Brevet FR2535142A1 — publié le 19840427

ASSERVISSEMENT AUTOMATIQUE DE LA PUISSANCE D'IRRADIATION POUR UNE INSTALLATION DE RAYONS X AVEC AMPLIFICATEUR D'IMAGE L'objet de la présente invention est un asservissement automatique de la puissance d'irradiation pour des installations de rayons X dont l'alimentation du tube à rayons X est reliée à une unité de régulation déterminant les paramètres de fonctionnement du tube à rayons X et qui comporte un capteur engendrant un signal proportionnel à la valeur instan tanée de l'intensité lumineuse, ce capteur étant raccordé à l'entrée de commande de l'unité de régulation par l'intermédiaire d'un convertisseur de signal. Les asservissements automatiques de la puissance d'irradiation peuvent être repartis en deux grands groupes. L'objectif d'une partie de ces dispositifs est de maintenir constante la valeur de la puissance d'irradiation rayonnée. De tels dispositifs comportent, par exemple, des cap- teurs à chambre d'ionisation. L'autre groupe des asservissements stabilise la luminosité de l'écran de l'amplificateur d'image en utilisant des photosemi-conducteurs (cellules photoélectriques, photodiodes, etc...), ou des photomultiplicateurs d'un signal Vi di kon correspondant. Le facteur de transformation de l'amplificateur d'image varie en fonction de la tension de fonctionnement choisie (de plus d'un facteur 2).Dans le cas du photomultiplicateur électronique, la grande dispersion, la haute tension necessaire à l'alimentation et les grandes dimensions du photomultiplicateur constituent chacun un inconvénient important. Comme inconvénient de la regulation par le signal vidéo, on peut citer une probabilité d'erreur élevée, ce qui est une conséquence de la chaine de régulation comportant une électronique compliquee. Les régulations munies de capteurs à photo-semiconducteurs n'ont pu s'imposer que dans une faible mesure du fait du faible niveau du signal instantané proportionnel au debit d'irradation. Une caractéristique commune des régulations maintenant à un niveau fixe la luminosité de l'écran de l'amplificateur d'image réside dans le fait que le signal reel est pris à l'amplificateur d'image. Pour obtenir le signal, on utilise la luminosité de l'écran ou le courant de la photo cathode de l'amplificateur d'image. Le courant de la photo-cathode et la luminosité del'écran sont rigoureusement proportionnels. Dans un des plus modernes dispositifs de régulation automatique de puissance d'irradiation, le signal réel nécessaire à la régulation est pris à la photocathode de l'amplificateur d'image et est comparé à un signal de consigne apres amplification dans un amplificateur à courant continu. La tension d'alimentation du tube à rayons X est influencéepar 'le signal différentiel. Le signal que l'on peut recueillir à la cathode de l'amplificateur d'image a un très faible niveau et sa valeur suit les fluctuations pério diques de la puissance d'irradiation en rayons X. Comme on sait, l'ampli fication de faibles tensions continues est très difficile du fait des iné vitables déplacements du zéro et des phénomènes de dérive . Pour la régu lation de la puissance d'irradiation, cette difficulté est cependant aug mentée du fait que le signal réel est représenté par une tension continue fluctuante dont la valeur moyenne ne correspond pas avec une fidélité suffisante à la valeur instantanée de la puissance d'irradiation.En effet, la puissance d'irradiation est une grandeur fonction du carré de la ten sion instantanée appliquée au tube à rayons X, et ses variations éventuel les ne sont représentées que par des variations moindres que sa moyenne calculée pour une période complète. Une autre difficulté consiste en ce que la constante de temps de la régulation est grande, ce qui est en opposition avec la vitesse de variation de la valeur moyenne de la tension continue. Ceci a pour effet d'exiger des solutions compliquées pour la stabilisation de la régulation, et donc nuit à l'efficacité de la régulation. L'un des buts de l'invention consiste à réaliser un asservissement automatique pour une installation de rayons X avec amplificateur d'image qui assure, d'une part,un un captage précis du signal proportionnel à la puissance d'irradiation qui puisse, d'autre part, s'appliquer à un domaine d'utilisation étendu et qui assure une réaction de régulation stable et rapide tout en étant affranchi des défauts decrits ci-dessus pour les so lutions connues. Selon l'invention, on réalise un asservissement automatique de la puissance d'irradiation pour une installation à rayons X avec amplificateur d'image dont l'alimentation du tube à rayons X est reliée à une unité régu lant les paramètres du tube à rayons X et comporte un capteur donnant un signal proportionnel à la valeur instantanée de l'intensité lumineuse, le capteur étant connecté par l'intermédiaire d'un convertisseur de signal à l'entrée de commande de l'unité de régulation, et l'alimentation du tube a rayons X comportant, selon l'invention, une sortie de synchronisation produisant un signal proportionnel à sa tension alternative.Cette sortie est reliee à l'entrée de commande d'un circuit engendrant le signal de porte et dans le convertisseur de signal est prévu un commutateur élec- tronique dont l'entrée de commande est reliée avec le circuit engendrant le signal de porte. L'entree du commutateur électronique est reliée à la sortie du capteur et la sortie du commutateur électronique est reliee par l'intermédiaire d'un amplificateur et d'un circuit de maintien de niveau à l'entrée de commande de l'unité de régulation. Le circuit engendrant le signal de porte et commandé par la sortie de synchronisation,fait que le commutateur électronique est maintenu en position ouverte pendant une durée predéterminee et dans une position syn chronisée fixe par rapport à la tension continue pulsee alimentant le tube à rayons X. Ainsi, la grandeur du signal réel commute n'est déterminée que par la valeur effective du signal d'irradiation. Le signal à la sortie du commutateur électronique est, de plus, une tension alternative facile à traiter et à amplifier qui représente déjà,apres amplification et déter- mination de son niveau,un signal reel fiable pour la régulation. Selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention, un généc rateur de signal, synchronisé avec la sortie de synchronisation de l'alimentation du tube à rayons X, est inclus dans le circuit engendrant le sig nal de porte, la sortie dudit générateur de signal etant connect un comparateur.etla sortie du comparateur etant reliée à l'entrée d'un multi vibrateur monostable déteniinant la durée du signal de porte et dont les sorties sont reliées directement,ou chacune par l'intermédiaire d'un ampli ficateursavec l'unité de commande du commutateur électronique. Avec un tel branchement, la phase de test et la durée de l'impulsion signal de balayaqe peuvent être ajustees et choisies en correspondance à la tension d'alimentation alternative, ce qui améliore fondamentalement la sen sibilité et la stabilité de la régulation. Le circuit recueillant la tension proportionnelle au signal d'irra diation instantanee peut être une résistance branchée sur la cathode de l'amplificateur d'image ou une cellule photoélectrique disposée sur le circuit optique. L'unité de régulation incluse dans le circuit selon l'invention comprend avantageusement un premier et un second comparateur dont les'entrées sont reliées à la sortie du circuit de maintien de niveau et dont les entres de référence sont connectées à un premier et un second gené- rateur de signal de consigne, les sorties des comparateurs étant reliees par l'intermédiaire de temporisateurs et d'organes de réglage avec l'entrée de régulation de l'alimentation du tube à rayons X. De cette manière, les deux comparateurs fixent les limites inférieure et supérieure de l'intervalle regulé. Une action de régulation a lieu seulement lorsque le signal réel franchit la limite inférieure ou su- périeure de l'intervalle prédéterminé. La présence des temporisateurs 'fait, qu'après le franchissement des limites, une action subsequente modifiant la commande ne puisse avoir lieu pendant le délai nécessaire a liac- tion. Ainsi obtient-on une commande rapide et stable sans apparition d'oscillations et de pompages. Dans une forme de realisation avantageuse de l'invention, les entries du premier et second générateurs de signal de consigne sont reliées à une sortie signalant laprésence d'un tube ou d'un diaphragme limitant le faisceau de rayons X. Cette liaison fait que la régulation tient compte d'un mode de fonctionnement avec une irradiation atténuée par le tube ou le diaphragme, c'est-à-dire que l'irradiation est maintenue a un niveau constant correspondant a la valeur atténuée. I1 est également utile que les temporisateurs soient formés chacun d'un multivibrateur monostable et que les organes de régulation soient reliés à un servo-moteur commandant un transformateur variable à tore se trouvant dans l'alimentation du tube à rayons X. Les multivibrateurs monostables sont insensibles à de nouveaus signaux d'entrée pendant la durée de temporisation prédéterminée et leur utilisation permet donc un accord entre les constantes de temps du captage rapide et de la régulation lente. La solution selon l'invention permet, du fait du captage efficace du signal réel de l'amplification à courant alternatif et des constantes de temps harmonisees du captage et de l'action de la régulation, un asser vissement simple et variable du débit d'irradiation pour tous les types de fonctionnement existant en pratique. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaitront à la lec ture de la description d'un mode de réalisation faite à titre non limitatif, et en regard du dessin annexé ou: - la figure 1 est la représentation graphique en fonction du temps de la tension aux bornes du tube à rayons X, de la puissance d'irradiation et du signal capté; - la figure 2 represente un schéma synoptique d'une forme de réalisa tion avantageuse de l'asservissement automatique de la puisse ce d'irradiation selon l'invention. On se référera d'abord à la figure 2 qui représente une installation de rayons X usuelle avec amplificateur d'image équipée d'un asservissement automatique de la puissance d'irradiation selon l'invention. L'alimentation 18 fournit les tensions nécessaires à l'installation de rayons X 19, c'est-à-dire au tube à rayons X et à son circuit auxiliaire. Le générateur 18 comporte avantageusement un transformateur à tore à l'aide duquel la tension de sortie peut être modifiée. Le patient à examiner, schematisé en 20, est placé devant le généra- teur de rayons X 19. Sur le parcours des rayons X traversant le patient,est disposé l'amplificateur d'image 21 relié à un système optique approprié. En ce qui concerne l'invention, il est important que le signal lumineux instantané de l'amplificateur 21, soit transformé en une tension continue analogique par un circuit de captage. A cette fin, on peut utiliser, par exemple, une resistance R branchée sur la cathode de l'amplificateur d'image 21 ou une cellule photoélectrique spéciale 22 disposée convenablement dans le système optique. La sortie du circuit de captage est reliée à l'entrée du commutateur électronique 1. Le commutateur électronique 1 possède deux entrées de commande et entre ces entrées de commandeXet une sortie de synchronisation du générateur 18 est disposé le circuit générateur du signal de porte. Le circuit générateur du signal de porte comprend: le générateur de signal 2 dont l'entrée de déclenchement est relié à l'entrée de la synchronisation susmentionnee, le comparateur 3 commandé par la sortie du générateur de signal 2, le multivibrateur monostable 4 avec entrée de declenche- ment relié à la sortie du générateur de signal 2, de plus les deux amplificateurs 5 et 6 par l'intermédiaire desquels les sorties positive et négative du multivibrateur monostable 4 sont reliées aux deux entrées de commande du commutateur électronique 1. La sortie du commutateur électronique 1 est reliée par l'intermedi- aire de l'amplificateur de tension alternative 7 au circuit de maintien de niveau 8. L'unite de régulation est disposée entre la sortie du circuit de maintien de niveau 8 et l'entrée de régulation du générateur 18 et elle comprend deux comparateurs 9 et 10 dotés d'hystérésis et dont les entrées sont reliées à la sortie du circuit de maintien de niveau 8, les entrées de référence étant reliées aux sorties des circuits générateurs de signal de consigne 11 et 12. Les générateurs de signal de consigne 11 et 12 dé- terminent les limites inférieure et supérieure de la régulation et entre ces deux limites, aucune action n'intervient.Dans le cas où l'installation de rayons X 19 peut être munie d'un tube ou d'un diaphragme pour la réduction de l'irradiation, cette situation est signalée aux générateurs de signaux de consigne 11 et 12 par l'intermédiaire de la liaison prévue entre l'installation de rayons X 19 et les générateurs de consigne 11 et 12, ce qui provoque une modification correspondante de la valeur de consigne. Les sorties des comparateurs 9 et 10 sont reliées a chacune des entrées de dtclenchement des multivibrateurs monostables 13 et 14. Les sorties des multivibrateurs monostables 13 et 14 sont reliées chacune à une entrée d'un servo-moteur 17 par l'intermédiaire des organes de régulation 15 et 16 qui sont avantageusement des amplificateurs de puissance. Le servomoteur 17 sert à la commande du transformateur variable a tore disposé dans l'alimentation du tube a rayons X. On se réfere à la figure 1 pour décrire le fonctionnement du dispo- sitif selon l'invention. La tension de sortie de l'alimentation 18 fournie par un montage de Graetz est représentée par les ondes 1'. La variation de la puissance d'irradiation produit par l'installation à rayons X 19 est représentée par les ondes 2', qui sont déjà beaucoup plus raides et étroites o que les ondes 1'. Le dispositif selon la figure 2 fonctionne de la manière suivante. A la sortie de synchronisation de l'alimentation 18 apparaît, par exemple lors de l'annulation de la tension de sortie, une impulsion qui, entrée dans le générateur d'impulsion 2, synchronise ses impulsions de sortie avec la tension de sortie. Le générateur 2 engendre par exemple une impulsion en dent de scie et lorsque le signal de sortie atteint une valeur prédéterminée, le comparateur bascule et à sa sortie apparait une impulsion. En modifiant le signal de référence du comparateur 3, on peut faire varier à volonté le déphasage entre son impulsion de sortie et le zéro de la tension de l'alimentation. Le multivibrateur monostable 4 est déclenché par cette impulsion et à sa sortie apparaît une impulsion de durée prédéterminée. La montée de cette impulsion ouvre par l'intermédiaire de l'amplificateur 5 le commutateur électronique 1 et sa descente ferme par l'intermédiaire de l'amplificateur 6 le commutateur électronique 1. A la sortie du commutateur électronique 1, la tension de balayage, c'est -dire le signal proportionnel à la puissance d'irradiation instantanée, ne peut apparaître que pour la durée de son état ouvert. Sur la figure 1, les impulsions 3' représentent la tension de sortie du commutateur électronique 1. Si la phase de balayage du commutateur électronioue 1 est synchronisée avec la tension de l'alimentation0 son Signal correspond au maximum o -la-puig d'irradiation lorsque la; puissance d'irradiation prend sa valeur significative pour la régulation. Il est clair que le signal de balayage ainsi ob su,t les variations de la puissance d'irradiation de façon beaucoup plus sensible que la valeur moyenne des ondes 2' calculée pour une période complet alors que cette valeur moyenne était utilisée dans le dispositif connu comme signal réel. Le signal de baiayage est dans le présent cas une tension alternative amplifiée par l'amplificateur 7 d'un niveau de quelques mV jusqu'à la valeur correspondante et dont la valeur est fixée par le circuit de maintien de niveau 8. Les comparateurs 9 et 10 de la figure 1 reçoivent de la sortie du circuit de maintien de niveau 8 et pendant la durée renrésentée en hachures sur la figure 1, la valeur image du signal de balayage, amplifiée niveau fixé. Le comparateur 9 travaille quand le niveau du signal est plus petit que la plus petite valeur admissible déterminée par le générateur de signal de consigne 11. La condition de fonctionnement du comparateur 10 est, par contre, le dépassement du niveau maximum admissible, déterminée par le générateur de signal de consigne 12. Si le signal de balayage franchit,par exemple le plus petit niveau admissible, le comparateur 9 commute et actionne le multivibrateur monostable 13. Le retard du comparateur 9 est beaucoup plus grand que la période c des signaux de balavaqe. Pendant l'impulsion du multivibrateur monostable 13, l'organe de régulation 15 actionne le servo-moteur 17 dans la premiere direction pourlaquelle le transformateur variable à tore tourne et voit sa tension augmenter. En conséquence, la valeur du signal de balayage au( mente et le comparateur 9 commute à nouveau vers son état initial. Après ce retour à l'état initial, le multivibrateur monostable 13 ne reçoit plus de signal de déclenchement et le servo-moteur 17 s'arrente et reste dans la position souhaitée. Dans le cas contraire, c'est-à-dire lorsque le signal de balayage dépa la limite supérieure permise, le comparateur 10 commute, et le multivibrateur 14 actionne le servo-moteur 17 dans la direction opposee. Par ce mode de fonctionnement, il est clair que l'on a realisé ici un asservissement de la puissance d'irradiation qui est à la fois simDle et efficace et dans lequel la période de balayage peut être choisie à volonté dans une position synchronisée et avec une durée quelconque afin d'utiliser la partie du signal la plus caractéristique de l'appareil à rayons X. L'équipement peut être mis en oeuvre rapidement, en tenant compte cependant de sa grande constante de temps, et il reste également insensible pour une durée predeterminee, ce qui entrain la suppression des oscillations et des pompages intempestifs. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Asservissement automatique de la puissance d'irradiation pour une installation de rayons X avec amplificateur d'image, avec une unité de régulation reliée au générateur de l'installation de rayons X déterminant les paramètres de fonctionnement du tube à rayons X de l'installation et avec un capteur produisant un signal proportionnel à la valeur instantanée de l'intensité lumineuse et qui est relié par l'intermédiaire d'un convertisseur de signal à l'entrée de commande de l'unité de régulation, caractérisé en ce que l'alimentation (18) du tube à rayons X comporte une sortie de synchronisation donnant un signal de synchronisation proportionnel à sa tension alternative, ladite sortie étant reliée à l'entrée de commande d'un circuit générateur de signal de porte, en ce que le convertisseur comporte un commutateur électronique (1) dont l'entrée de commande est reliée à la sortie du circuit générateur de signal de porte et en ce que l'entrée du commutateur électronique (1) est connectée à la sortie du capteur, la sortie du commutateur électronique (1) étant reliée par l'intermédiaire d'un amplificateur (7) et d'un circuit de maintien de niveau (8) à l'entrée de commande de l'unité de régulation 2.- Asservissement automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le circuit générateur du signal de porte est disposé: un générateur de signal (2) synchronise avec la sortie de synchronisation de l'alimentation (18), un comparateur (3) relié à la sortie du générateur de signal (2) et un multivibrateur monostable (4) relié à la sortie du comparateur (3) et déterminant la durée du signal de porte, la sortie dudit multivibrateur etant reliée par l'intermédiaire d'amplificateurs (5, 6) à l'entrée de commande du commutateur électronique (1). 3.- Asservissement automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur consiste en une résistance (R) reliée à la cathode de l'amplificateur d'image (21) ou d'une cellule photoélectrique (22) disposée sur le circuit optique. 4.- Asservissement automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de régulation comporte un premier et un second comparateurs (9, 10) dont les entrées sont reliées à la sortie du circuit de maintien de niveau (8), en ce que dans l'unité de régulation sont prévus un premier et un second générateurs de signal de consigne (11, 12), dont les sorties sont connectées aux entrées de référence du premier et second comparateurs (9, 10) et en ce que les sorties des comparateurs (9, 10) sont reliées par l'intermédiaire de temporisateurs et d'organes de régulation à l'entrée de régulation de l'alimentation (18), 5.- Asservissement automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les entrées du premier et du second générateurs de signal de consigne (11, 12) sont reliées à une sortie de l'installation à rayons X (19) signalant la présence d'un tube ou d'un diaphragme limitant l'image. 6.- Asservissement automatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les temporisateurs consistent en multivibrateurs monostables (13, 14), en ce que les organes de régulation (15, 16) sont reliés à un servo-moteur (17) et en ce que le servo-moteur (17) commande un transformateur variable à tore de l'alimentation t18).