Brevet FR2505169A1 — publié le 19821112

"Appareil médical" L'invention concerne un appareil médical muni d'une colon- ne verticale qui peut être déplacée dans un plan vertical suivant un trajet horizontal et le long de laquelle peut coulisser un support dans la direction verticale, support dans lequel repose un bras rota- tif qui peut tourner autour d'un premier axe horizontal parallèle au trajet de la colonne et qui comporte un palier pour un dispositif d'examen pouvant tourner autour d'un second axe horizontal parallèle au premier axe horizontal. Dans un appareil médical connu (du "Gebrauchsmuster" alle- mand N O 1 858 366) du genre mentionné dans le préambule, le dispo- sitif d'examen pouvant tourner autour du second axe horizontal est constitué par un appareil auxiliaire, comme un chargeur de film ra- diographique par exemple Evidemment, au lieu d'un seul chargeur de film radiographique, il est possible d'appliquer également un dispo- sitif d'examen formé par une combinaison d'une source de rayonnement et d'un récepteur de rayonnement, comme par exemple une source-à rayons X et un intensificateur d'image à rayons X Suivant la façon dont une telle combinaison d'une source de rayonnement et d'un ré- cepteur de rayonnement est suspendue dans l'appareil médical, celui- ci sera plus au moins approprié à certains genres d'examen médical. Il y a lieu de noter que des appareils médicaux destinés aux examens dits isocentriques sont connus en soi (du brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 281 598) Toutefois, de tels appareils limi- tent le choix de l'isocentre En effet, cet isocentre se situe tou- jours au point d'intersection de l'axe de rotation horizontal et de l'axe de rotation vertical au centre d'un châssis circulaire, de sorte que des pièces de construction se trouvent aux endroits o doit se trouver le patient ou le médecin Ainsi, la liberté des mou- vements du patient ou du médecin est notablement réduite. La présente invention vise à fournir un appareil médical qui convient aux examens dits isocentriques, comme par exemple 2505 1 69 l'examen des vaisseaux sanguins de la tête, du coeur, du foie, des reins, et dans lequel la liberté de mouvement du patient et du méde- cin est assez grande. Un appareil medical conforme à l'invention est caractéri- sé en ce que le dispositif d'examen comporte une combinaison d'une source de rayonnement et d'un récepteur de rayonnement qui est sus- pendue dans un châssis en forme de C, qui est supporté dans un seg- ment de palier pouvant tourner autour du second axe horizontal, le châssis pouvant coulisser suivant sa périphérie par rapport au seg- ment de palier sur un trajet circulaire dont le plan est parallèle aux deux axes horizontaux, et un rayon central du dispositif d'exa- men se situant dans un plan se trouvant à l'extérieur du plan du châssis parallèlement au plan du trajet circulaire, alors que chacun desdits mouvements de translation et de rotation résulte d'un propre moteur d'entraînement réglable. Le nombre et le genre (translation ou rotation) des degrés de liberté du mouvement incorporés dans un appareil médical conforme à l'invention ont pour effet que chaque point du corps d'un patient peut être examiné dans un assez grand nombre de directions, au be- soin, pour un même facteur d'agrandissement constant En premier lieu, cela est dû au fait qu'un patient peut être posé par rapport à l'appareil médical de façon que l'axe du corps soit parallèle aux deux axes horizontaux et au plan de trajet du châssis en forme de C, alors que le rayon central se situe parallèlement et à quelque dis- tance dudit plan de trajet A titre illustratif, on va décrire à ce sujet l'examen des vaisseaux sanguins dans les jambes d'un patient, examen qui peut être effectué par déplacement de la colonne dans la direction de l'axe du corps. Le point du corps du patient à irradier dans plusieurs di- rections respectivement à examiner (point dit isocentrique), est en outre lié, dans une assez faible mesure, à la structure de l'appa- reil médical C'est ainsi qu'il n'est pas nécessaire de poser ledit point dans le plan du châssis en forme de C sur les axes de rotation de l'appareil médical. Dans une forme de réalisation spéciale d'un appareil médi- cal conforme à l'invention, la combinaison du châssis en forme de C, 2505 1 69 de la source de rayonnement et du récepteur de rayonnement exerce un couple minimal autour d'un axe passant par le centre M du trajet circulaire, qui est perpendiculaire au plan du trajet circulaire. Il en résulte l'avantage que le moteur d'entraînement as- surant la rotation du châssis en forme de C par rapport au segment de palier peut être réalisé d'une façon assez légère Un tel appa- reil médical est caractérisé en ce que le centre M du trajet circu- laire du châssis en forme de C est éloigné d'une distance a du se- cond axe horizontal et d'une distance b du rayon central qui est parallèle à un diamètre du trajet circulaire et est décalé, par rapport audit diamètre, d'une distance b dans la direction du côté ouvert du châssis en forme de C, a et b étant déterminés de façon que le centre de gravité du châssis en forme de C, de la source de rayonnement et du récepteur de rayonnement se trouve en moyenne pratiquement sur une droite passant par le centre M du trajet cir- culaire au châssis en forme de C et perpendiculaire au plan du tra- jet circulaire. Une autre forme de réalisation plus spéciale d'un appareil médical conforme à l'invention offre l'avantage d'assez petites di- mensions principales notamment la longueur du bras est relative- ment petite du fait que le foyer de la source de rayonnement-se situe à une distance p du second axe horizontal égale à la moitié de la somme des distances comprises entre le foyer et l'isocentre res- pectivement dans le cas d'une prise de vue au facteur d'agrandisse- ment le plus grand et d'une prise de vue au facteur d'agrandissement le plus petit. Dans la pratique, il est avantageux que l'appareil puisse être commandé manuellement A cet effet, il est désirable que la combinaison de pièces à déplacer soit montée de façon équilibrée. Pour un déplacement angulaire, le centre de gravité de la combinai- son comprenant le châssis en forme de C, la source et l'intensifi- cateur d'image est porté au point de rotation du châssis en forme de C, par exemple par application d'une masse additionnelle au châssis en forme de C Pour la rotation, le centre de gravité de la combi- naison comprenant le châssis en forme de C, la source, l'intensifi- cateur d'image et le poids d'équilibrage est mis en coincidence avec le point de rotation de ladite combinaison A cet effet, on a en 2505 1 69 outre fait en sorte que l'axe de rotation passe par ce point. Du fait qu'au cours d'un examen, le châssis en forme de C ne doit pas tourner a priori autour du point de rotation dudit châs- sis, mais autour de l'isocentre de l'axe source-tube intensificateur d'image, un système de réglage compensateur hauteur-déplacement lon- gitidunal est prévu pour le déplacement angulaire et un système de réglage compensateur rotation J 3-hauteur est prévu pour la rotation. Les données de commande nécessaires à cet effet sont dérivées de la position et de la vitesse des pièces importantes et composées par exemple dans un ordinateur ou un microprocesseur, de façon à obtenir un signal pour la commande de la vitesse et de la position des pièces à commander Ainsi, on est assuré que la rotation autour de l'isocen- tre s'effectue toujours sans risque de collision des pièces. La description ci-après, en se référant aux dessins ci-annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre en perspective schématiquement une forme de réalisation spéciale d'un appareil médical conforme à l'inven- tion. La figure 2 montre une vue latérale d'un appareil médical selon le principe de la figure 1. La figure 3 montre une vue avant de l'aapareil médical selon la figure 2 à échelle exagérée. Les figures 4, 5, 6 et 7 montrent l'appareil médical selon la figure 1 dans des positions illustrant les possibilités d'examen, le châssis en forme de C occupant toujours une m&me position par rap- port au segment de palier. Les figures 8, 9, 10 et 11 montrent l'appareil médical selon la figure 1 dans d'autres positions illustrant les possibili- tés d'examen, le chassis en forme de C occupant plusieurs positions par rapport au segment de palier. L'appareil médical illustré sur les figures 1, 2 et 3 présente une colonne verticale 1 pouvant être déplacée dans un plan vertical (sur la figure 2 le plan du dessin) La colonne t peut être déplacée suivant des guides horizontaux 3 dans un plafond 5 (voir les figures 2 et 3) et suivant des guides horizontaux 7 dans un plan cher 9 à l'aide d'un moteur d'entraînement 11 Sur la sortie du mo- 2505 1 69 teur d'entraînement 11 est calée une roue dentée 13 qui est en pri- se avec une crémaillère 15 d'une assez grande longueur (environ 4 m) disposée sur le plancher 9 Le moteur d'entraînement 11 se trouve dans un socle 17 de la colonne verticale 1 Le socle 17 est en outre muni d'une paire de roues avant 19 et d'une paire de roues arrière 21, qui roulent sur le plancher 9. Suivant la colonne verticale 1 est disposé de façon à pou- voir-coulisser un support 23 dans lequel repose un bras 25 qui peut tourner autour d'un premier axe horizontal 27 Le support 23 est dé- placé à l'aide d'un moteur d'entraînement 29 L'arbre de sortie du moteur d'entraînement peut être accouplé par l'intermédiaire d'un ac- couplemet 31 (voir la figure 3) à un tambour 33 disposé dans la co- lonne 1 et permettant d'enrouler et de dérouler le câble 35 relié au support 23 Le bras 25 est entraîné à l'aide d'un moteur d'entraîne- ment 39 qui est disposé de façon fixe dans le support 23 Une poulie 41, qui est disposée sur la sortie du moteur d'entraînement 39, est accouplée par une courroie d'entraînement 43 à une poulie 45 La pou- lie 45 est fixée sur un arbre sur lequel est également fixée une vis sans fin d'entraînement 47 qui est en prise avec une roue dentée 49. La roue dentée 49 est fixée au bras 25 disposé de façon à pouvoir tourner dans le support 23, le centre de la roue dentée 49, coînci- dant avec le premier axe horizontal 27. Dans le bras 25 repose un segment de palier 51 Le segment de palier 51 est disposé de façon à pouvoir tourner autour d'un se- cond axe horizontal 53 qui est parallèle au premier axe horizontal 27 Les axes 27 et 53 sont parallèles au trajet que parcourt la co- lonne 1 dans les guides 3 et 7 Le segment de palier 51 peut être mis en rotation par rapport au bras 25 à l'aide d'un moteur d'en- tratnement 55 qui est disposé de façon fixe dans le segment de pa- lier Sur l'abre de sortie du moteur d'entraînement 55 est fixée une vis sans fin d'entraînement 57 qui est en prise avec une roue dentée 59 La roue dentée 59 est fixée au bras 25 et son centre coïncide avec le deuxième axe horizontal 53 Le segment de palier 51 présente un guide 61 qui a la forme d'un segment circulaire (représenté sché- matiquement sur la figure 2 pour la clarté du dessin) Dans le guide 61, un châssis en forme de C 63 peut coulisser suivant sa périphérie sur un trajet circulaire 64 Le plan de ce trajet circulaire 64 est 2505 169 parallèle aux deux axes horizontaux 27 et 53 Le châssis en forme de C 63 à la forme d'un segment circulaire qui comprend à peu près la moitié d'un cercle Sur la figure 2, le côté ouvert du châssis en forme de C 63 se situe à l'opposé de la colonne 1 Le châssis 63 est déplacé par rapport au segment de palier 51 à l'aide d'un moteur d'entraînement 65 qui est disposé de façon fixe dans le segment de palier 51 Sur l'arbre de sortie du moteur d'entraînement 65 se trou- ve une poulie 67 qui est accouplée à l'aide d'une courroie d'entrai- nement 69 à une autre poulie 71 La poulie 71 est fixée sur un arbre sur lequel est calé également un pignon à chaîne 73 qui est en prise avec une chaîne 75 guidée suivant le châssis 63 Des roues de guida- ge 77 et 79 servent à guider également la chatne 75 dont les extré- mités sont fixées au châssis 63. Dans le présent cas, le dispositif d'examen est constitué par une combinaison d'une source de rayonnement 81 et d'un récepteur de rayonnement 83, qui sont centrés l'un par rapport à l'autre Com- me source de rayonnement 81 est choisie une source à rayons X présen- tant un foyer 82, alors que le récepteur de rayonnement 83 comporte entre autres un intensificateur d'image à rayons X 85 La source de rayonnement 81 est fixée à l'aide d'un bras transversal 87 au châs- sis 63, alors que le récepteur de rayonnement 83 est fixé à l'aide d'un bras transversal 89 au châssis 63 Un rayon dit central 91 du dispositif d'examen se situe par conséquence d'une façon excentrique à une distance e par rapport au plan du trajet circulaire 64 Le rayon central 91 est toujours parallèle au plan du trajet circulaire 64 Le centre M du trajet circulaire 64 est éloigné d'une distance a du second axe horizontal 53 Le récepteur de rayonnement 83 peut être déplacé dans la direction du rayon central 91 par rapport au châssis 63, de sorte que la distance comprise entre le récepteur de rayonnement 83 et la source de rayonnement 81 reliée rigidement au châssis 3 peut être ajustée, par exemple pour le réglage de la dis- tance foyer-film Du fait que le centre de gravité du châssis en for me de C 63 et du dispositif d'examen (comprenant la source de rayon- nement 81 et le récepteur de rayonnement 83) se trouve à divers en- droits par rapport au châssis 63 dans le cas de différents types de prises de vues et, en plus, que des dispositifs d'examen de poids différent sont utilisés, la distance a (voir la figure 2) est choi- 2505 169 sie de façon que dans ces conditions différentes le centre de gravi- té moyen coïncide, vu dans la direction du rayon central 91, prati- quement avec une droite passant par le centre M du châssis en forme de C 63 (circulaire), qui est perpendiculaire au plan du trajet 64. De plus, la distance b comprise entre le rayon central 91 et le cen- tre M est choisie de façon que dans ces conditions différentes, le centre de gravité moyen coîncide, vu dans la direction perpendicu- laire au rayon central, pratiquement avec une droite passant par le centre M du châssis en forme de C 63, qui est perpendiculaire au plan du trajet 64 Vu sur la figure 3, le centre de gravité de la combinaison du châssis en forme de C 63, de la source de rayonne- ment 81 et du récepteur de -rayonnement 83 se situe en moyenne sur la droite 92 comprise entre les points X et Y. La distance p comprise entre le foyer 82 et le second axe horizontal 53 est égale à la moitié de la somme des distances com- prises entre d'un côté le foyer 82 et l'isocentre I pour un agran- dissement maximal et, de l'autre côté, le foyer 82 et l'isocentre E pour un agrandissement minimal La situation dans le cas d'un agran- dissement minimal est représentée sur la figure 2 (prise de vue dit de contact) Du fait que la distance p est choisie de la façon dé- crite, il suffit d'utiliser notamment une longueur relativement faible pour le bras 25, alors aue la portée du bras est suffisante. Dans la forme de réalisation représentée a = 150 mm b = 70 mm p = 1/2 ( 450 + 900) = 675 mm. Les cinq moteurs d'entraînement réglables 11, 29, 39, 55 et 65 sont de préférence des moteurs électriques réglables qui peu- vent être réglés de façon qu'au besoin pour un même facteur d'agran- dissement, le rayon central 91 peut être dirigé dans un très grand nombre de directions passant par un point à examiner (l'isocentre) dans un patient 95 couché sur un table d'examen 93 A cet effet, il faut des circuits de réglage connus en principe en soi, par exemple ceux du genre décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N'. 4 019 059 Toutefois, il n'est pas toujours nécessaire d'utiliser tous les degrés de liberté de l'appareil en combinaison ( au même moment) De nombreux genres d'examens diagnostiques requièrent un 2505 169 développement séquentiel des mouvements, par exemple d'abord une translation de la colonne 1 et ensuite un déplacement du châssis 63 dans le segment de palier 61. Afin de donner une impression des possibilités d'examen de l'appareil médical décrit, il y a lieu de signaler les figures schématisées formées à l'aide d'un ordinateur 4, 5, 6 et 7, qui don- nent une simulation des diverses positions d'examen Partant de la position selon la figure 4 o le patient posé de façon fixe 95 est irradié dans la direction horizontale dans un point déterminé de la poitrine, la direction d'irradiation est modifiée de façon que le rayon central reste toujours dans le même plan vertical perpendicu- laire à l'axe du corps du patient 95, alors que le facteur d'agran- dissement reste constant Dans ce genre d'examen isocentrique, deux des cinq degrés de liberté ne sont pas utilisés, notamment la trans- lation horizontale de la colonne 1 et la rotation du châssis 63 dans le segment de palier 51 Cela ressort nettement d'une comparaison, sur les figures 4 à 6, des positions relatives d'un pied transversal 97 de la table d'examen 93 et du socle 17 et respectivement des po- sitions relatives du segment de palier 51 et du châssis 63 La table d'examen 93 est disposé de façon fixe Les figures 4, 5, 6 et 7 mon- trent la possibilité d'une rotation du châssis 63 de 180 " (voir les figures 4 et 7), de sorte qu'en réalité toutes les directions d'ir- radiation diagnostiques importantes dans des plans perpendiculaires à l'axe du corps du patient sont utilisées La table d'examen 93 présente une cavité 99, ce qui permet d'obtenir des images dites images de contact de, par exemple, la tête d'un patient (voir les figures 5 et 4). Les figures 8, 9, 10 et 11 qui sont également formées à l'aide d'un ordinateur, illustrent la possibilité de réalisation d'un grand nombre de directions d'irradiation diagnostiques impor- tantes dans un plan vertical parallèle à l'axe du corps du patient avec un facteur d'agrandissement constant De plus, pour l'examen illustré à l'aide des figures 8 à 11, tous les degrés de liberté de déplacement ne sont pas utilisés simultanément Une comparaison des positions relatives du socle 17 et du pied transversal 97 permet de constater que la translation de la colonne 1 est utilisée (la table d'examen 93 occupe une position fixe) Il en ressort également que 2505 169 la translation du support 23 est utilisée tout comme la rotation du châssis 63 dans le segment de palier 51 Le déplacement de rotation du bras 25 par rapport au support 23 et la rotation du segment de palier 51 par rapport au bras 25 ne sont pas nécessaires pour l'exa- men décrit. Tous les cinq degrés de liberté sont utilisés simultané- ment si le châssis 63 est déplacé dans le segment de palier 51, par exemple à partir de la position représentée sur la figure 6, dans les conditions d'un facteur d'agrandissement constant et d'un angle constant entre la colonne 1 et le plan du trajet circulaire 64. Bien qu'un châssis circulaire 63 soit utilisé pour l'appa- reil médical décrit, il est également possible d'utiliser un châssis en forme de C ou de U Toutefois, le châssis circulaire offre l'a- vantage d'une structure simple pour un assez grand angle de rotation du châssis 63 par rapport au segment de palier 51. Finalement, il y a lieu de mentionner que l'appareil médi- cal n'est pas limité aux examens dits isocentriques, bien qu'il con- vienne particulièrement à ce genre d'examen. 2505 1 69 REVENDICATIONS 1 Appareil médical muni d'une colonne verticale qui peut être déplacée dans un plan vertical suivant un trajet horizontal et le long de laquelle peut coulisser un support dans la direction ver- -ticale, support dans lequel repose un bras rotatif qui peut tourner autour d'un premier axe horizontal parallèle au trajet de la colonne et qui comporte un palier pour un dispositif d'examen pouvant tourner autour d'un second axe horizontal parallèle au premier axe horizon- tal, caractérisé en ce que le dispositif d'examen comporte une com- binaison d'une source de rayonnement ( 81) et d'un récepteur de rayon- nement ( 83) qui est suspendue dans un châssis en forme de C ( 63), qui est supporté dans un segment de palier ( 51) pouvant tourner autour du second axe horizontal ( 53), le châssis ( 63) pouvant coulisser suivant sa périphérie par rapport au segment de palier ( 51) sur un trajet circulaire ( 64) dont le plan est parallèle aux deux axes horizontaux, ( 27, 53) et un rayon central ( 91) du dispositif d'examen se situant dans un plan se trouvant à l'extérieur du plan du châssis parallèle- ment au plan du trajet circulaire ( 64), alors que chacun desdits mou- vements de translation et de rotation résulte d'un propre moteur d'entraînement réglable ( 11, 29, 39, 55, 65). 2 Appareil médical selon la revendication 1, caractérisé en ce que le centre M du trajet circulaire ( 64) du châssis en forme de C ( 63) est éloigné d'une distance a du second axe horizontal ( 53) et d'une distance b du rayon central ( 91) qui est parallèle à un diamè- tre du trajet circulaire ( 64) et est décalé, par rapport audit diamè- tre, d'une distance b dans la direction du côté ouvert du châssis en forme de C ( 63), a et b étant déterminés de façon que le centre de gravité du châssis en forme de C ( 63), de la source de rayonnement ( 81) et du récepteur de rayonnement ( 83) se trouve en moyenne prati- quement sur une droite passant par le centre M du trajet circulaire ( 64). 3 Appareil médical selon l'une des revendications 1 ou 2, 2505 169 il caractérisé en ce que le foyer ( 82) de la source de rayonnement ( 81) se situe à une distance p du second axe horizontal ( 53) égale à la moitié de-la somme des distances comprises entre le foyer ( 82) et l'isocentre (I) respectivement dans le cas d'une prise de vue au fac- teur d'agrandissement le plus grand et d'une prise de vue au facteur d'agrandissement le plus petit. 4 Appareil médical selon la revendication 1, caractérisé en ce que les déplacements de translation et de rotation sont assurés par un moteur individuel correspondant à vitesse de rotation va- riable. Appareil médical selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de déplacement angulaire est équilibré du fait que le point d'inertie en question et le point de rotation du châssis en forme de C coïncident. 6 Appareil médical selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de rotation est équilibré du fait le point d'iner- tie en question et le point de rotation du châssis en forme de C coincident. 7 Appareil médical selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le déplacement angulaire et la rotation sont commandés entre autres avec des signaux dérivés de la position et de la vitesse de chacune des pièces du système et combinés dans un système d'ordinateur afin d'assurer un mouvement de rotation du chas- sis en forme de C autour de l'isocentre entre la source et le tube intensificateur d'image à rayons X. 8 Appareil médical selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que les mouvements sont combinés entre autres de façon à éviter une collision entre les pièces pendant l'examen.