Brevet FR2501452A1 — publié le 19820910

La présente invention concerne d'une façon géné- rale les ensembles générateurs de rayons X, et elle vise plus particulièrement un tube à rayons X du type à anode tournante comportant des moyens de blindage magnétique des- tinés à réduire les déformations dans les ensembles de for- mation d'images tomographiques par rayons X, et à améliorer la résolution du faisceau de rayons X dans les radiographies. Un ensemble générateur de rayons X peut comporter un tube à rayons X du type à anode tournante présentant une enveloppe tubulaire dans laquelle est disposée une cathode émettrice d'électrons à l'effet de diriger des électrons sur une zone ponctuelle focale alignée d'une cible anodique tournante. En fonctionnement, les électrons émis frappent la zone ponctuelle focale avec une énergie suffisante pour don- ner naissance à des rayons X qui partent de celle-ci sous forme de faisceau divergent. Ce faisceau divergent de rayons X, qui traverse une fenêtre ménagée dans l'enveloppe du tu- be, peut être dirigé de façon à traverser des moyens de col- limation de faisceau du dispositif, puis la structure interne d'un patient. Les variations d'intensité de rayons X ainsi créées peuvent être transmises à un ou plusieurs détecteurs afin de fournir des signaux électriques équivalents qui peu- vent être convenablement traités, comme c'est par exemple le cas en tomographie avec traitement par calculateur, de façon à fournir une image correspondante. En conséquence, l'image résultante peut être améliorée en maintenant la zone ponc- tuelle focale dans une position aussi fixe que possible par rapport aux moyens de collimation. En vue d'éviter un endommagement par suréchauffe- ment, on fait changer constamment le matériau de cible de la zone ponctuelle focale alignée avec le faisceau d'électrons par rotation de la cible anodique par rapport au faisceau d'électrons. En conséquence, la cible anodique est montée sur un rotor qui s'étend dans une portion terminale de l'en- veloppe qui est entourée par un stator de moteur du type à induction. En fonctionnement, un courant alternatif exci- te le stator pour lui faire créer un champ magnétique tour- nant présentant des lignes de flux qui traversent diamétra- lement la portion terminale entourée de l'enveloppe. Il s'en- suit que le champ magnétique tournant fait tourner le rotor situé à l'intérieur de la portion terminale entourée de l'en- veloppe et qu'il fait tourner de façon correspondante la ci- ble anodique qui est solidarisée à celui-ci. Toutefois, il a été constaté que le champ magnéti- que établi par le stator présente aussi des lignes de flux parasites ou résiduelles qui sont orientées transversalement au faisceau d'électrons émis par la cathode et frappent la zone ponctuelle focale de la cible anodique. En conséquence, le faisceau d'électrons se trouve dévié latéralement de la position qu'il devrait avoir, par rapport à la fenêtre pré- vue dans l'enveloppe du tube ainsi que par rapport aux moyens de collimation du dispositif. De plus, le faisceau cdélectrons est animé d'un mouvement annulaire autour de cette position en raison du mouvement de rotation des lignes de flux magné- tique. Il s'ensuit que la zone ponctuelle focale est élargie, et que la résolution du faisceau divergent de rayons X émis par la zone ponctuelle focale élargie se trouve amoindrie dans la mCme mesure. En outre, les fluctuations de position de la zone ponctuelle focale par rapport à la fenêtre de 1' enveloppe du tube et aux moyens de collimation du dispositif donnent lieu à de légères fluctuations d'intensité du fais- ceau de rayons X qui peuvent avoir de l'importance dans cer- taines techniques radiologiques, telle l'exploration tomo- graphique à traitement par calculateur, qui sont sensibles à des écarts de moins de 1 %, par exemple. Des tentatives ont été faites dans la technique antérieure pour protéger le faisceau d'électrons du champ ma- gnétique qui est établi pour faire tourner la cible d'un tu- be à rayons X du type à anode tournante. Cependant, certai- nes de ces tentatives ont été mises en échec par la nécessi- té pour la portion terminale entourée de l'enveloppe d'être en un matériau non magnétique afin que les lignes de flux magnétique créées par le stator traversent diamétralement la portion terminale entourée de l'enveloppe. D'autres ten- tatives ont conduit à faire appel à des pièces magnétique- ment perméables disposées de telle façon que les lignes de champ magnétique créées par le stator se trouvent effecti- vement dirigées vers la région à faisceau d'électrons du tu- be. En conséquence, ces inconvénients entre autres de la technique antérieure sont écartés par la présente in- vention, qui propose un ensemble générateur de rayons X comprenant un tube à rayons X du type à anode tournante pré- sentant une portion entourée par un stator de moteur du ty- pe à induction, et un élément de blindage magnétique dispo- sé de façon à s'étendre radialement entre une portion ter- minale du stator et une région à faisceau d'électrons du tube. Le tube à rayons X du type à anode tournante com- porte une enveloppe tubulaire qui renferme une cathode dis- posée de façon à diriger un faisceau d'électrons sur une zone ponctuelle focale d'une cible anodique tournante qui est solidarisée à un rotor. Le rotor est supporté à rota- tion dans une portion terminale de l'enveloppe du tube qui est entourée par un stator de moteur du type à induction, lequel est excité par un courant alternatif de façon à créer un champ magnétique tournant à lignes de flux orientées dia- métralement. L'élément de blindage magnétique est en un matériau à grande perméabilité magnétique, par exemple su- périeure à dix mille, et il présente de préférence une con- figuration annulaire afin d'entourer une portion du tube. Ainsi, l'élément de blindage magnétique peut entourer une portion du tube de façon à s'étendre radiale- ment entre une portion terminale adjacente du stator et le faisceau d'électrons allant de la cathode à la zone ponc- tuelle focale de la cible. Il s'ensuit que les lignes de flux parasites ou résiduelles partant de la portion termi- nale adjacente du stator se trouvent écartées du faisceau d'électrons par le matériau 5 grande perméabilité magnétique de l'élément de blindage, qui établit un trajet à faible r&- ductance. En conséquence, les électrons du faisceau résul- tant non dévié sont admis à venir frapper la zone ponctuel- le focale nominalede la cible anodique. Ainsi, la zone ponctuelle focale peut rester aussi petite que possible, et rester fixe par rapport à une portion formant fenêtre de l'enveloppe du tube et par rapport à des moyens de collima- tion du dispositif, ce qui améliore les qualités de résolu- tion et l'uniformité de l'intensité d'un faisceau de rayons X qui est émis par la zone ponctuelle focale et qui traverse la portion formant fenêtre de l'enveloppe du tube. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus amplement de la description détaillée qui est donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif en ré- férence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig. 1 est une représentation schématique d'un générateur de rayons X mettant en oeuvre l'invention; - la Fig. 2 est une vue en élévation avec coupe partielle du générateur de rayons X représenté par la figu- re 1, mais avec arrachement partiel de la paroi extérieure de celui-ci; la Fig. 3 est une vue en élévation avec coupe partielle du manchon de support et de l'élément de blindage magnétique que montre la figure 2; la Fig. 4 est une vue en plan de l'élément de blindage magnétique représenté par la figure 3; - la Fig. 5 est une vue axiale partielle schéma- tique du générateur représenté par la figure 2, mais sans l'élément de blindage magnétique; - la Fig. 6 est une vue axiale schématique sem- blable à la figure 5, mais contenant l'élément de blindage magnétique afin d'illustrer son effet sur un champ magnéti- que-type; et 2 5 0 1 4 5 2 - la Fig. 7 est une vue en plan schématique de l'élément de blindage magnétique représenté par la figure 6 qui vise à illustrer plus amplement l'effet de celui-ci sur le champ magnétique-type. La Fig. 1 représente un ensemble générateur de rayons X 10 comprenant un logement cylindrique 12 de protec- tion contre les rayons X, dans lequel est disposé longitudi- nalement un tube à rayons X 14. Ce dernier est du type à anode tournante, et il présente une région de faisceau d'é- lectrons 16 située en alignement avec une fenêtre 18 partant d'une portion centrale du logement et s'étendant vers l'ex- térieur. Par-dessus la fenêtre 18 est monté un collimateur classique 19, tel que celui décrit au brevet US 3 581 094. A l'intérieur du logement 12, l'une des portions terminales du tube à rayons X 14 est entourée par un stator cylindrique 20 d'un moteur du type à induction 22. Lorsqu'il est alimenté, le stator 20 crée des champs électromagnétiques tournants à lignes de flux qui s'étendent transversalement à la portion terminale entourée du tube 14. Toutefois, com- me les champs électromagnétiques sont susceptibles de pré- senter des lignes de flux parasites ou résiduelles qui tra- versent la région de faisceau d'électrons 16 du tube 14, un élément de blindage magnétique 24 en un matériau à forte per- méabilité magnétique, par exemple supérieure à dix mille, est disposé transversalement entre la région 16 et la portion terminale adjacente du stator 20. Le logement 12 (Fig.2) est pourvu d'un revêtement 26 en matériau absorbant les rayons X, tel que le plomb, qui est maintenu au potentiel électrique de la masse. Le loge- ment 12 est également pourvu d'une paire de prises électri- ques du type à corne 28 et 30 qui partent vers l'extérieur chacune de l'une des portions terminales opposées du loge- ment 12. Les prises 28 et 30 sont destinées à recevoir des fiches de câbles électriques respectifs (non représentés) par lesquels est assurée l'alimentation des électrodes du tube 14. 2 50 1 4 5 2 Le tube à rayons X 14 comporte une enveloppe tu- bulaire 32 qui présente une portion terminale cathodique rentrante située près de la prise 28 et scellée périphéri- quement à un cylindre de support de cathode 34. Le cylindre 34 s'étend axialement à l'intérieur de l'enveloppe 32 et présente une portion terminale intérieure fermée par un ca- puchon transversal 36. Du capuchon 36 part radialement un bras creux 38 au bout duquel est prévue une cathode 40 qui peut comprendre un filament enroulé en hélice en matériau émetteur d'électrons, tel que le tungstène, qui est disposé longitudinalement dans une ouverture allongée d'une coupelle de concentration à gradins (non représentée). La cathode 40 est alimentée par un courant de chauffage de filament et est maintenue à un potentiel électrique prédéterminé par rapport à la masse par plusieurs conducteurs (non représentés) qui passent par l'intérieur du bras creux 38 et sortent herméti- quement de l'enveloppe 32 pour être raccordés par un câble 42 à des bornes contenues dans la prise électrique 28. Ainsi, la cathode 40 est disposée de façon à émettre des électrons dans une région de faisceau d'électrons 16 du tube 14, et à diriger les électrons émis en un faisceau 44 qui traverse la région 16. Les électrons du faisceau 44 sont accélérés à leur traversée de la région 16, et ils frappent une zone fo- cale alignée 46 d'une piste focale radialement inclinée 48 formée d'un matériau émetteur de rayons X efficace, tel qu' un alliage rhénium-tungstène. De ce fait, les électrons in- cidents donnent naissance à des rayons X qui partent de la zone focale 46 en formant un faisceau divergent 50. Le fais- ceau 50 traverse une fenêtre 52 de I' enveloppe 32, la fenêtre 18 du logement 12 et le collimateur 19, éléments qui sont alignés radialement avec la zone focale 46 formée sur la piste cible inclinée 48. Il s'ensuit que le faisceau de rayons X 50 semble provenir d'une projection radiale de la zone fo- cale 46, communément dénommée "tache focale efficace". Par conséquent, en vue d'améliorer la résolution de la structure des détails fins sur les images fournies par le faisceau de rayons X 50, il est nécessaire de faire en sorte que la zone focale 46 reste aussi peu étendue que possible afin que la "tache focale efficace" soit assimilable à une source S ponctuelle pour le faisceau de rayons X 50, et que la posi- tion de la zone focale 46 reste fixe par rapport à la fenê- tre 52 de l'enveloppe 32 et au dispositif collimateur 19, ceci à l'effet de réduire les fluctuations d'intensité. La piste focale 48 comprend une portion annulaire extérieure d'un disque cible 54 disposé transversalement dans l'enveloppe 32 présentant une portion centrale fixée par des moyens classiques à l'une des portions terminales d'une tige axiale 56. La portion terminale opposée de la ti- ge 56 est solidarisée par des moyens appropriés à une extré- mité fermée d'un rotor en forme de cloche 58 qui s'étend a- xialement dans une portion terminale anodique de petit dia- mètre de l'enveloppe 32. Le rotor 58 est supporté à rotation par des paliers classiques sur un arbre fixe 60, qui est fi- xé à l'extrémité adjacente de l'enveloppe 32 et présente une portion terminale externe qui se prolonge dans une cuvette de support isolante 62. Dans la portion terminale externe de l'arbre 60 tourillonne une vie 64 qui traverse une ouver- ture centrale ménagée dans l'extrémité fermée de la cuvette de support 62. La vis 64 supporte la portion terminale anodi- que du tube 14, et elle relie le disque cible 54 par un cI- ble 66 à une borne à haute tension prévue dans la prise 30. Ainsi, une tension positive élevée, par exemple de 75 kV, peut être appliquée au disque cible 54 par rapport à la mas- se pour accélérer les électrons du faisceau 44 en les diri- geant sur la petite zone focale 46 de la piste focale 48. En vue d'éviter d'endommager le matériau de ci- ble dans la zone focale 46 sous l'effet d'un suréchauffement, le disque cible 54 est mis en rotation grâce au stator 20 entourant la portion terminale anodique de l'enveloppe 32. Le stator 20 entoure un manchon 68 formé d'un matériau iso- lant et non magnétique, tel que du verre, et présentant une portion terminale évasée vers l'extérieur 69 par laquelle passe la portion terminale anodique de l'enveloppe 32 pour s'avancer dans la cuvette de support isolante 62. Le stator comprend des bobinages bobinés autour de pièces polaires (non représentées) d'un noyau feuilleté de structure cylin- drique. Le stator 20 est excité par un courant alternatif approprié afin de donner naissance à un champ électromagné- tique tournant à lignes de flux magnétique qui traversent transversalement la portion terminale entourée de l'envelop- pe 32. Le rotor 58 est donc formé d'un matériau conducteur approprié, tel que le cuivre, et l'enveloppe 32 est formée d'un matériau non magnétique, tel qu'un verre exempt de plomb. Toutefois, il a été découvert que des lignes de flux magnétique parasites ou champs magnétiques résiduels peuvent traverser transversalement la région de faisceau d' électrons 16 en partant de la portion terminale adjacente du stator 20. Il s'ensuit que le faisceau d'électrons 44 peut être dévié latéralement et entralné en rotation autour du centre de la zone focale 46 sous l'effet de la rotation du champ électromagnétique créé par le stator 20. Ainsi, la zone focale résultante est élargie comparativement à la zone focale 46, et sa position n'est pas fixe par rapport à la fenêtre 52 de l'enveloppe 32 et au collimateur 19. En consé- quence, la ltache focale efficace" dont le faisceau de rayons X 50 semble provenir n'est pas assimilable aussi étroitement que possible à une source ponctuelle, et la résolution d'u- ne image fournie par le faisceau 50 se trouve amoindrie à porportion. Les Fig. 3 et 4 montrent que le blindage magnéti- que 24 peut être annulaire et pourvu d'une ouverture centra- le 25 de diamètre approprié afin de pouvoir être glissé par- dessus la portion de petit diamètre du manchon 68. De plus, le blindage magnétique 24 peut être tronconique pour s'adap- ter à la portion terminale évasée vers l'extérieur 69 du manchon 68 et être fixé à celle-ci par tout moyen approprié, tel qu'un adhésif à résine époxy. Le blindage magnétique 24 est en un matériau présentant une forte perméabilité magné- tique, par exemple supérieure à dix mille, et il présente une épaisseur suffisante, par exemple d'envircn 1,5 mm, pour fournir un trajet à faible réluctance pour les lignes de flux magnétique du champ créé par le stator 20. De plus, le blindage 24 présente un diamètre extérieur suffisant pour éloigner de la région de faisceau d'électrons 16 en les détournant transversalement les lignes de flux magnéti- que parasites ou résiduelles partant vers l'extérieur du stator 20. Lorsque le stator 20 est excité (Fig.5), il pro- duit un champ magnétique tournant présentant des lignes de flux, telle la ligne 71, qui traversent diamétralement le rotor 58. Cependant, lorsque le blindage magnétique 24 n'est pas en place, le champ magnétique présente aussi des lignes de flux magnétique parasites ou résiduelles, telles que les lignes de flux 72 à 76, qui partent du stator 20 vers l'ex- térieur. Certaines de ces lignes de flux parasites ou-rési- duelles, telle la ligne 74, traversent la région de fais- ceau d'électrons 16 et ont des composantes à orientation sensiblement perpendiculaire au faisceau d'électrons 44. De ce fait, le faisceau d'électrons 44 se trouve dévié latéra- lement, et animé d'une rotation autour du centre de la zone focale 46 du fait de la rotation du champ magnétique créé par le stator 20. Lorsque le blindage magnétique 24 (Fig.6 et 7) est disposé transversalement entre le faisceau d'électrons 44 et le stator 20, les lignes de flux 72 à 76 pénètrent dans la portion arquée intermédiaire du blindage 24 et el- les sortent par la portion arquée opposée de celui-ci pour retourner au stator 20. Ainsi, les lignes de flux parasites ou résiduelles du champ magnétique créé par le stator 20 qui se prolongent en direction du faisceau d'électrons 44 sont transversalement détournées de la région de faisceau d'électrons 16 de l'ensemble générateur 10 pour empêcher une dzviation latérale du faisceau d'Électrons 44 et un cor- rélatif elargisseient de la zone focale 46. Il s'ensuit que la "tache focale efficace" de l'ensemble 10 ne se trouve pratiquenent pas déviée par rapport a la fenêtre 52 ou au dispositif collimateur 19, et que le faisceau de rayons X 50 présente une distri-.bution d'intensité plus uniforme que cel- le que fournirait l'ensemble générateur de rayons X 10 en l'absence du blindaqe magntique 24. Comrae Le blindage 24 est monté entre la structure anodique fortement positive du tube 14 et le logement 12 mis à la masse, il est susceptible de se charger à un potentiel électrique intermédiaire. En conséquence, afin qu'il soit empêché d'acquérir une telle charge électrique, le blindage 24 est relié, par exemple par un conducteur 70, au logement 12 afin de se trouver maintenu au potentiel él1ectrique de la masse. Le blindage 24 est de préférence relié au logement 12 et fixé à la portion évasée 69 du manchon 68 de façon a- movible, afin que l'on puisse l'enlever facilement lorsque l'ensemble générateur de rayons X 10 doit être mis en oeuvre dans des techniques de diagnostic qui ne nécessitent pas la grande uniformit6 d'intensité désirée pour d'autres techni- ques de diagnostic, telle que l'exploration topographique à traitement par calculateur. il R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Générateur de rayons X, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (40) générateur d'un faisceau d'é- lectrons (44); un moyen (20) situé à distance dudit fais- ceau d'électrons pour créer un champ magnétique présentant des lignes de flux dirigées transversalement audit faisceau d'électrons; et un moyen (24) s'étendant transversalement en relation d'espacement entre ledit faisceau d'électrons et ledit moyen de création de champ magnétique de façon à dé- tourner dudit faisceau d'électrons des lignes de flux dudit champ magnétique. 2 - Générateur de rayons X, caractérisé en ce qu'il comprend: une enveloppe tubulaire (32) contenant une région de faisceau d'électrons (16) disposée axialement; un stator de moteur (20) disposé de façon à entourer une por- tion de l'enveloppe située axialement à distance de ladite région de faisceau d'électrons; et un élément de blindage magnétique (24) s'étendant transversalement en relation d'es- pacement entre ladite région de faisceau d'électrons et le- dit stator. 3 - Générateur de rayons X selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit élément de blindage magnéti- que (24) est disposé à l'extérieur de l'enveloppe (32). 4 - Générateur de rayons X selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit élément de blindage magnéti- que (24) est annulaire et entoure une portion de l'enveloppe (32) située entre ladite région de faisceau d'électrons (16) et ledit stator (20). - Générateur de rayons X selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit élément de blindage magnéti- que (24) est connecté à la masse. 6 - Générateur de rayons X, caractérisé en ce qu' il comprend un tube à rayons X (14) comportant une enve- -loppe tubulaire (32) présentant une portion non magnétique, un rotor cylindrique (58) supporté à rotation à l'intérieur de ladite portion non magnétique de l'enveloppe; et une ci- ble anodique (54) accouplée à une portion terminale dudit rotor cylindrique; un moyenstatorique de moteur (20) dis- posé à l'extérieur de ladite enveloppe de façon à entourer ladite portion non magnétique pour créer un champ magnéti- que tournant présentant des lignes de flux magnétique tra- versant transversalement ladite portion non magnétique de l'enveloppe; et un moyen de blindage magnét4ie (24) dispo- sé à l'extérieur de ladite enveloppe et s'étendant en rela- tion d'espacement entre ledit moyen statorique et ladite ci- ble anodique de façon à protéger ladite cible de lignes de flux résiduelles dudit champ magnétique." 7 - Générateur de rayons X selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moyen de blindage magnétique (24) comprend un anneau magnétiquement perméable disposé de façon à entourer une portion de ladite enveloppe (32) adja- cent audit moyen statorique (20) et à s'étendre radialement vers l'extérieur de ladite enveloppe sur une distance plus grande que ledit moyen statorique. 8 - Générateur de rayons X selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit générateur comporte un loge- ment (12) pour enfermer ledit tube à rayons X (14) et à sup- porter ledit moyen statorique de moteur (20) et ledit moyen de blindage magnétique (24). 9 - Générateur de rayons X selon la revendication 6, caractérisé en ce que le logement (12) comporte un man- chon en matériau non magnétique (68) entourant ladite por- tion non magnétique de l'enveloppe (32) et supportant ledit moyen statorique (24) et ledit moyen de blindage magnétique (24) de façon à leur faire entourer ladite enveloppe. 10 - Générateur de rayons X selon la revendication 8, caractérisé en ce que le logement (12) comprend un loge- ment cylindrique creux renfermant ledit tube à rayons X (14) et comportant un matériau électriquement conducteur (26) main- tenu au potentiel de la masse. Il - Générateur de rayons X selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit anneau magnétiquement perméa- 2 5 0 1 4 5 2 blé est relié audit matériau conducteur (26). 12 - Générateur de rayons X, caractérisé en ce qu'il comprend un logement (12); un moyen cathodique (40) disposé à l'intérieur du logement de façon à fournir un fais- ceau d'électrons (44); un moyen à cible anodique (54) monté rotatif à l'intérieur du logement de façon à recevoir le faisceau d'électrons et à produire des rayons X; un moyen moteur (22) comportant un rotor (58) relié au moyen à cible anodique et un stator (20) disposé de façon à produire un champ magnétique et à agir sur ledit rotor en faisant tour- ner ledit moyen à cible anodique à l'intérieur du logement; et un moyen de blindage magnétique (24) disposé à l'intérieur du logement entre ledit moyen moteur et ledit faisceau d'é- lectrons et présentant une portion disposée transversalement au faisceau d'électrons de façon à protéger le faisceau d'é- lectrons du champ magnétique.