Brevet FR2461485A1 — publié le 19810206

La présente invention concerne un nouveau procédé d'uti-- lisation d'un tomodensitomètre à rayons X qui, grâce à certaines adaptations permet d'utiliser ce tomodensitomètre pour faire de la cinédensigraphie tout en conservant un mode de fonctionne- ment normal; elle concerne également un tomodensitomètre adapté à un tel fonctionnement en cinédensigraphie. Les techniques de cinédensigraphie sont connues en elles-mêmes depuis déjà longtemps. Elles ont essentiellement été développées en France par M. Henri-Maurice MARCHAL et sont dé- crites par exemple au Tome 1 de l'ouvrage intitulé "Traité de radiodiagnostic" de J. DUTREIX, V.BISMUTH et M. LAVAL-JEANTET publié aux éditions Masson et Cie, page 372 et suivantes. La méthode connue jusqu'à présent pour obtenir un enre- gistrement cinédensigraphique consistait à irradier par un fais- ceau de rayons X la zone du patient à observer, à recueillir sur une cellule de détection les rayons X transmis, à les convertir en un signal électrique et à enregistrer l'amplitude de ce signal en fonction du temps. tk Cette méthode était principalement destinée à repérer et localiser des anomalies dans les poumons. En effet une anomalie telle qu'une tumeur modifie les mouvements du poumon lui-même dans sa fonction de respiration et affecte le réseau vasculaire. Si l'on peut observer l'&mplitude des mouvements dans les différentes zones des poumons on peut repérer les zones dans lesquelles ces mouvements sont anormalement faibles et correspondent à une anomalie. I1 est également intéressant de pouvoir observer comment se comporte dans le temps la densité de différentes zones observées, même en l'absence de déformations d'organes. Dans cette méthode connue jusqu'alors, le signal élec- trique recueilli, qui varie dans le temps, correspond à une inte- gration de l'information sur toute la zone vue par la cellule de détection; cette intégration a lieu non seulement sur l'épais- seur du sujet traversée par le faisceau de rayons X, mais encore sur la surface du sujet correspondant à la section droite du fais- ceau qui l'irradie. Le fait qu'il était nécessaire de disposer d'un équipe- ment spécialisé a fait que cette technique de la cinédensigraphie est pratiquement toujours restée au stade du laboratoire malgré les résultats intéressants qu'elle pouvait procurer sur le compor- tement dans le temps d'organes soumis aux rayons X. Par ailleurs, on connaît bien maintenant les techniques de la tomodensitométrie, ou tomographie axiale transverse. Par opposition à la cinédensigraphie o l'on cherchait à connaître les variations d'atténuation en une petite zone en fonction du temps, la tomodensitométrie qui permet de reconstituer la valeur du coefficient d'atténuation linéaire en tout point d'une coupe ou la section transverse et de reconstruire l'image de cette section, ne peut donner de bons résultats que si l'objet examiné est rigoureu- sement identique à lui-même à tout instant de l'exploration. Faute de cette absence de variation.dans le temps de la forme et/ ow de la densité de l'objet examiné, l'image reconstituée est inexacte ou brouillée. La présente invention concerne un nouveau procédé d'uti- lisation d'un appareil de tomodensitométrie qui permet, tout en _ lui laissant ses possibilités de fonctionnement normal en tomo- graphie axiale transverse, de l'utiliser pour faire de la cinéden- sigraphie. Ainsi quelques adaptations peu coûteuses apportées à un tomodensitomètre classique permettent à un centre d'examen médical qui dispose de cet appareil de le faire fonctionner selon le procédé de la pré- sente invention et de réaliser des examens de cinédensigraphie sans avoir à acquérir de matériel spécialisé à cet effet. Il est très important de noter que ces adaptations n'em- pêchent nullement de faire fonctionner l'appareil en mode tomo- densitométrique normal, une'simple commutation permettant de passer d'une technique à l'autre. La combinaison des deux techniques est d'ailleurs très avantageuses comme on le verra dans la descrip- tion donnée ci-après. Selon l'invention, un nouveau procédé d'utilisation d'un tomodensitométre à rayons X permet d'obtenir, conformément à la technique de la cinédensigraphie, des informations caractéristiques de l'évolution dans le temps de la forme et/ou de la densité de parties d'un sujet irradiées par des rayons X, et est caractérisé en ce qu'il consiste à: - soumettre chaque section à examiner aux rayons X délivrés par 3 2461485 la source du dispositif de mesure du tomodensitomètre, et mesu- surer le rayonnement transmis aux moyens de détection situés en vis-à-vis de cette source, ce dispositif de mesure délivrant N signaux correspondant à l'absorption subie respectivement par N faisceaux élémentaires dans leur traversée de la section et dé- finissant une projection de cette section à l'instant de cette première mesure, N étant un nombre entier supérieur ou égal à un; - répéter cette mesure plusieurs fois de suite de manière à obtenir les valeurs prises par les N signaux pour la même projec- tion, c'est-à-dire à incidence des rayons X constante par rapport à la section à examiner, à des instants différents, réalisant ainsi un échantillonnage de cette projection dans le temps; - traiter et mémoriser les successions de N signaux ainsi ob- tenus; - visualiser l'amplitude des successions de N signaux obtenus, en fonction du temps pour un ou plusieurs faisceaux élémentaires donnés, et/ou à temps constant pour les différents faisceaux élémentaires. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'in- vention ressortiront de la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent - la figure 1, une vue très schématique des éléments essentiels d'un exemple de réalisation d'un tomodensitomètre utilisé selon le procédé de l'invention; - les figures 2, 3 et 4, des exemples de modes de stockage et de visualisation des informations élaborées par l'appareil de la figure 1; - la figure 5(a) et (b), des vues très schématiques d'un mode d'utilisation particulier de l'appareil de l'invention. Il est à noter que le tomodensitomètre plus particulié- rement utilisé ici a un dispositif de mesure d'absorption des rayons X à faisceau en éventail et à N détecteurs, mais que d'autres types de tomodensitomètres peuvent aussi bien être utilisés. Ce peut être par exemple un tomodensitomètre à un détecteur unique déplacé en translation dans le plan de la section à observer de manière que les N positions successivement prises par l'ensemble source-détec- 2 46148 5 teur pendant le temps A t d'élaboration des N signaux donnent les N faisceaux élémentaires qui engendrent ces:N signaux. Dans un tel cas, le temps d'élaboration des N signaux correspondant à un échantillon- nage n'est pas négligeable; c'est pourquoi les versions à N détecteurs opé- rant simultanément sont préférables pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Un tel tomodensitomètre à un seul détecteur peut toutefois être utilisé de façon intéressante si le temps A t d'élaboration des N signaux est suffisamment court par rapport à la vitesse de variation de forme et/ou de densité des organes à observer. On peut également utiliser ce type d'ap- pareil lorsqu'on ne s'intéresse qu'à une zone très limitée du corps, l'ensem- ble source-détecteurs occupant alors une position fixe de façon que le pin- ceau de rayons X traverse cette zone, le nombre N de signaux étant alors ré- duit à un. Ce peut être encore un tomodensitomètre à une source et plusieurs détecteurs opérant normalement en translation rotation lorsqu'il s'agit de faire de la tomographie axiale transverse, l'élaboration des N signaux pouvant se faire en translatant l'en- semble source-détecteurs, ou en une seule position si on ne désire pas une grande finesse d'analyse de la projection examinée en ciné- densigraphie. Ce peut enfin être un tomodensitomètre à une source et de nombreux ( > N) détecteurs disposés en couronne autour de la source. Dans ce cas N seu- lement des détecteurs de la couronne seront utilisés pour l'élaboration des N signaux. D'autre part lorsqu'on utilise l'un des trois types de tomodensito- mètre à faisceau en éventail, on peut n'utiliser paur la cinédensigraphie qu'une partie des détecteurs atteints par le faisceau de rayonnement. La figure 1 représente très schématiquement les éléments essentiels d'un tomodensitomètre utilisé, conformément au procédé de l'invention, pour obtenir des informations de cinédensigraphie; il permet d'observer l'évolu- tion de la forme et/ou de la densité d'organes dans le temps, et par exemple les déformations du coeur 1 d'un patient 2 placé sur un support 3. Cet appareil comporte un dispositif de mesure de l'absorption des rayons X 4 qui est celui d'un tomodensitomètre à faisceau 5 en éventail et à N détecteurs 6 disposés en arc de cercle en vis-à-vis d'une source des rayons X 7. Ce dispositif est classiquement fixé sur un statif non représenté. Les N détec- teurs 6 qui recueillent le faisceau de rayons X après sa traversée de la section du patient 2 à observer déterminent N faisceaux élémentaires, constituant ici N fractions juxtaposées du faisceau 5, et délivrent les N signaux correspondant aux moyens de traitement et de mémorisation 10 du tomodensitomètre. Dans l'utilisation classique d'un tomodensitomètre le dispositif de mesure (7,6) tourne autour du patient sur au moins un demi-tour. Chaque position angulaire, déterminée par exemple au moyen de codeurs optiques tels que 8, conduit à l'élaboration-de N valeurs traitées et mises en mémoire en 10 la combinaison de tous les ensembles de N valeurs c'est-à- dire de toutes les projections, par des algorithmes déterminés permet de reconstruire point par point l'image de la section examinée. Au contraire, dans le procédé de l'invention, une fois qu'à été choisie l'orientation du dispositif de mesure (7,6) dans le plan de la section à examiner, ce dispositif reste fixe de manière à pouvoir prélever les différents échantillons (groupes de N signaux) dans le temps d'une même projection. Pour cela, les moyens de repérage de la position angu- laire (capteurs 8 par exemple) ne commandent plus la prise de mesure. Leurs action est remplacée par celle d'un générateur d'im- pulsions, ou horloge 9, commandant l'élaboration, le traitement et la mémorisation en 10 des groupes de N signaux, au rythfle de cette fréquence d'horloge. La fréquence de ces impulsions qui détermine les instants d'échantillonnage du phénomène à observer est soit constante, soit réglable par l'opérateur en fonction de la vitesse de déformation de l'organe à observer. Elle peut même être asservie à un phéno- mène biologique tel que l'activité électrique du coeur (électro- cardiogramme ou ECG). Elle doit, dans tous les cas, être compatible avec les signaux venant, en utilisation normale du tomodensitomètre, des codeurs angulaires (tels que 8) puisque dans le procédé de l'invention le signal d'horloge simule les signaux venant de ces codeurs. Il est à noter que l'on peut mettre à profit la possi- bilité qu'a le dispositif de mesure (7,6) de tourner autour du patient pour choisir facilement la meilleure incidence pour l'obser- vation du phénomène (déformation d'organes, variation de densité) à surveiller. Cette sélection de la meilleure incidence permettra no- tamment d'éviter que des parties du sujet autres que celle étudiée fournissent un signal parasite qui se superpose à celui de la partie que l'on veut observer. Cette sélection qui revient à choisir, pour les observations cinédensigraphiques, une projection prédéterminée parmi les nombreuses projections de la tomographie axiale transverse se fait en tournant l'ensemble émetteur-récepteur dans la direction angulaire voulue. On peut utiliser avantageusement, pour sélectionner cette direction, les indications fournies par une image tomodensitométrique obtenue préalablement de la section transversale correspondante. Dans le cas de l'utilisation d'un. tomodensito- mètre à détecteurs en couronne fixe, elle se fait en tournant la seule source de rayons X dans la direction voulue et en recueillant sur les N détecteurs en vis-à-vis les informations correspondantes. Ainsi pour faire de la cinédensigraphie avec un tomoden- sitomètre selon le procédé qui vient d'être décrit, il suffit de lui adjoindre une horloge 9 commandant, à la place des moyens de détection angulaire 8, la prise de données par les moyens de traitement et de mémorisation, de ne pas utiliser les algorithmes de reconstruction d'image et d'utiliser les moyens de visualisa- tion 1l comme il va être décrit. Le passage d'un mode de fonction- nement à l'autre peut se faire par des commutations à la portée de l'homme de l'art. Les successions de N informations ainsi obtenues cor- respondent à un échantillonnage dans l'espace (le long des N faisceaux élémentaires définis par les N détecteurs) et dans le temps (au rythme de l'horloge)des différents états de la section observéeet par exemple du coeur. Il peut être intéressant, pour connattre les instants d'échantillonnage d'enregistrer simultanément à la prise des don- nées un (ou plusieurs) signal de référence tel que le signal d'horloge ou un signal provenant d'un capteur biologique. Les informations ainsi élaborées à partir des successions de N signaux obtenus à chaque échantillonnage vont pouvoir être visualisées sur des moyens de visualisation 11]après d'éventuels calculs classiques en eux-mêmes tels que logarithme, mise à l'é- chelle, calage par rapport à une référence... Les N informations correspondant à chaque instant d'échantillonnage définissant une projection, au lieu d'être utilisées dans le calcul de reconstruction habituel à la tomodensitométrie, sont placées dans une ligne du fichier de la mémoire destiné à contenir l'image reconstruite. Elles suivent alors le trajet normal que subirait une image reconstituée de tomo- densitométrie et sont envoyées vers les moyens de stockage et de visualisation. Les courbes d'atténuation visualisant ces informa- tions sont simples à tracer au moyen de fonctions de diagnostic sur image dont est muni le dispositif de visualisation d'un tomo- densitomètre, telles que tracé de profil de densité. Dans le cas o chaque ligne du fichier mémoire contient 2 2461485 les N informations d'une projection, un profil suivant une ligne représentera les valeurs de la projection en un instant donné, c'est-àdire les valeurs des N informations obtenues au cours de cet échantillonnage; un profil suivant une colonne représentera les valeurs en-un point de la projection en fonction du temps, c'est-à-dire les valeurs d'un des N signaux obtenus à partir de l'un des N détecteurs. La figure 2 représente shcématiquement une telle organi- sation de fichier numérique o les courbes 21, 22,... 2 n repré- sentent chacune une projection à un instant d'échantillonnage donné tI, t2 *-- tn- Si on a enregistré dans chaque ligne la valeur d'un (ou plusieurs) paramètre biologique symbolisé ici par les valeurs Ply P2.. Pn' un profil de la colonne contenant ces valeurs re- constituera le tracé de la variation de ce paramètre en fonction du temps comme le ferait un enregistreur ou un oscilloscope; ce paramètre peut être par exemple l'activité électrique du coeur, ce profil particulier fournissant l'électrocardiogramme (ECG). Il est à noter que cette possibilité peut être appliquée aux images habituelles de la tomodensitométrie, en ajoutant un (ou plusieurs) canal spécial d'acquisition et numérisation de paramètres biolo- giques, dont les caractéristiques seront compatibles avec celles en usage sur les enregistreurs spécialisés, l'échantillonnage étant défini par l'échantillonnage angulaire et la valeur de ce paramètre étant placée par exemple en première ou dernière colonne de l'image calculée. Il est alors possible, à partir d'un fichier ainsi cons- titué, de réaliser de nombreux types et combinaisons de visualisa- tion dont quelques exemples sont donnés ci-après. On peut visualiser, à l'image du contenu du fichier illustré par la figure 2, quelques une des n courbes 21, 22... 2n, correspondant à des instants d'échantillonnage choisis par exemple en s'aidant de la valeur à ces instants du paramètre supplémen- taire; les déformations dans le temps en chaque point de la pro- jection sont visibles sur une droite verticale. On peut combiner, comme illustré sur-la figure 3, une image tomodensitomnétrique classique 31 de la section examinée et le profil 32, à un instant donné, de la projection suivant la direction,ou direction moyenne choisie, de cette section obtenue selon l'invention.Il est alors possible, en repré- 8 2 2461485 sentant successivement en 32 les différents profils dans le temps de cette projection de "voir bouger" cette projection. Cette dernière possibilité peut d'ailleurs être utilisée seule, sans être associée à l'image 31. On peut, comme schématiquement représenté figure 4, associer à l'image tomodensitométrique 41 la courbe 42 de varia- tion dans le temps en l'un quelconque des points de la. projection (un des N détecteurs); le point de la projection o. l'on désire ainsi voir les variations dans le temps peut être choisi en utili- sant les moyens présents sur les dispositifs de visualisation des tomodensitomètres. On peut par exemple visualiser sur l'image 41 la droite 43 qui correspond au point de la projection que l'on veut observer, cette droite étant choisie parmi les N possibles par un bouton de la console de visualisation à la disposition de l'opérateur. Il est souvent intéressant de comparer l'évolution dans le temps 42 de ce point à la variation dans le temps d'un autre paramètre biologique tel que 1'ECG. On peut très facilement visua- liser, sous la courbe 42, la courbe 43 représentant ce paramètre en faisant se correspondre le temps sur les deux courbes. Ainsi le procédé de cinédensigraphie qui vient d'être décrit, outre le fait qu'il ne nécessite pas un maté- riel spécial puisqu'il suffit d'adapter comme il vient d'être décrit un tomodensitomètre, présente une grande souplesse dans son utilisation puisqu'il permet de représenter les variations d'un organe en fonction de l'espace (figures 2 et 3) et/ou en fonction du temps (figure 4). Un autre mode d'utilisation de l'appareil de l'invention peut encore être très intéressant. La figure 5 permet de le comprendre. Les mesures de cinédensigraphie sont réalisées comme précédemment, à statif fixe dans le plan de la section à observer. Par contre l'opération est faite plusieurs fois pour différentes positions relatives du statif le long de l'axe longitudinal du su- jet. C'est ce que représente schématiquement la figure 5(a) o l'on voit deux positions successives 51 et 52 du faisceau en éven- tail décalées le long de l'axe longitudinal Oz du sujet. Plusieurs séries de mesures vont ainsi être prises, le statif restant fixe par rapport aux axes Ox et Oy qui définissent 9 22461485 les plans parallèles des sections du sujet, et se déplaçant le long de Oz de façon relative par rapport au sujet 2. Il est à noter que ce mode d'utilisation se rapproche, dans un domaine différent puisqu'il s'agit ici de faire de la cinédensigraphie, de l'utilisation d'un tomodensitomètre en mode "radiographie" utilisé par de nombreux constructeurs et décrit par exemple dans la demande de brevet français de Siemens n0 77.04724 publiée sous le nu 2.345.983. Dans ce mode radiographie, le sujet est translaté parallèlement à Oz, la prise de données se faisant, comme ici, à incidence fixe. L'image qui en résulte sera équivalente à une image de radiographie conventionnelle, c'est-à- dire que le coeur 1 par exemple, sera représenté comme indiqué figure 5(b) -en:px-ojec.tion.sur un;plan (plan Oy, Oz). Cette image 1 de la figure 5(b) est constituée par la juxtaposition des différentes projections P1, P2...Pm obtenues lors des m positions successives du sujet le long de Dz. On a représenté en Pi sur cette même figure 5b le profil d'une de ces projections. Les mesures cinédensigraphiques obtenues comme précé- demment décrit, combinées à ce déplacement longitudinal relatif du statif par rapport au sujet vont permettre de "voir bouger" l'organe examiné, et notamment de "voir battre" le coeur 1. Pour cela, il suffit d'effectuer pour chaque position relative du sujet par rapport au statif une série de projections en fonction du temps, au cours d'une période du phénomène à obser- ver, battement du coeur ici. Il est encore possible, au lieu de réaliser ainsi toutes les n projections d'une même position (51, 52,...) consécutive- ment avant de changer de position,de réaliser successivement une projection par position et ceci sur un temps total court, par rap- port aux variations du phénomène observé, et de recommencer, après un bref délai une telle série de mesures, autant de. fois qu'il est nécessaire d'avoir d'échantillons. Il n'est alors plus nécessaire que le phénomène soit périodique, On aura finalement dans un cas comme dans l'autre, pour chaque position, n profils d'une même projection pris aux différents instants d'échantillonnage soit consécutivement, soit de façon imbriquée entre les différentes po- sitions. Il suffit alors de commuter successivement sur l'image 2 2461485 visualisée, figure 5 (b), les projections P1, P2... Pm corres- pondant aux instants d'échantillonnage pour "voir bouger" l'or- gane et plus particulièrement "voir battre" le coeur. Ce mode d'utilisation de l'appareil de l'invention per- met d'obtenir un résultat qui s'apparente aux résultats que donne, par des moyens très différents, la méthode de kymographie. il 24-61485 R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Nouveau procédé d'utilisation d'un tomodensitomètre à rayons X permettant d'obtenir, conformément à la technique de la cinédensigraphie, des informations caractéristiques de l'évo- lution dans le temps de la forme et/ou de la densité de parties d'un sujet irradiées par des rayons X, caractérisé en ce qu'il consiste à: - soumettre chaque section (2) à examiner aux rayons X déli- vrés par la source (7) du dispositif (4) de mesure d'absorption du rayonnement du tomodensitomètre, et mesurer le rayonnement trans- mis aux moyens de détection (6) situés en vis-à-vis de cette source, ce dispositif de mesure (4) délivrant N signaux corres- pondant à l'absorption subie respectivement par N faisceaux élé- mentaires dans leur traversée de la section et définissant une projection de cette section à l'instant de cette première mesure, N étant un nombre entier supérieur ou égal à un; - répéter cette mesure plusieurs fois de suite de manière à obtenir les valeurs prises par les N signaux pour la même pro- jection, c'est-à-dire à incidence des rayons X constante par rap- port à la section à examiner, à des instants différents, réali- sant ainsi un échantillonnage de cette projection dans le temps; - traiter et mémoriser les successions de N signaux ainsi bbtenus, dans des moyens de traitement et de mémorisation; - visualiser sur des moyens de visualisation l'amplitude des successions de N signaux obtenus, en fonction du temps pour un ou plusieurs faisceaux élémentaires' donnés, et/ou à temps constant pour les différents faisceaux élémentaires. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on traite et l'on mémorise les successions de N signaux dans les moyens (10) de traitement et de mémorisation du tomo- densitomètre. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on visualise les successions de N signaux sur les moyens (11) de visualisation du tomodensitomètre. 4. Tomodensitomètre à rayons X comportant un dispositif (4) de mesure d'absorption du rayonnement, des moyens (10) de traitement et de mémorisation des signaux délivrés par le dispo- sitif de mesure (4), des moyens de visualisation (11), caractérisé en ce que, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendi- cation 1, 2 ou 3, une horloge (9) lui est associée qui commande, à dispositif de mesure (4) fixe par rapport au plan de la section à examiner, chaque prise de mesure conduisant aux N signaux pré- cités; le rythme de cette prise de mesure c'est-à-dire de l'échantillonnage est celui des signaux délivrés par l'horloge; ces signaux d'horloge sont appliqués, chaque fois que le tomodensi- tomètre est utilisé en mode cinédensigraphie, aux moyens (10) de traitement et de mémorisation, à la place des signaux qui, dans le mode tomodensitométrie, indiquent la position angulaire du dis- positif de mesure (4). 5. Tomodensitomètre selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commutation du mode cinéden- sigraphie au mode tomodensitométrie, et réciproquement, de ma' nière à permettre d'effectuer les deux modes d'examen. 6. Tomodensitomètre selon la revendication 4 ou 5, carac- térisé en ce que la fréquence des signaux d'horloge (9) est constante. 7. Tomodensitomètre selon la revendication 4 ou 5, carac- térisé en ce que la fréquence des signaux d'horloge (9) est ré- glable par l'opérateur. 8. Tomodensitomètre selon la revendication 4 ou 5, carac- térisé en ce que les signaux d'horloge (9) sont asservis;à un phénomène biologique du sujet en observation. 9. Tomodensitomètre selon l'une quelconque des reven- dications 4 à 8, caractérisé en ce que son dispositif de mesure (4) comporte une source délivrant un faisceau fin, et un seul dé- tecteur. 10. Tomodensitomètre selon l'une quelconque des revendi- cations 4 à 8, caractérisé en ce que son dispositif de mesure (4) comporte une source délivrant un faisceau en éventail (5), les N faisceaux élémentaires donnant naissance aux N signaux caracté- risant une projection étant définis par N détecteurs recevant le faisceau en éventail. 11. Procédé d'utilisation en cinédensigraphie d'un tomo- densitomètre selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à effectuer un déplacement relatif du dispositif (4) de mesure le long de l'axe longitudinal (0z)du sujet à examiner, c'est-à-dire perpendiculairement à la section droite observée, une série de mesures cinédensigraphiques étant réa- lisée pour un certain nombre de positions de ce dispositif (4) le long de cet axe (Oz).