Brevet FR2505168A1 — publié le 19821112

L'invention concerne les appareils de formation d'images par rayons X L'invention s'applique principalement à la formation d'images isolées d'un agent de contraste administré. On a récemment porté un grand intérêt à l'obtention d'images de vaisseaux sanguins par l'administration, sans intrusion, d'un agent de contraste iodé Ceci évite le pro- cédé dangereux, douloureux et coûteux qui consiste à insé- rer des cathéters dans des artères par une intervention chirurgicale Le procédé actuel le plus courant pour parvenir à ce résultat est connu sous le nom de radiographie numé- rique Dans ce procédé, des images fluoroscopiques de télé- vision sont prises avant et après l'administration d'un agent de contraste, mémorisées sous forme numérique et soustraites pour donner seulement une image de l'iode Le problème posé par ce système est évidemment celui du mouve- ment Tout mouvement entre les deux images mémorisées a pour résultat de modifier de façon importante l'image résul- tant de la soustraction et de déformer ou de faire dispa- raitre l'image souhaitée du vaisseau iodé Même dans le cas o le patient reste immobile, il est sujet à de nombreux mouvements involontaires des structures tissulaires molles, tels que la déglutition, le mouvement respiratoire, les mouvements cardiaques et le mouvement péristaltique Une description de l'appareil est donnée dans l'article de T. Ovitt et collaborateurs "Developmtent of a Digital Video Subtraction System for Intravenous Angiography", Proceedings of the SPIE Conference on Recent and Future Developments in Medical Imaging II, Vol 205, Août 1979, pages 73-76. Le dispositif décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 848 130 permet d'éliminer le problème posé par les mouvements Dans ce brevet, des images de diverses matières sont prises par des mesures effectuées en diffé- rentes régions du spectre d'énergie des rayons X Ces mesures sont traitées pour que l'on obtienne les images souhaitées De cette manière, l'iode peut être représenté par une image après l'administration sans qu'il soit néces- saire de procéder à une soustraction temporelle Cependant, dans de nombreux cas, il est difficile ou peu commode d'effectuer toutes les mesures spectrales souhaitées Par exemple, la séparation de l'iode, à la fois du tissu osseux et du tissu moupourrait demander des mesures dans trois spectres d'énergie différents La commutation d'énergie nécessaire peut être difficile à effectuer De plus, il est souvent difficile de générer efficacement tous les spectres d'énergie souhaités Par exemple, s'il faut un spectre d'énergie très bas, inférieur à la discontinuité d'absorption K, le tube à rayons X présente une efficacité très faible Il est donc apparu commode d'utiliser ce système de formation d'images à matière sélective en procé- dant à un plus faible nombre de mesures spectrales Si deux mesures spectrales sont effectuées, il est-possible de séparer un groupe plus limité de matières Par exemple, deux mesures effectuées dans les régions inférieure et supé- rieure du spectre de rayons X pour diagnostics peuvent être traitées comme décrit dans le brevet N O 3 843 130 pré- cité afin de donner une image de l'iode et des organes osseux, le tissu mou étant éliminé De façon similaire, ces deux mêmes mesures peuvent être combinées pour produire une image de l'iode et du tissu mou, l'os étant éliminé. Un système de ce type est décrit dans un article de R E. Alvarez et collaborateurs "Energy Information in X-ray Imaging", Proceedings of the SPSE Conference on Image Analysis Techniques and Applications, Janvier 1981, pages -154 Cependant, ce système, qui utilise deux mesures spectrales, ne produit pas une image isolée des vaisseaux sanguins iodés, exempte de tissu intermédiaire. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 029 963 décrit un appareil préféré de traitement Dans ce cas, les deux mesures spectrales sont soumises à un dispositif de traitement non linéaire pour donner deux composantes indépendantes de l'énergie: la composante de diffusion Compton et la composante photo-électrique Elles représen- tent principalement la densité et le numéro atomique, respectivement, de chaque matière A l'aide de ces deux groupes de données traitées, il est possible de supprimer toute matière par l'utilisation d'une somme pondérée linéaire des deux composantes Ce procédé est décrit dans l'ouvrage de R E Alvarez mentionné précédemment. L'invention a pour objet un procédé et un appareil permettant d'obtenir des images isolées d'une matière de contraste administrée L'invention a pour autre objet d'éli- miner les artefacts de mouvement obtenus dans des images d'agents de contraste iodés produites par soustraction temporelle L'invention a pour autre objet de supprimer les composantes de tissus indésirés obtenues dans des images à énergie double d'agents de contraste iodés. Selon l'invention et de façon brièvement décrite, des mesures de projection sont effectuées dans différents spectres d'énergie de rayonx X Ces mesures sont traitées pour produire des données d'images desquelles les composantes de tissu mou ont été supprimées Des données d'images de ce type sont obtenues à la fois avant et après l'administra- tion de l'agent de contraste Les deux groupes de données d'images sont soustraits pour produire une image de contraste isolée, insensible au mouvement des tissus mous. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est un schéma simplifié d'une forme de réalisation de l'invention utilisant une variation séquentielle d'énergie de la source; et la figure 2 est un schéma simplifié d'une forme de réalisation de l'invention utilisant un dispositif de détection sélective d'énergie. Les aspects généraux de l'invention pourront être mieux compris en référence à la figure 1 On souhaite réali- ser une image d'un vaisseau sanguin 11 passant dans une région du corps 10 Dans l'art antérieur, des images sont prises avant et après l'administration intraveineuse, au moyen d'une seringue 2, d'un agent de contraste iodé 26, et ces images sont soustraites l'une de l'autre Elles sont souvent déformées par des artefacts de mouvement dus à des mouvements involontaires des tissus mous se produisant entre les deux images. Selon l'invention, avant l'administration de l'agent 26 de contraste, une source 12 de rayons X est utilisée pour produire desimages dans deux parties du spectre d'énergie des rayons X Ceci est obtenu par modifi cation séquentielle de la source d'énergie Un commutateur 3 est utilisé pour commuter la tension d'anode de la source 12 de rayons X entre une haute tension H et une basse ten- sion B Ces tensions peuvent être respectivement d'environ 130 et 80 volts En variante, l'énergie de la source peut être modifiée au moyen d'une filtration des rayoes X. Un activateur 6 peut être utilisé pour faire avancer un filtre 4 ou un filtre 5 devant la source de rayons X Le filtre 4 peut produire un spectre d'énergie inférieure au moyen, par exemple, d'une matière filtrante à base de gadolinium ayant une discontinuité d'absorption K, tandis que le filtre 5 peut constituer une source d'énergie supé- rieure en utilisant, par exemple, une matière filtrante à base de cuivre provoquant un durcissement du faisceau Pour l'obtention de spectres optimaux, on utilise à la fois la commutation de tension et de changement de filtre afin de produire un spectre de faible énergie, d'environ 6,4-11, 2 Fj et un spectre à haute énergie, d'environ 11,2-19,2 Fj. Tous les spectres de la source sont projetés séquentiellement à travers une région du corps 10 sur un renforçateur d'image 13 L'image lumineuse résultante est formée au moyen d'un objectif 14 sur une caméra 15 de télé- vision Les mesures de projection correspondant à tous les spectres d'énergie sont ensuite mémorisées dans des dispo- sitifs 17 et 18 de mémorisation, l'image d'énergie supérieure étant stockée, par exemple, sur le dispositif 17 de mémori- sation et l'image d'énergie inférieure étant stockée sur le dispositif 18 de mémorisation Ces dispositifs sont géné- ralement des dispositifs de mémorisation numérique Par conséquent, le signal de sortie de la caméra de télévision doit être appliqué à un convertisseur analogique/numérique (non représenté), puis à un commutateur 16 Ce dernier trans- met le signal numérique à la mémoire 17 lorsque la source à haute énergie est utilisée et à la mémoire 18 lorsque la source à faible énergie est utilisée. Conformément au brevet No 3 848 130 précité, les mesures mémorisées pour chacun des spectres d'énergie peuvent être traitées pour produire une image sélective des matières A l'aide des deux mesures, on peut choisir une classe limitée de matières Dans ce cas, le processeur 19 supprime pratiquement les composantes des tissus mous de sorte que le groupe de données traitées contient une informa- tion portant principalement sur le tissu osseux La suppres- sion du tissu mou est effectuée, car ce tissu représente la source de mouvements involontaires tels que la déglutition, la respiration, le battement cardiaque, les pulsations des vaisseaux, le mouvement péristaltique, etc Si l'on demande à un patient de rester immobile pendant une injection intra- veineuse, il peut habituellement maintenir de façon fiable sa structure osseuse à l'état immobile Par conséquent, le mouvement des os ne constitue pas un problème. Ce premier groupe de données traitées, provenant 0 du processeur 19, est stocké, par exemple, dans une mémoire numérique 20 à l'aide d'un commutateur 25 Après l'adminis- tration intraveineuse d'unagent 26 de contraste, habituelle- ment une matière iodée, effectuée à l'aide d'une seringue 2, on laisse s'écouler un temps approprié jusqu'à ce que l'iode atteigne le vaisseau 11 dont l'image doit être formée. Ce vaisseau peut être, par exemple, l'aorte ou l'artère carotide L'ensemble du processus de formation d'image à énergie double est ensuite répété à l'aide des énergies des deux sources, cette fois en présence de l'agent de contraste iodé Le processeur 19 reçoit de nouveau les deux groupes de mesures et produit un groupe de données traitées duquel le tissu mou a été pratiquement supprimé afin que son mouvement ne puisse former des artefacts Le second groupe de données contient à la fois une information portant sur le tissu osseux et une image de l'iode Ce second groupe de données est stocké dans une mémoire numérique 21 à l'aide du commutateur 25. Les dispositifs 20 et 21 de mémorisation contien- nent essentiellement des images du tissu osseux, sans et avec l'information d'images de contraste iodé Un élément 22 de combinaison peut effectuer simplement une opération de soustraction qui défalque le groupe de données contenu dans la mémoire 20 de celui contenu dans la mémoire 21 afin de produire, sur un récepteur 23 de contrôle, une image isolée de l'agent iodé de contraste se trouvant dans le vaisseau 24 Etant donné que l'image du tissu osseux est la même dans les deux groupes de données, la différence est constituée uniquement par l'iode L'image résultante est insensible aux mouvements du tissu mou, car l'information d'énergie est utilisée pour supprimer le tissu mou avant la soustraction finale. Un dispositif préféré pour le processeur 19 est celui décrit dans le brevet No 4 029 963 précité et dans l'article de R E Alvarez mentionné précédemment Dans ce cas, à l'aide de fonctions non linéaires, les données de mesure dans les deux spectres d'énergie sont traitées pour que l'on obtienne deux groupes de données indépendants de l'énergie Ces groupes peuvent représenter la composante de diffusion Compton et la composante photo-électrique ou bien, en variante, deux composantes de matières particulières, par exemple de l'aluminium et une matière plastique utilisées comme matières d'étalonnage Une somme pondérée linéaire de ces deux composantes indépendantes de l'énergie peut être utilisée, par exemple, pour supprimer toute matière Dans ce système, les poids appropriés sont utilisés pour suppri- mer le tissu mou. En ce qui concerne les fonctions non linéaires utilisées dans le processeur 19, les logarithmes des mesures sont dérivés dans la matière référencée Les logarithmes sont ensuite utilisés dans une équation non linéaire poly- nomiale pour l'extraction des intégrales linéaires des deux composantes de base souhaitées Par exemple, si l'on utili- sait des rayons X mono-énergétiques à différentes énergies, seuls les traitements logarithmiques et linéaires seraient nécessaires pour produire les intégrales linéaires souhaitées. Les polynomes non linéaires corrigent les manques de linéarité dus au durcissement du faisceau. Dans l'appareil de la figure 1, les-mesures d'éner- gie sont prises en séquence Bien qu'elles puissent être effectuées rapidement, il existe un risque de mouvement entre deux mesures Sur la figure 2, ces mesures sont prises simultanément à l'aide du détecteur 30 sensible à l'énergie La source 12 est une source classique de rayons X à large bande d'énergie, englobant le spectre d'énergie pour diagnostic Le rayonnement transmis est projeté à tra- vers le corps 10 vers un réseau détecteur 30. Chaque élément du réseau comprend une partie avant et une partie arrière Comme décrit dans le brevet N O 4 029 963 précité, les rayons X d'énergie inférieure produisent une interaction principalement dans la partie avant du détecteur, tandis que les rayons X d'énergie supé- rieure produisent une interaction principalement dans la partie arrière du détecteur Ce dernier peut être un scintillateur, par exemple à l'iodure de sodium, auquel cas des photodétecteurs sont utilisés pour mesurer la lumière émise par les parties avant et arrière En variante, la matière du détecteur peut être un gaz à haute pression, par exemple du xénon, auquel cas des fils conducteurs isolés sont utilisés pour collecter individuellement la charge des parties avant et arrière Pour plus de clarté, il est représenté trois fils collectant des signaux de mesure de faible énergie provenant des moitiés avant et des signaux de mesure à haute énergie provenant des moitiés arrière. Les signaux de mesure à faible énergie des éléments de dé- tection avant 31, 32 et 33 sont stockés dans une mémoire numérique 18, de même que dans l'appareil de la figure 1. De façon similaire, les signaux de mesure à haute énergie des éléments de détection arrière 34, 35 et 36 sont stockés dans une, mémoire numérique 17 Bien que les connexions ne soient pas représentées pour plus de clarté, les détecteurs avant 37, 38 et 39 sont connectés à la mémoire 18 et les détecteurs arrière 40, 41 et 42 sont connectés à la mémoire 17 Ces mesures sont traitées dans le processeur 19, exactement comme dans l'appareil de la figure 1, la partie restante de l'appareil étant identique et donc non représentée Cepen- dant, sur la figure 2, les signaux de mesure à haute énergie et à-faible énergie sont dérivés simultanément au moyen de détecteurs sélectifs de l'énergie Comme précédemment, ces mesures sont effectuées avant et après l'administration de l'agent de contraste. Le réseau 30 peut être un réseau à deux dimensions couvrant l'image complète Cependant, pour des raisons d'économie, il est préférable d'utiliser un réseau à une seule ligne Ce réseau linéaire est balayé suivant le plan image par rapport au corps 10 afin de produire un groupe de mesures d'images complet En variante, le détecteur peut être fixe et le patient 10 peut être exploré comme cela est effectué dans le système "GE Scoutview' disponible dans le commerce. Si l'on utilise un réseau balayé sur une seule ligne, il est utile de placer un collimateur de faisceau entre la source 12 et le patient 10 pour limiter le rayonne- ment vers la ligne détectée Ceci non seulement réduit la dose, mais également minimise le rayonnement diffusé reçu. Il convient cependant de noter que ce système présente une immunité naturelle aux effets de la diffusion Etant donné que les données prises avant et après l'administration de l'agent de contraste sont soustraites l'une de l'autre, la plupart des composantes de diffusion sont supprimées Par conséquent, l'appareil de la figure 1, qui ne possède pas de collimateur à une seule ligne, mais produit une image au même moment de l'ensemble du volume, possède également une immunité élevée aux effets de la diffusion. Les formes de réalisation décrites ci-dessus effectuent deux mesures d'énergie avant et après l'adminis- tration d'un agent de contraste Cependant, l'invention n'est évidemment pas limitée à ce concept Il peut être souvent souhaitable de supprimer diverses matières qui peuvent produire un mouvement entre l'instant précédant l'administra- tion de l'agent de contraste et celui la suivant Ainsi, plusieurs mesures d'énergie, comme décrit dans le brevet No 3 848 130 précité, pourraient être utilisées pour que-l'on obtienne la sélectivité demandée avant et après l'administra- tion de l'agent de contraste Bien que des agents de contraste iodé-soient utilisés à titre d'exemple pour la formation de l'image d'un vaisseau, de nombreux autres agents peuvent être utilisés, ces agents comprenant du baryum, du xénon, du tantaleetc. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil pour produire une image projetée d'une matière de constraste administrée dans une région ( 11) du corps ( 10), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif ( 15) destiné à mesurer la transmission des rayons X à tra- vers la région, dans plusieurs spectres d'énergie de rayons X, un dispositif ( 19) destiné à traiter les mesures de transmission de rayons X pour produire un groupe de données dont au moins une composante représentant une matière de ladite région est pratiquement éliminée, un dispositif ( 22) de traitement destiné à combiner des groupes de données pris avant et après l'administration de la matière ( 26) de contraste pour produire une information d'image de la matière de contraste administrée et un dispositif ( 23) destiné à afficher l'information d'image. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif destiné à mesurer la transmission de rayons X dans plusieurs spectres d'énergie de rayons X comprend un élément destiné à faire varier séquentiellement l'énergie de la source ( 12) et un détecteur ( 30) de rayons X destiné à détecter chaque spectre transmis. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément destiné à faire varier séquentiellement l'énergie de la source de rayons X comprend un élément ( 3) destiné à faire varier la tension d'anode d'un tube à rayons X. 4 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément destiné à faire varier séquentiellement l'énergie de la source de rayons X comprend des éléments ( 4, 5, 6) destinés à faire varier la filtration d'un faisceau de rayons X en intercalant séquentiellement des filtres ( 4, 5) à rayons X sur le trajet de ce faisceau. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif destiné à mesurer la transmission des rayons X dans plusieurs spectres d'énergie de rayons X comprend une source ( 12) de rayons X à spectre large et un détecteur ( 30) de rayons X, sélectif de l'énergie, qui produit des signaux indépendants de sortie pour chaque spectre d'énergie de rayons X. 6 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 5, caractérisé en ce que le dispositif destiné à traiter l'ensemble des mesures de transmission de rayons X comprend des moyens de calcul ( 19) destinés à combiner des fonctions non linéaires des mesures. 7 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 5, caractérisé en ce que les moyens destinés à combiner des groupes de données pris avant et après l'administration du signal correspondant à la présence de l'agent de contraste, par exemple de l'iode, comprend un soustracteur. 8 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 5, caractérisé en ce que le dispositif destiné à mesurer la transmission de rayons X à travers la région, dans plusieurs spectres de rayons X comprend des moyens ( 17, 18) destinés à mémoriser chacun des groupes de mesures. 9 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 5, caractérisé en ce que le dispositif de traitement destiné à combiner les groupes de données pris avant et après l'administration de la matière de contraste comprend des moyens ( 20, 21) destinés à mémoriser les groupes de données traitées pris avant et après l'administration de la matière de contraste. 10 Appareil selon l'une quelconque dés revendica- tions 1, 2 et 5, caractérisé en ce que le nombre de spectres de rayons X est égal à 2 et en ce que la composante de matière qui est pratiquement éliminée correspond à du tissu mou. 11 Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif destiné à traiter les deux mesures de transmission de rayons X comprend un élément destiné à calculer d'abord deux groupes de données indépendants de l'énergie, puis à combiner ces groupes de données pour pro- 36 duire un groupe de données duquel le tissu mou est pratique- ment éliminé. 12 Procédé pour produire une image projetée d'une matière de contraste administrée dans une région ( 11) du corps ( 10), caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer la transmission de rayons X à travers la région, dans plu- sieurs spectres d'énergie de rayons X, avant l'administra- tion de la matière de contraste ( 26), à administrer ladite matière de contraste, à mesurer la transmission des rayons X à travers la région, dans les mêmes spectres de rayons X, après l'administration de la matière de contraste, et à traiter les mesures de transmission effectuées avant et après l'administration de la matière de contraste pour produire une image de cette matière. 13 Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape de traitement des mesures de transmission consiste à combiner des fonctions des mesures effectuées avant l'administration de la matière de contraste pour produire un premier groupe de données dont au moins une composante de matière de la région est pratiquement éliminée, à combiner des fonctions des mesures effectuées après l'administration de la matière de contraste pour produire un second groupe de données dont les mêmes composantes de matières sont pratiquement éliminées, et à combiner les premier et second groupes de données pour produire l'infor- mation d'image de la matière de contraste. 14 Procédé selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que la mesure de la transmission des rayons X dans différents spectres d'énergie consiste à faire varier séquentiellement les spectres d'énergie de la source ( 12) de rayons X, et à détecter le faisceau de rayons X transmis dans chaque spectre de la source de rayons X. 15 Procédé selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que la mesure de-la transmission de rayons X dans des spectres d'énergie différents consiste à projeter un faisceau de rayons X à travers la région dont un large spectre d'énergie renferme chacun des spectres d'énergie de rayons X distincts, et à détecter le faisceau de rayons X transmis au moyen d'un détecteur ( 30) sélectif de l'énergie qui produit des signaux distincts de sortie pour chaque spectre d'énergie.