Brevet FR2467581A1 — publié le 19810430

24-675815 La présente invention a trait à un appareil de loca- lisation d'une région dans le corps humain par l'absorp- tion d'un composé marqué d'une substance radio-active, en particulier I'I 125, au moyen d'un détecteur sensible au rayonnement de désintégration émis de la région d'ab- sorption. Le risque de la formation de caillots (des thrombus) après certaines opérations chirurgicales exige dans plusieurs cas une surveillance minutieuse du patient afin de permettre de faire un diagnostic aussitôt que possible. Les thromboses apparaissant dans les veines profondes de la jambe sont d'intérêt particulier, puisque les thrombus y formés (contrairement aux thrombus formés dans les veines superficielles) sont dangereux en ce qu'ils peuvent détruire en accroissant la circulation du sang dans l'extrémité atteinte, et éventuellement se détacher et par la circulation sanguine arriver aux poumons o ils peuvent donner lieu à des états mortels. Par conséquent, il est de grande importance que des mesures thérapeutiques soient prises aussitôt que pos- sible. Vu que cette thérapeutique peut produire des effets secondaires, elle ne doit cependant être employée que dans les cas de besoin réel, c'est-à-dire évidemment pas dans le cas, par exemple, d'un thrombus veineux superficiel. Jusqu'ici on a fait appel à la radiographie à sub- stance de contraste pour déterminer la présence et la position des thrombus. Cependant, cette méthode est dés- avantageuse parce qu'elle demande relativement beaucoup d'efforts et est coûteuse, et aussi parce qu'elle peut être douloureuse et, en outre, dangereuse pour le patient. Donc, cela n'empêche pas qu'un examen tel que la phlébo- graphie peut elle-même donner lieu à la formation d'un thrombus. Une méthode alternative pour déterminer la présence des thromboses est le test par absorption de fibrinogène PH/WE/wdh. à I 125, méthode que l'on emploie souvent pour diagnos- tiquer les thrombus veineux dans la jambe. Cette méthode se base sur l'administration de fibrinogène (les fila- ments sanguins) marqué de 1'I-125, qui lors de la coagu- lation se fixe comme des filaments de fibrine dans le thrombus. L'activité alors plus élevée peut être détectée de l'extérieur au moyen d'un détecteur sensible au rayon- nement de désintégration de la fibrine marquée de V'I 125, par exemple un détecteur de scintillations. L'inconvénient de cette méthode réside dans le fait qu'elle ne peut distinguer les thrombus situés dans les veines superficielles-des thrombus des veines profondes, c'est-à-dire qu'elle ne permet de déterminer la position du thrombus que le long de la surface du corps, mais pas la profondeur du thrombus sous la surface. En comparaison de la phlébographie, le test par absorption de fibrinogène à I 125 donne 20% environ-de détections positives menteuses lors de l'examen de thrombus dans les jambes, cette différence étant probable- ment due à la-présence de thrombus dans ies veines super- ficielles. La présente invention a pour but un appareil d'examen qui combine les avantages des méthodes décrites ci-dessus, c'est-à-dire l'exactitude de localisation de la méthode de radiographie à substance de contraste et l'absence d'interventions sanglantes, l'absence de danger et la simplicité des tests par le fibrinogêne- à I 125, tout en supprimant les inconvénients de ces deux méthodes. Conformément à l'invention, ce but est atteint par la réalisation d'un appareil du type mentionné ci- dessus, qui est caractérisé par un dispositif discriminateur relié au dispositif détecteur et destiné à discerner les désintégrations qui provoquent l'émission de photons non coïncidents d'une énergie dans un- premier intervalle, des désintégrations qui provoquent l'émission de photons 3essentiellement coïncidents d'une énergie totale dans un deuxième intervalle essentiellement séparé du premier intervalle, et un dispositif relié audit dispositif discriminateur et destiné à compter le nombre de désin- tégrations de chaque espèce et à calculer la distance du détecteur à la région d'absorption suivant le rapport entre les deux nombres comptés. La présente invention profite d'une propriété unique du schéma de désintégration de V'I 125. Cet iso- tope se désintègre par la capture d'électrons en Te 125 en état excité. Lors de cette conversion, 0,74 rayons X K en moyenne sont émis par désintégration. La désexcitation de l'état excité se fait sensiblement par conversion interne qui donne en moyenne 0,67 rayons X K par désinté- gration. Une partie inférieure (7%) de la désexcitation se fait par émission de rayons y. L'énergie des rayons X varie de 27 keV à 31 keV, avec une moyenne pondérée de 28 keV. Dans la moitié environ des désintégrations, un photon sera émis tant lors de la capture d'électrons que lors de la désexcitation. On obtient la moyenne de ces événements à partir du produit 0,74 - (0,67 + 0,07), c'està-dire égale à 0,54 environ. Deux photons de rayon X ou bien un photon de rayon X et un photon de rayon y sont alors émis presque simultanément sans aucune corrélation de sens. La probabilité de détection des deux photons coïnci- dents dépend, entre autres, de la grandeur du détecteur employé, de la distance entre le détecteur et la région avec l'isotope radio-actif et de l'atténuation de la matière intermédiaire. Une dépendance similaire vaut pour la probabilité de la détection totale tant des photons coïncidents que des photons non coïncidents. Le quotient entre le nombre de photons coïncidents détectés, Nc, et le nombre de photons détectés en total, Nt, peut, vu notamment que le rayonnement émis est relativement monochrome dans le cas de I 125, être représenté par la formule: N Nt = K n e" a 41 dans laquelle K est une constante, û est l'angle solide sous lequel le détecteur est vu d'une source ponctuelle du rayonnement, p est le coefficient d'atténuation efficace de la matière intermédiaire, coefficient qui dépend de la matière et de l'énergie, d est la distance entre la source de rayonnement et le détecteur, et ú est l'efficacité du détecteur. Dans la formule présentée ci-dessus, Nt est égal à n c+ 2N o Nn représente le nombre de photons non coïncidents détectés. Pour les mesures pratiques, il faut une détermina- tion expérimentale de la relation entre la distance d et le quotient NC/Nt. On voit alors que la distance d peut être définie par une expression telle que d = k1 * ln (k2 + Nt/Nc), dans laquelle k1 et k2 sont des constantes. Grâce à l'appareil selon l'invention, il est possible de déterminer môme la position en profondeur d'un throm- bus, ce qui veut dire que le but de l'invention mentionné ci-dessus est atteint. -Donc, la propriété que l'on utilise dans le schéma de désintégration de l'isotope I 125 est la présence de photons émis essentiellement en coïncidence dans une certaine portion des désintégrations, ces photons colnci- dents étant détectables séparément, c'est-a-dire qu'ils ont une énergie totale qui se trouve dans un intervalle d'énergie dans lequel aucun photon individuel n'est émis. Naturellement, des isotopes radio-actifs autres que 1VI 125 peuvent posséder cette propriété, mais l'isotope 2467581 ' I 125 est à préférer à présent L'invention sera décrite plus en détail ciaprès en référence aux dessins annexés sur lesquels:- - La figure 1 montre la distribution d'énergie pour les photons émis d'une source de 1'I 125; - La figure 2 montre des rapports, dérivés expéri- mentalement, entre la profondeur dans l'eau d'une source de rayonnement et le quotient Nc/Nt; - La figure 3 est un schéma bloc d'un mode de réa- lisation de l'appareil selon l'invention; et - La figure 4 montre quelques-uns des circuits de tampon faisant partie de l'appareil selon le mode de réalisation de la figure 3. Le diagramme de la figure 1 montre la répartition d'énergie pour des photons émis d'une source de rayonne- ment de I 125, ces photons ayant été détectés au moyen d'un détecteur sodium iodide activé par le thallium. Un tel détecteur de scintillations qui peut être muni, par exemple, d'un cristal de scintillation d'un diamètre de 124 mm et d'une épaisseur de 1,5 mm, peut avoir un colli- mateur en laiton dont la longueur peut être de 50 mm, le diamètre d'ouverture de 40 mm et l'épaisseur de 5 mm. La courbe de distribution a une crête à environ 28 keV, qui porte sur des photons détectés individuellement, et une crête à environ 56 keV, qui porte sur des paires de photons détectés en coïncidence, ces photons étant enregistrés par le détecteur comme un seul photon ayant une énergie dans la zone autour de 56 keV. Comme mentionné ci-dessus, il est à préférer de déterminer expérimentalement la relation entre, d'un côté, le rapport entre le nombre (N c) de photons détectés ayant une énergie d'environ 56 keV et le nombre total (Nt) de photons détectés, et, de l'autre côté, la distance entre le détecteur de rayonnement et la source de rayonnement. Des exemples de cette relation sont montrés dans la figure 2 qui met en évidence comment le quotient N 0Nt 2467581 8l varie avec la distance entre le détecteur de rayonnement et une source de rayonnement ponctuelle (la courbe a) ou linéaire ment étant immergée dans l'eau dont le coefficient _5 d'atténuation correspond sensiblement à celui du tissu mou du corps humain. Le mode de réalisation de l'appareil selon l'inven- tion montré dans la figure 3 comporte deux détecteurs de rayonnement 1 et 2 qui peuvent être des détecteurs de scintillations du type mentionné cidessus combinés avec des photomultiplicateurs qui, de façon connue en soi, pour chaque photon détecté ou paire de photons coinci- dents détectés donnent une impulsion de sortie d'une amplitude qui est essentiellement proportionnelle à l'énergie du photon respectivement de la paire de photons coïncidents. Les impulsions de sortie de chaque détecteur 1, 2 sont amplifiées par des amplificateurs 3, 4 et sont ensuite fournies aux discriminateurs 5, 6 qui peuvent être constitués chacun par deux analyseurs à un canal Sa et 5b respectivement 6a et 6b. Lorsque l'appareil sera employé pour enregistrer l'absorption d'un composé marqué de _ l'I 125, les analyseurs Sa et 6a sont ajustés de sorte à réagir à des-photons qui ont une énergie dans un inter- valle (dit fenêtre) autour de la valeur de 28 keV, pen- dant que la valeur correspondante des analyseurs 5b et 6b est environ de 56 keV. Des impulsions émises des analy- seurs 5a, 6a, 5b, 6b et dont le nombre correspond au- nombre d'enregistrements dans la fenêtre respective, sont fournies aux circuits de tampon correspondants d'un élément de tampon et de jonction 7, des informations pou- vant être fournies à cet élément et en être sorties par rapport à un microcalculateur 8. L'élément de tampon et de jonction 7 décrit ci-dessus peut, pour chaque sortie des analyseurs à un canal, être muni d'un circuit de tampon tel que montré dans-la figure 4. Ce circuit comporte, plus précisément, deux 2467581 i compteurs binaires 10, 11 (par exemple du type 74LS193) qui comptent les impulsions qui apparaissent sur chaque sortie des analyseurs à un canal, un signal de commande du calculateur 8 déterminant si le comptage doit se faire en avant ou en arrière. Les compteurs 10, 11 sont reliés, d'une part, à deux portes de sortie 12, 13.du calculateur 8 et, d'autre part, à deux portes d'entrée 14, 15 du calculateur, chacun par l'intermédiaire d'un circuit à verrouillage 16, 17 (par exemple du type 74LS175). La sortie du contenu des compteurs 10, 11 aux circuits à verrouillage 16, 17 et de ces circuits aux portes d'entrée 14 et 15 du calculateur 8 s'effectue au moyen d'une impulsion de lecture du calculateur 8, ladite impulsion de lecture étant fournie à un circuit multivibrateur 18 (par exemple du type 74L221) ayant deux multivibrateurs monostables, de sorte que le contenu des compteurs 10, 11 est d'abord transmis aux circuits à verrouillage 16, 17, après quoi les compteurs 10, 11 se remettent à zéro. L'emploi de l'appareil décrit ci-dessus en vue de déterminer la position de thrombus veineux dans la jambe sera décrit ci-après. Comme mesure préparatoire, on administre par injection du fibrinogène marqué de V'I 125 au patient. Les détecteurs 1 et 2 sont ensuite placés, par exemple, au-dessus du coeur, après quoi les analyseurs à un canal sont ajustés relativement au centre de chaque fenêtre de sorte à obtenir la sensibilité maximale dans chaque canal. Pour établir une norme des valeurs mesurées plus tard, on fait une mesure au-dessus du coeur, ceci donnant une référence pour l'activité. Ensuite, la posi- tion du thrombus le long de la jambe doit être déterminée, détermination qui peut se faire de manière manuelle, mécanique ou électrique sous la commande du calculateur 8. Lors d'une recherche manuelle de la position du thrombus, on mène le détecteur 1 le long de la jambe en enregistrant l'activité le long de celle-ci. Une valeur maximale d'une 2467581 i courbe d'activité ainsi obtenue indique la position d'un thrombus veineux. Une recherche mécanique de la position du thrombus peut se faire par le montage d'un détecteur, par exemple, sur une vis conductrice qui, sous la commande- du calculateur, est amenée à conduire le détecteur le long de la jambe, l'activité étant enregistrée d'une -manière similaire à celle de la recherche manuelle. Il est aussi possible de déterminer la position du thrombus d'une manière purement électrique en ce qu'une pluralité de détecteurs sont disposés le long de la jambe, les activités enregistrées par les différents détecteurs étant utilisées par le calculateur pour déterminer la position du thrombus le long de la jambe. Dès que la position du thrnmbus a été déterminée, on place le détecteur-1 dans une position convenable au- dessus du thrombus, pendant que le détecteur 2 est mis dans une position correspondante sur l'autre jambe pour détecter le rayonnement ambiant, ce qui n'est pas néces- saire lors du premier examen pour déterminer la posi- tion du thrombus le long de la jambe. On commence ensuite l'enregistrement qui est interrompu après une durée pré- déterminée ou après qu'un nombre prédéterminé de photons coïncidents ont été comptés ou bien après que la posi- tion en profondeur du thrombus a pu être déterminée avec une exactitude prédéterminée. Même des combinaisons de ces conditions peuvent être employées pour interrompre l'enregistrement. Lors de l'enregistrement pendant une durée prédé- terminée, les nombres d'impulsions enregistrés dans les compteurs 10, 11 et dans les compteurs correspondants sont transmis périodiquement, par exemple à un intervalle de 100 ms, au calculateur 8 par l'intermédiaire des cir- cuits à verrouillage 16, 17 et les portes d'entrée 14, 15. Lors de l'enregistrement d'un nombre prédéterminé de photons, un nombre convenable peut être établi dans les compteurs 10, 11 par les portes de sortie 12, 13 du cal- - 2467581 i culateur 8, après quoi les compteurs 10, 11, par un signal de commande du calculateur 8, sont amenés à décompter lors de la réception d'impulsions du détecteur respectif. Les circuits de tampon décrits ci-dessus et montrés dans la figure 4 sont nécessaires lorsqu'on emploie, par exemple, un calculateur du type ABC80 et que le programme et codifié en BASIC. Si, par contre, le programme est codifié en langage d'assemblage, on peut amener le cal- culateur à travailler si rapidement que les circuits dé tampon ne sont pas nécessaires. Donc, comme une modification de l'appareil montré dans la figure 3, on peut supprimer les circuits de tam- pon de l'élément 7. Comme une autre modification, on peut connecter des convertisseurs analogiques-numériques au lieu des analyseurs à un canal, ou ces convertisseurs peuvent être montés en parallel avec les analyseurs. Une conversion analogique-numérique de l'amplitude des im- pulsions de l'amplificateur 3, par exemple, permet l'ob- tention d'une distribution spectrale pour les photons enregistrés. Lors de l'emploi d'un convertisseur analogique-numérique au lieu des analyseurs à un canal, chaque convertisseur analogique-numérique remplace deux analyseurs à un canal. Pour recueillir des données de cette manière, il est nécessaire que le microcalculateur soit codifié en langage d'assemblage de sorte à atteindre une vitesse suffisante. En outre, il est nécessaire que le convertisseur analogique-numérique possède un pouvoir résolvant suffisant, c'èst-à-dire une capacité de 10 à 12 chiffres binaires, ainsi qu'un temps de conversion plus court (100 ps) que le temps de coïncidence correspondant le plus rapide (environ 1 ms). L'unité d'affichage 19 du calculateur peut être employée pour la présentation de la courbe de distribution dont l'apparence peut être successivement mise à jour. Comme mentionné ci-dessus, l'appareil conforme à l'invention peut être muni, dans un mode de réalisation, 2467581.1 d'une pluralité de détecteurs qui sont placés le long de la jambe en question. Dans ce cas, le microcalculateur commence son examen par la lecture, par l'intermédiaire de l'élément de tampon et de jonction, des impulsions _5 de comptage emises du détecteur respectif. Puis, le microcalculateur détermine sous quel détecteur se trouve un thrombus éventuel et fait un recueil ou entree de données plus exact avant de déterminer la profondeur du thrombus. Si le thrombus se trouve entre deux détec- teurs, une mesure est faite par les deux détecteurs, après quoi la position réelle et la distance de la peau sont calculées. 2467581 i - REVENDICATIONS - 1. Appareil de localisation d'une région dans le corps humain par absorption d'un composé marqué d'une substance radio-active au moyen d'un dispositif (1, 2) détecteur du rayonnement de désintégration de ladite région, caractérisé par un dispositif discriminateur (5, 6) relié au dispositif détecteur (1, 2) et destiné à discerner les désintégrations qui provoquent l'émission de photons non coïncidents d'une énergie dans un premier intervalle, des désintégrations qui provoquent l'émission de photons essentiellement coïncidents d'une énergie totale dans un deuxième intervalle essentiellement séparé du premier intervalle,et un dispositif (7, 8) relié audit dispositif discriminateur et destiné à compter le nombre de désintégrations de chaque espèce et à calculer la distance du détecteur à la région d'absorption suivant le rapport entre les deux nombres comptés. 2. Appareil selon la revendication 1, utilisant l'I 125 comme substance radio-active, caractérisé par le fait que le dispositif discriminateur (5, 6) a le premier intervalle centré à environ 28 keV et le deux- ième intervalle centré à environ 56 keV. 3o Appareil selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé par le fait que le dispositif détecteur (1, 2) comporte deux détecteurs dont l'un est destiné à mesurer le rayonnement de désintégration émis de la région d'absorption et l'autre est destiné à enregistrer le rayonnement de désintégration d'une région de référence pour déterminer le rayonnement ambiant. 4. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé par le fait que le dispositif détecteur comporte une pluralité de détecteurs, et que le dispositif de comptage du nombre des désintégrations est destiné à balayer lesdits détecteurs pour déterminer, avant la détection des photons coïncidents et non coïncidents, quel détecteur affiche l'activité la plus forte.