Brevet FR2383648A1 — publié le 19781013

La présente invention concerne un dispositif irradiateur pour tomographie transverse permettant de réaliser une coupe " in vivo " d'un patient. On connatt dbjs des appareils d'électro-radiologie qui permettent d'obtenir 11 image radiographique daune coupe d'organe à la profondeur voulue et de localiser ainsi le siège d'eventuelles lésions. Tous ces appareils fonctionnent en mesurant des différences d'absorption et en apprVciant la quantite de rayonnement transmise par noircissement d'une émulsion radiographique. Par ailleurs, la tomographie axiale transverse (C.A.T :"com- puterized axial tomography" des pays anglo-saxons, densitométrie en France) permet de réaliser des cartes des diffVrents coefficients d'absorption rencontrés selon les différentes directions d'un faisceau de rayons xi dont le flux est mesuré a l'entre et à la sortie du patient. Des algorithmes plus ou moins compliqués permettent de reconstituer les coefficients d'absorption pour chacune des parties élémentaires du matériau rencontre, selon le plan de coupe considéré.DanS ce cas, l'émetteur et le détecteur sont montés de manière diamétralement opposée selon le plan de coupe examiné. L'image obtenue représente donc bien la carte des coefficients dtabsorption rencontrés selon le plan de coupe examiné. Les incon venients de ces systèmes de tomographie axiale transverse conventionnels sont les suivants: - l'emission d'un rayonnement X, forcément polyénergétique, ne per met pas d'apprécier avec précision des variations d'absorption, puisque celles-ci sont fonction directe de l'énergie. - les algorithmes de reconstitution tenant forcement compte des cellules voisinesil existe un indiscutable effet de masque, bien connu des utilisateurs actuels de ces appareils, effet de masque rendant difficile l'appréciation des zones de faible coef ficient d'absorption situées au contact immédiat de zones de forte densité. - cet examen nécesSitant un balayage plus ou moins complexe, la durée du balayage est un élément non négligeable dans la reali- sation de 11 examen et notamment sa durée n'est pas négligeable par rapport aux mouvements respiratoires du malade. Ceci expli que les mauvais résultats obtenus sur des sujets vivants, dans l'exploration du corps entier, ce bagage ne permettant pas l'ap- plication de procédés de correction des différents mouvements (respiratoires, mouvements du patient). - les appareils connus délivrent au pati-ent des doses relativement importantes; la littérature technique fait état de doses déli vrées supérieures à 3 rad pour ces examens.- Certains auteurs avancent mtme des doses dix fois supérieures. Des cas de kéra- tite, après examen oculaire ont été également décrits. - la complexité des balayages nécessaires pour les tomographes axiaux conventionnels, le débit de doses présent au niveau du système, nécessitent la réalisation d'une mécanique extrtmement élaborée (cinématique complexe du tube et de son détecteur), ainsi que 11 emploi de moyens de radio-protection importants. L'ensemble nécessite un volume d'occupation très important. - de plus, cet appareillage, lors de son implantation, ne tient absolument pas compte du matériel existant déjè dans le cadre d'établissements hospitaliers où il est installé, de sorte que l'achat en totalité des équipements proposés par le constructeur s'impose. Le but de la présente invention est de remédier à ces incon véni ents. ta présente invention concerne un dispositif irradiateur pour tomographie transverse permettant de reproduire artificiellement une coupe d'organe déterminé, remarquablle en ce qu'il comporte: tournants -des moyens d'irradjation monoénergétiques @, comprenant au moins une raie monoénergdtinue,dont le rayonnement détermine un plan de coupe de l'organe observé, - des moyens de détection topographiques du rayonnement dont l'axe a focal est perpendiculaire au plan de coupe et passe par le centre de rotation de ces moyens d'irradia ion. Grtce a l'ensemble de ces moyens, il devient possible d'obtenir un champ présentant une symétrie de révolution sur le rian de coupe. Les doses délivrées sont inf rieures à 0,5 rad tout en utilisant un matériel relativement léger. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens d'irradiation monoénergétiques tournants comportent au moins une source radioactive mono énergétique disposée sur le pourtour d'une couronne entratnée par un moteur, le rayonnement émis par cette source formant un faisceau gui détermine le plan de coupe de l'organe observé par rotation de la couronne. Suivant une variante du mode de réalisation précédent, ces moyens a'irradiation comportent plusieurs sources radioactives monoénergétiques disposées sur le pourtour d'une couronne entratnée par un moteur, les rayonnements émis par ces sources formant le plan de coupe de l'organe observé par rotation de la couronne. Dans le cadre des modes de réalisation précédents, chaque source radioactive moneénergétique est contenue dans un boitier à collimateur dont la fente détermine le niveau et l'épaisseur de rayonnement qui détermine le plan de coupe. La forme du faisceau peut être modifiée par un collimateur à fente variable. Suivant l'invention, chaque source radioactive est constituée par des flacons contenant un produit générateur de rayons gamma, ces flacons étant disposés derrière et le long de la fente du collimateur. Suivant un autre mode de réalisation très interessant, les moyens d'irradiation comportent un carter relié à des moyens de positionnement, ce carter qui contient la couronne,présente un passage central réservé à 11introduction du sujet observé, maintenu par des moyens d'immobilisation. Ces moyens de positionnement comportent une coulisse pour déplacer le carter parallèlement à lui-mme, suivant l'axe de révolution de son passage central, ainsi que des moyens d'orientation~de cette coulisse sur un support règlable. L'invention prévoit également des moyens de détection topographiques du rayonnement qui comportent une caméra à scintillation permettant la sélection en énergie. D'autres particularités et avantages de l'invention apparattront encore dans la description détaillée qui fait suite. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, on a représenté un mode de réalisation préféré destiné à expliciter l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est un schéma explicatif de l'effet COMPTON destin à expliquer ltobjet de lssinrention; - les figures 2 et 3 sont des vues schématiques de positions préf é- rentielles d'utilisation d'un mode de réalisation du dispositif suivant l'invention; - la figure 4 illustre une vue détaillée en perspective d'un détail commun aux figs. 1 et 2; - la figure 5 est une vue en perspective d'un détail de la fig.4. Le schéma de la fig.l illustre lXeffet COMPTON en soi connu et tel qu'un photon incident d'énergie E = hY entrant en collision avec un électron e projette ce dernier en lui abandonnant, sous forme d'énergie cinétique, une certaine fraction de son énergie. Le photon, après l'interaction, est dévié d'un angle # par rapport à sa trajectoire initiale (photon diffusé) et possède une énergie E'= hV'; la trajectoire de l'électron projetté (électron de recul ou électron CO}PTON) fait un angle t avec cette même direction. Les fractions d'énergie transferées à l'eleAron COMPTON et au photon diffusé, ainsi que les valeurs des angles # et #, ne sont pas indépendantes; elles obéissent aux relations de CO ÒN3 et la probabilité de ces relations est régie par les relations de Plein Nishina, Dans un mode de réalisation préféré de l'invention montré aux figs. 2 et-3, le dispositif comprend d1une part, un irradiateur I, et d'autre part une caméra à scintillation 2, pour détecter les images d'un organe observé dans le corps d'un patient 3, suivant un plan de coupe privilégié passant par AA. L'irradiateur 1 (fig.4) est délimité par un carter 4 qui renferme une couronne 5 tournant sur un chemin de roulement, par exemple du type à galets obliques Sa. Cette couronne est pourvue d'une denture intérieure 5b en prise avec un pignon 6 mA par un moteur 7 à démultiplication 8. Ces orgaaes sont disposés autour dtun passage central 4a du carter 4 , réservé au plan de couine passant. par AA (figs 2 et 3) et dont la définition sera expliquée plus loin. Dans le présent exemple, ltirradiateur I comporte deux sources radioactives monoénergétîques 10,12 contenues dans des boitiers 11, 13 montés sur le pourtour radial Se de la couronne. Chaque source comporte au moins une raie monoénergétique, Dans ce cas de figure et pour des raisons évidentes d'équilibrage, les deux boitiers sont disposés symétriquement par rapport à l'axe de rotation BB de la couronne. Avec une seule source, il faudrait prévoir un contre-poids d'équilibrage. Chaque boitier Il ou 13 présente une fente longitudinale ou collimateur lia ou 13a dont ltouverture est dirigée vers l'axe de rotation BB de cette couronne et suivant un plan commun passant par chaque collimateur lla ou 13a. La fente lia ou 13a peut titre modifiée par un obturateur llb (Fig. 5). Des flacons 14 (fiv. 5), contenant un produit radioactif monoénergétique, sont disposés derrière et le long de la fente lia ou 13a du collimateur correspondant. De bons résultats ont été obtenus avec un produit connu sous la dénomination de ftTechnetium" 99m (m=métastable). Une extension latérale 4b du carter 4 est pourvutdtun coulisseau 4c guidé par une glissière 16 reliée à l'élément tournant 18a d'une charnière 18 dont l'élément fixe 18b est solidaire d'un support 20. La charnière 18 peut entre bloquée par serrage des éléments 18as 18b, par exemple à l'aide d'une vis axiale et d'une manivelle (non figuré ). Le coulisseau 4c est solidaire d'un écrou 4d tournant sur une vis sans fin 16a contenue dans la glissière 16. Des paliers 16b, 16c situés aux extrémités de cette mtme glissière permettent la rotation de la vis 16a au moyen d'un dispositif (non figuré) tel qu'une manivelle ou un autre moyen de commande ne faisant pas partie de l'in- vention. Dans le présent exemple,(figs. 2 et 3), le support 20 est constitué par une colonne 20a montée sur un socle 20b pourvu de galets 20c roulant sur des rails 22. Suivant l'invention, la tette de la caméra 2 (figs. 2 et 3) est articulée dans un étrier 24 qui coulisse sur une colonne 26a dont la base est solidaire d'un socle 26b. Le fonctionnement du dispositif suivant l'invention est le suivant : pour la commodité de l'observation, le patient 3 est placé sur un lit 28 (fig. 2) ou un siège 30 (fig.3) et immobilisé par des moyens appropriés (non figuré) dans l'axe BB du passage central 4a de l'irradiateur 1 (fig.4). La mise en place initiale du dispositif irradiateur 1 par rapport au patient 3 s'obtient par l'orientation du carter 4 sur la charnière 18 (figs 2 et 3, position I ou II). Le réglage fin de la position du plan de coupe suivant AA (plan des collimateurs) s'effectue par la rotation de la vis sans fin 16a (fig. 4) qui déplace l'écrou 4d et par conséquent le carter 4 le long de la glissière 16. Ensuite, la caméra 2 est basculée dans la position I ou Il (figs 2 et 3) et son axe focal est placé en coincidence avec l'axe de révolution BB du passage central 4a de l'irradiateur 1. Dans cet exemple, le socle 20b avec le patient 3 peut entre rapproché ou éloigné sur les rails 22 pour la mise au point de l'image captée par la caméra 2 à l'aide de moyens qui ne fout pas partie de 1 1 invention. Sans changer les caractéristiques de l'invention, il est possible de lier les mouvements de l'irradiateur 1 et de la caméra 2 (non figuré), notamment dans le cas d'une tomographie du cerveau. Dans ce cas, l'irradiateur 1 est accolé à la caméra 2. Pour procéder a la transmission des images du patient, suivant un plan de coupe privilégié, l1opérateur met en marche le moteur 7 (fig.4) qui entrasse la couronne 5. De cette façon, les rayons gamma émis par les sources radioactives 10, 12 sortent des collimateurs lia, 13a sous forme de faisceaux qui se mélangent sur un même axe, ctest-a-dire suivant un plan passant par l'axe AA, lequel traverse radialement le passage central 4a. D'après l'effet COMPTON mentionné plus haut, les images succes- sives du plan de coupe qui se forment dans la caméra 2 (figs. 2 et 3) au cours de la rotation de l'irradiateur 1, sont ensuite analysées dans des circuits électroniques qui ne font pas partie de l'in- vention. Suivant l'invention, ltirradiateur 1 1 peut comporter un nombre de sources telles que 10 différent de celui mentionné dans le mode de realisatioti décrit plus haut, c'est-à-dire comporter une ou plusieurs sources de dimension variable pouvant atteindre à la limite la circonférence c complète du pourtour de la couronne 5. R E V E N D I C A T I O N S 1- Dispositif irradiateur pour tomographie transverse perrlettant de reproduire artificiellement une coupe d'organe dét-erminé, carac brisé en ce qu'il comporte : - des moyens d'irradiation monoénergétiques tournants ( com portant au moins une raie mono énergétique, dont le rayonnement détermine un plan de coupe (aux) de l'organe observé; - des moyens de détection topographiques (2) du rayonnement dont l'axe focal (33) est perpendiculaire au plan de coupe (AA) et passe par le centre de rotation de ces moyens d'irradiation(l). 2- Dispositif irradiateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ces moyens d'irradiation (1) comportent au moins une source radioactive monoénergétique (10 ou 12) disposée sur le pourtour d'une couronne (5) entraSnée par un moteur (7), en ce que le rayonnement émis par cette source forme un faisceau qui détermine le plan de coupe (AA) de l'organe observé par rota tion de la couronne (5). 3- Dispositif irradiateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les dits moyens d'irradiation (1) comportent plusieurs sources radioactives monoénergétiques (10,12,..n) disposées sur le pourtour d'ure couronne (5) entratnée par un moteur (7), en ce que les rayonnements émis par ces sources forment le plan de coupe (X}) de ltorgane observé par rotation de la couronne (5). 4- Dispositif irradiateur suivant la revendication 2 ou 3, caracté risé en ce que chaque source radioactive moneénergétique (10, 12,..n) est contenue dans un bottier (11,13) à collimateur (11a, 13a)dont la fente détermine le niveau et l'épaisseur du rayonne ment qui détermine le plan de coupe (AA). 5- Dispositif irradiateur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la fente du collimateur (lla,13a) est règlable. 6- Dispositif irradiateur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que chaque source radioactive moncénergétique (10,12,..n) est constituée par des flacons (14) contenant un produit généra teur de rayons gamma, en ce que ces flacons (14) sont disposés derrière et le long de la fente ducoe'lIimateur (lla,13a). 7- Dispositif irradiateur suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ces moyens d'irradiation (1) comportent un carter (4) relié à des moyens de positionnement (4c, 4d, 16a), en ce que ce carter (4) zui continent la couronne (5) présente un passage central (4a) réservé à l'introduction du sujet (3) observé maintenu par des moyens dtinmLobilisation. 8- Dispositif irradiateur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de positionnement (4c, 4d, 16a) comportent une glissière (16) pour déplacer le carter (4) parallèlement 8 lui-mme, suivant l'axe de révolution de son passage central(4a), des moyens dorientation (18) de cette glissière sur un support réglable (20). 9- Dispositif irradiateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection topographiques (2) du rayon nement comportent une caméra à scintillation permettant la sélec tion en énergie.