiles ou mécaniquement fixes. La source de radiations peut être un émetteur continu ou elle peut wetre pulsée. Dans ce dernier cas, la fréquence de répétition fixe le temps nécessaire pour qu'un tour donne le nombre voulu dtimages rayées formant le tomogramme. Par exemple, une fréquence de 60 Hz et un temps d'analyse de 10 s pour un tour donnent un tomogramme comprenant 600 images rayées. D'autre part, une source continue donne un tomogramme comprenant un nombre infini d'images rayées, -la résolution de l'image n'étant alors limitée que par la résolution de la surface détectrice. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentie et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à former des tomogrammes axiaux, caractérisé en ce qu'il comprend une source ponctuelle de radiations électromagnétiques, un dispositif destiné à délimiter des radiations afin qu'elles forment un mince faisceau en éventail, un dispositif de support d'un objet dans le faisceau, si bien que les radiations peuvent pénétrer différemment dans l'objet, un dispositif de support et de rotation d'une surface plane de détection de radiations dans le plan du faisceau et pratiquement parallèlement à ce plan, après traversée de l'objet par les radiations, si bien que la surface peut former une image rayée correspondant aux différences de pénétration des radiations, un dispositif d'entratnement relatif en rotation du support de l'objet, de la source ponctuelle et du support de la surface détectrice, autour d'axes parallèles perpendiculaires au plan du faisceau en éventail, et un dispositif de synchronisation de la rotation relative. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de radiations émet des rayons X. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'objet est une partie du corps humain. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface est un film photographique. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface comprend en réalité plusieurs surfaces empilées. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface est un écran fluorescent, et une caméra est focalisée sur l'écran fluorescent. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'objet est un crante humain et le support de ltob- jet est un fauteuil rotatif de repos. 8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les vitesses de rotation sont programmées afin que l'exposition soit normalisée. 9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de radiations est fixe et le support de l'objet et le support de la surface détectrice tournent en synchronisme dans lemme sens, autour d'axes parallèles. 10. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'objet est fixe, la source de radiations et le support de la surface étant placés de part et d'autre de ltobjet~et tournant autour de ceiui-ci, le support de la surface détectrice tournant afin que son axe central horizontal reste parallèle à l'axe central au point initial.