Brevet FR2513403A1 — publié le 19830325

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour former des images tomographiques en sec- tion transversale, selon lesquels un objet est irradié par un faisceau plat de rayons X sous des angles diffé- rents pour former plusieurs profils sur un détecteur de rayons X, et un tomogramme étant reconstitué à partir de ces profils. Dans ce domaine, un profil est une représentation unidimensionnelle des caractéristiques d'absorption de l'objet dans un plan de section se trouvant dans le même plan que le faisceau plat de rayons X Un tomogramme est une image d'une section transversale de l'objet, cette section transversale étant coplanaire avec le faisceau plat de rayons X (tomographie en "section transversale"). Ce procédé est connu par la demande de Brevet Néerlandais N 76 05254 De plus, un telprocédé est décrit dans l'article "Three-dimensional Reconstruction from Radiographs and Electron Micrographs" par G N Ramachan- dran et A V Lakshminarayanan in Proceedings of the Natio- nal Academy of Sciences U S A, Volume 68, N 9, pages 2236 à 2440, Septembre 1971. De plus, ce procédé est mis en oeuvre dans le "nalyseur d'objets en rayons X" de General Electric Company, décrit dans "Electronics" du 25 Décembre 1975, pages 33 à 34. Dans toutes ces techniques antérieures, l'objet dont une image en coupe doit être formée, est mis en ro- tation par rapport à la source du faisceau de rayons X, autour d'un axe perpendiculaire au plan de section I 1 est également possible de faire tourner sur orbite la source de rayons X autour de l'objet immobile, comme cela se fait dans l'appareil décrit dans "Electronics". Un inconvénient inhérent aux techniques antérieures et qu'elles imposent un équipement relativement encombrant comprenant des éléments tournants En plus des problèmes de nature mécanique, cela apporte l'inconvénient supplé- mentaire que la formation d'un tomogramme nécessite une Période relativement longue à moins que le nombre des circuits de rayons X soit multiplié. Un objet de l'invention est donc de simplifier les techniques antérieures. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type mentionné ci-dessus qui se caractérise par le fait que l'objet et l'écran de rayons X sont maintenus immobiles et que, pour former les différents profils, la source du faisceau plat de rayons X est déplacée le long d'un trajet relativement court s'étendant sur le côté de l'objet opposé au détecteur de rayons X. De plus, l'invention concerne un appareil des- tiné à la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé par la présence d'un dispositif de commande comprenant un dispositif agencé pour déplacer la source de rayons X, lorsqu'elle fonctionne, sur un trajet relativement court s'étendant sur le côté de l'objet opposé au détecteur de rayons X. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à -la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel-; La Figure 1 représente schématiquement la ma- nière de produire des-profils selon l'invention, la Figure 2 montre le tracé d'un profil, et la Figure 3 représente un exemple d'un appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention. La Figure 1 montre schématiquement la manière de produire des profils selon l'invention La référence numérique 1 désigne un objet disposé perpendiculairement au plan du dessin, dont une image en coupe ou un tomo- gramme correspondant à la section située dansle plan du dessin doit être formée L'objet 1 peut être le corps d'un maladeà examiner ou un objet quelconque Une source de rayons X 2 qui sera décrite par la suite est repré- sentée sur le côté droit de l'objet 1-et un détecteur de rayons X 3 de type courant pour le rayonnement X est re- présenté sur le côté gauche de l'objet, ce détecteur de rayons X recevant un rayonnement X transmis par l'ob- jet et le convertit par exemple en une image lumineuse. Si un faisceau plat de rayons X est utilisé de la manière connue pour former un tomogramme, le détec- teur de rayons X peut avoir une configuration unidimen- sionnelle. Selon l'invention, le détecteur de rayons X et l'objet à irradier peuvent être montés de façon fixe pourvu que la source de rayonx X puisse se déplacer par rapport à l'objet 1, par exemple suivant le trajet entre -F et +F comme le montre la Figure 1 Le mouvement de la source de rayons X est effectué de préférence dans une direction parallèle au détecteur unidimensionnel 3. Un tube de rayons X se déplaçant entre -F et +F peut être utilisé dans ce but, Mais dans un mode pré- féré de réalisation, la source de rayons X est un tube comportant une anode linéaire ou en forme de bande, s'étendant au moins de -F à +F, cette anode recevant point par point, de façon continue ou pasà pas un faisceau d'électrons produit par une source d'électrons, et dévié de façon appropriée Chaque point d'anode qui reçoit le faisceau d'électrons constitue un foyer d'émission de ray- ons X à partir duquel l'objet 1 est irradié Un exemple d'un tel tube à rayons X est décrit dans le Brevet de la République Fédérale Allemande NO 2 538 517. Si l'anode du tube à rayons X est trop courte, deux ou plusieurs tubes peuvent être utilisés, montés avec leurs anodes alignées Les déviations des faisceaux d'électrons respectifs doivent alors être réglées les unes par rapport aux autres. L'invention repose sur le concept qu'en dépla- çant le foyer de rayons X entre -F et +F, en passant par un nombre suffisant de positions intermédiaires, les in- formations obtenues suffisent pour former un tomogramme qui convient, tandis que dans les techniques antérieures, une rotation de la source de rayons X d'au moins 1800 par rapport à l'objet est nécessaire pour produire les pÈofils. pour distinguer la présente technique des techniques antérieures, cette technique présente peut être désignée par le terme de tomographie par transla- tion ou, plus particulièrement, de tomographie par translation de foyer. Etant donné qu'un faisceau d'électrons peut être déplacé sur l'anode de F à +F à une très grande vitesse, le temps nécessaire pour obtenir les informa- tions qu'il faut pour-former un tomogramme est par con- séquent très court, de sorte que la manière dont les profils sont formés ne pose plus de difficultés pour produire des images en coupe dynamique, par exemple d'un coeur en train de battre. En chaque position du foyer de rayons X, un profil unique est formé sur le détecteur de rayons X. Théoriquement, le foyer de rayons X peut occuper un nombre illimité de positions différentes entre -F et +F et un nombre illimité de profils uniques associés peut donc être formé Ces profils contiennent suffisamment d'informations pour former une image tomographique. En pratique réelle, comme cela se fait dans les techni- ques courantes,il est évident qu'un nombre limité de profils suffisant pour former un tomogramme de la qua- lité voulue est utilisé. En utilisant une cadence de télévision standard pour le balayage desinformations de profil présentées surle détecteur 3, la position f du foyer de rayons X doit se déplacer de -F à +F en dix-huit millisecondes avec une période de retour inférieure à 2 ms Ce mouve- ment peut être continu ou pas à pas Dans ce cas, le détecteur est balayé à la fréquence de ligne de télé- vision de 15625 Hz, de sorte que 312 profils différents sont convertis en un signal de télévision pendant une période du mouvement du foyer En raison du système de balayage entrelacé courant en télévision, pendant la période suivante de mouvement du foyer, 313 profils différents associés avec les positions intermédiaires du foyer sont converties en un signal de télévision. Ainsi, toutes les 40 ms, 625 profils différents sont convertis en un signal de télévision Un tomogramme peut être formé de différentes manières à partir des in- formations présentes dans ces signaux de télévision. Par exemple, ces informations peuvent être appliquées à un calculateur qui détermine la luminosité de chaque élément d'image du tomogramme à construire Avec la vi- tesse actuelle des calculateurs, aucune formation instan- tanée du tomogramme n'est possible. Selon un autre développement de l'idée sur laquelle repose l'invention, le procédé ci-après de formation du tomogramme est mis en oeuvre. Les profils associés avec une seule et même section de l'objet 1 sont enregistrés en juxtaposition avec des intervalles proportionnels aux intervalles entre les positions respectives f du foyer Cette collection de profils parallèles est appelée ci-après un "tracé de profils". La Figure 2 représente un tel tracé de pro- fils Si l'on définit F comme la distance maximale entre le foyer de rayons X et un point d'origine choisi f = O (voir Figure 1), lorsque le foyer de rayons X est au point -F, la relation f/F = -1 s'applique Par conséquent, le profil associé est situé à l'extrême gauche du tracé de la Figur-e 2 De façon similaire, le profil associé avec f = O est situé au centre du tracé et le profil associé avec f = +F est situé à l'extrême droite du tra- ce. Sur la Figure 1, un système de coordonnées 3 O x-y est tracé de sorte que le détecteur de rayons X 3 est situé sur la ligne x = 0, c'est-à-dire l'axe y, et le trajet du foyer de rayons X se trouve sur la ligne x = 1 Par conséquent, chaque point P de la section de l'objet 1 dans le plan xy a pour coordonnées P (xp y) *. p Si l'on considère le point P (x p,yp) de l'ob- jet 1 représenté sur la Figure 1, l'ombre de ce point sur le détecteur (c'est-à-dire dans le plan X = 0) a pour position yfp dépendant de la position instantanée f du foyer de rayons X, et sur xp et yp. Il peut être calculé que: yfp) y fx ( 1) Y p p( 1-x p 1-x' Dans le tracé de profils, chaque point P (xp, yp) décrit une ligne droite par le point yfo sous un angle p Le point yfo est l'ombre de p (xp,yp) corres- pondant à la position de foyer f=O Par conséquent, Yfo = yp/1-Xp L'angle ?p est défini par tgp= Xp, ce qui 1-x p signifie que l'angle Cp correspond directement à xp. Par conséquent, chaque point de la section ir- radiée de l'objet 1 correspond à une ligne droite asso- ciée sur le tracé de profils et inversement, chaque ligne droite dans le tracé de profils correspond à un certain point du plan x-y de la Figure 1. La densité d'un point (xp, y p)' correspond donc à l'intensité intégrée le long de la ligne associée dans le tracé de profils. Il apparait ainsi que dans sa forme la plus simple, un tomogramme peut etre formé à partir du tracé de profil en prenant successivement chaque point sur la ligne f/F O ou une ligne qui lui est parallèle dans le tra- J ce, et en intégrant successivement la luminosité le long des lignes passant par le point en question D'autres com- binaisons linéaires d'intensités de points dans le tracé de profils sont aussi possibles En combinaison, si d'autres techniques souhaitées pour améliorer la qualité d'image peuvent être utilisées, il n'est pas necessaire que cette technique soit d'une nature linéaire. Le procédé de formation décrit ci-dessus peut être mis en oeuvre par le dispositif représenté schémati- quement sur la Figure 3. Le détecteur de rayons X 3 sur lequel les profils sont formés successivement est observé, éven- tuellement par l'intermédiaire d'un système optique 31, par une caméra de télévision 30 dont la déviation verti- cale a été rendue inopérante Les profils reçus par la caméra de télévision 30 sont appliqués de la manière habituelle sous la forme d'un signal électrique à l'entrée de signaux d'un tube à rayons cathodiques 33 par une ligne 32 Le tube à rayons cathodiques comporte un écran luminescent 33 a de persistance moyennement longue et il est commandé de manière que les profils soient reproduits en juxtaposition sur lui Il en ré- sulte que les profils sont visibles simultanément sur l'écran pendant une certaine période, de sorte que l'image sur l'écran correspond au tracé- de profils com- plet pour cette période L'image est reproduite électro- optiquement au moyen d'un premier intensificateur d'image 34 comprenant un dispositif de déflexion 40 commandé pour que chaque point sur la ligne f/F 5 o du tracé de profil coincide successivement avec un *pointde référence choisi de façon appropriée sur l'écran anodique 34 a de l'intensificateur d'image 34 Par conséquent, une trans- lation est nécessaire dans ce but. L'image de sortie de l'intensificateur 34 est appliquée à un second intensificateur d'image 35 compre- nant un dispositif 41 de rotation d'image produisant un champ magnétique axial variable afin que dans chaque position translatée, une rotation de toutes les lignes passant par le point de référence dans une position fixe, par exemple une position horizontale, soit successivement réalisée Ces lignes horizontales sur l'écran d'anode 35 a de l'intensificateur d'image 35 sont ensuite détectées par l'intermédiaire d'un masque à fente 36 qui peut être précédé par un dispositif optique 37, au moyen d'un dis- positif, par exemple un tube photomultiplicateur 38 qui effectue une opération d'intégration sur le masque, de sorte qu'à chaque instant, la luminosité intégrée-le long d'une ligne horizontale est disponible sous la forme d'un signal électrique à la sortie du tube photomulti- plicateur Ce signal électrique peut être utilisé pour commander l'entrée de signaux d'un écran de contrôle de télévision 39 Les dispositifs de déviation de cet écran de contrôle de télévision sont commandés par des signaux correspondant à la translation effectuée par l'intensi- ficateur d'images 34 et à la rotation effectuée par l'in- tensificateur d'image 35 L'écran de contrôle de télé- vision fait donc apparaître une image (tomogramme) de la section transversale de l'objet 1. Différentes modifications du procédé et d-e l'appareil qui ont été décrits ci-dessus sont possibles. Par exemple, selon les Figures 1 et 3, le détecteur s'étend sous forme d'une ligne droite, mais cette ligne pourrait aussi être légèrement incurvée La distorsion qui en résulte pourrait être compensée de diverses ma- nières évidentes pour le spécialiste, par exemple au moyen du dispositif optique 31. En outre, comme cela a déjà été indiqué, le foyer de rayons X peut franchir le trajet de -F à +F de façon continue et également pas à pas Dans ce der- nier mode defonctionnement, une distinction correcte entre les profils associés avec les différentes positions du foyer est garantie Eventuellement, la vitesse ou la longueur des pas peut être modifiée le long du trajet selon une fonction appropriée, par exemple une fonction sinusoïdale. Les profils peuvent être écrits directement sur l'écran d'untube à rayons cathodiques sous la forme d'un tracé de profils et être traités ensuite de la ma- nière décrite ci-dessus, mais les profils peuvent aussi être mémorisés sur un support d'enregistrement afin d'être soumis ultérieurement à un autre traitement d'une sorte ou d'une autre Dans tous les cas, il est nécessai- re d' indiquer la position du foyer associé avec chaque profil Dans la disposition représentée sur la Figure 3, cela peut se faire d'une façon simple si la déviation horizontale du tube à rayons cathodiques se fait en correspondance avec le mouvement du foyer de rayons X. En principe, il est également possible de réa- liser la translation ainsi que la rotation du tracé de profil au moyen d'un seul intensificateur d'image conçu spécialement à cet effet, cet intensificateur comprenant un dispositif approprié de déviation et de rotation d' image. Comme cela a été indiqué ci-dessus, un masque à fente est utilisé dans l'appareil selon l'invention. Etant donné quela fente ne constitue pas seulement la ligne du tracé de profils associé avec l'élément d'image à former à cet instant, mais qu'elle est en même temps croiséepar des lignes du tracé de profils associé avec d'autres éléments d'image, un certain manque de netteté se produit dans le toniogramme final Ce manque de nette- té peut être considéré comme résultant d'une fonction de diffusion de point qui doit être déterminée par des procédés expérimentaux et itératifs Les effets de cette fonction de diffusion de point peuvent être éliminés en utilisant un masque différent au lieu du masque à fente, ou en combinaison avec lui Cette technique est connue par la demande de Brevet Néerlandais no 76 05 254 Etant donné que la technique décrite dans cette demande de Bre- vet nécessite normalement qu'une fonction, dite fonction de déconvolution, soit incorporée dans le masque utilisé, cette fonction comprenant des sorties positives aussi bien que négatives, dans ce cas, un simple masque ne suf- fit pas et un premier masque incorporant la partie posi- tive de la fonction de déconvolution et un second masque incorporant la partie négative de la fonction de déconvo- lution doivent être utilisés. Par conséquent, dans la manière décrite dans la demande de Brevet précitée, un séparateur de faisceaux est nécessaire ainsi qu'un second tube photomultiplicateur associé avec le second masque Les signaux de sortie des tubes photomultiplicateurs sont soustraits l'un de l'autre avant leur application à l'écran de contrôle de télévision et en général, au dispositif de formation d'images. Bien entendu, diverses autres modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit et illustré à titre d'exemple nullement limitatif sans sor- tir du cadre de l'invention. 11 2513403 REVENDICATIONS 1 Procédé de formation d'image tomographique en tomographie de section transversale, selon lequel un objet est irradié par un faisceau plat de rayons X sous des angles différents pour former successivement plusieurs profils sur un écran sensible aux rayons X ou un détecteur de rayons X, un tomogramme étant réalisé à partir des pro- fils, procédé caractérisé en ce que l'objet ( 1) et le dé- tecteur de rayons X ( 3) sont maintenus immobiles et que, pour former des différents profils, la source ( 2) du fais- ceau plat de rayons X est déplacée le long d'un trajet relativement court s'étendant sur le côté de l'objet op- posé au détecteur de rayons X. 2 Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le trajet franchi par la source du faisceau de rayons X est un trajet rectiligne (-F, +F). 3 Procédé selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que le trajet rectiligne est pratiquement paral- lèle au détecteur de rayons X. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un tube à rayons X dont l'anode reçoit un faisceau d'élec- trons orientable, le point instantané o le faisceau d'électrons rencontre l'anode constituant la source in- stantanée de rayons X et l'anode constituant ledit trajet relativement court. Procédé selon la revendication 1 ou 3, carac- térisé en ce que la source de- rayons X ( 2) parcourt pas à pas ledi t trajet relativement court. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que les profils sont écrits en juxtaposition sur un support d'enregistrement pour for- mer un tracé de profils, l'intensité d'un élément d'image du tomogramme à former étant déterminée on utilisant une manière appropriée de combiner les intensités des points du tracé de profils. 7 Procédé selon la revendication 6, caractéri- sé en ce que ladite manière appropriée de combiner con- siste en une manière linéaire, effectuée par intégration de l'intensité le long d'une ligne droite dans le tracé de profils coupant les profils. 8 Procédé selon la revendication 6, caractéri- sé en ce que pour déterminer l'intensité des éléments d'image du tomogramme à former, le tracé de profils est détecté à travers au moins un masque ( 36) par un disposi- tif ( 38) effectuant une intégration sur ledit ou lesdits masques, le tracé de profils et ledit et lesdits masques étant soumis à une translation et, dans chaque position translatée, à une rotation l'un par rapport à l'autre. 9 Procédé selon la revendication 8, caractéri- sé en ce que ledit au moins un masque ( 36) est un masque à fente. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le signal de sortie dudit disposi- tif ( 38) effectuant une opération d'intégration sur ledit au moins un masque est utilisé pour commander un disposi- tif de reproduction d'images ( 39). I 1 Appareil pour former des images tomographi- ques, comprenant une source de rayons X ( 2) pour irradier un objet ( 1) avec un faisceau plat de rayons X, un dispo- sitif de commande pour que ledit faisceau de rayons X irradie l'objet à partir de différentes positions pour former un certain nombre de profils sur un détecteur ( 3) - de rayons X, et un dispositif pour former un tomogramme à partir desdits profils, dispositif caractérisé en ce que ledit dispositif de commande comporte un dispositif agencé pour déplacer ladite source de rayons X, lorsqu' elle fonctionne, dans un trajet relativement court (-F,i F) s'étendant sur le côté de l'objet ( 1) opposé à l'écran - sensible aux rayons lF ou au détecteur de rayons X, ledit écran sensible aux rayons X ou ledit détecteur de rayons X et ledit objet étant immobiles. 12 Appareil selon la revendication 11, carac- térisé en ce que ledit trajet relativement court (-S +F) est un trajet rectiligne. 13 Appareil selon la revendication 12, carac- térisé en ce que ledit trajet est pratiquement parallèle audit détecteur de rayons X ( 3). 14 Appareil selon la revendication 11, carac- térisé en ce que ladite source de rayons X ( 2) comporte au moins un tube à rayons X monté de façon fixe compor- tant une anode linéaire qui, en fonctionnement, est exci- tée par un faisceau d'électrons produit par un canon à électrons monté dans le tube a rayons X, le point ou le- dit faisceau d'électrons frappe l'anode constituant la source instantanée de rayons X, ledit dispositif de com- mande comportant un dispositif de déflexion pour le fais- ceau d'électrons, des te nsions de déviation étant appli- quées audit dispositif de déflexion, en fonctionnement, de manière que ledit faisceau d'électrons effectue un. mouvement de balayage sur l'anode - 15 Appareil selon la revendication 14, caracté- risé en ce que ladite anode est une bande linéaire. 16 Appareil selon la revendication 15, caracté- risé en ce que ladite anode est parallèle audit détecteur de rayons X ( 3). 17 Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations il à 16, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande fait parcourir pas à pas le trajet relative- ment court par la source de rayons X ( 2). 18 Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 11 à 17, caractérisé en ce que ledit dispositif destiné à former un tomogramme à partir des profils com- porte un dispositif à mémoire électro-optique ( 33 a) dans lequel les profils obtenus pendant des parcours succes- sifs du trajet relativement court par la source de rayons X ( 2) sont mémorisés en juxtaposition sous la forme d'un tracé de profils, 19 Appareil selon la revendication 18, caracté- risé en ce qu'il comporte une caméra de télévision ( 30) pour capter les profils formés successivement et pour les convertir en des signaux électriques. Appareil selon la revendication 19, carac- térisé en ce que les signaux électriques sont appliqués à lentrée de signaux d'un tube à rayons cathodiques ( 33) comportant un écran à mémoire ( 33 a) ou un écran de per- sistance suffisamment longue, le dispositif de déflexion du tube à rayons cathodiques étant commandé pour former un tracé de profils sur l'écran. 21 Appareil selon la revendication 20, carac- térisé en ce que l'écran est couplé optiquement avec la fenétre de cathode d'un premier tube intensificateur d'images ( 34) ce tube comprenant un dispositif de dé- flexion commandé de manière que l'image du tracé de profils formé sur l'anode du tube intensificateur d'image soit soumise à une translation. 22 Appareil selon la revendication 21, carac- térisé en ce qu'il comporte un second tube intensifica- teur d'image ( 35) dont la fenêtre de cathode est couplée optiquement avec l'écran d'anode dudit premier tube in- tensificateur d'image ( 34), ledit second tube intensifi- cateur d'image comprenant un dispositif de rotation d'image commandé pour que l'image du tracé de profils formé sur l'anode dudit second tube intensificateur d'image puisse être tournée d'un angle prédéterminé dans chaque position translatée produite par ledit premier tube intensificateur d'image ( 34). 23 Appareil selon la revendication 22, carac- térisé en Qe qu'il comporte au moins un détecteur de lu- mière ( 38) agencé pour intégrer par l'intermédiaire d'un masque associé ( 36), la distribution de luminosité de l'image anodique du second tube intensificateur d'image dans chaque position angulaire produite par ledit second tube, et pour convertir la distribution de luminosité in- tégrée en un signal électrique de sortie correspondant. 24 Appareil selon la revendication 23, carac- térisé en ce que ledit masque ( 36) est un masque à fente. Appareil selon la revendication 23 ou 24, caractérisé en ce que le signal électrique de sor- tie du détecteur-de lumière ( 38) est appliqué à l'en- trée de signaux d'un écran de contrôle de télévision ( 39).