Brevet FR2545270A1 — publié le 19841102

i INTENSIFICATEUR D'IMAGES RADIOLOGIQUES ET APPLICATION A UN SYSTEME DE RADIOLOGIE NUMERIQUE La présente invention concerne un intensificateur d'images radiologiques Elle concerne également l'application de cet intensi- ficateur à un système de radiologie numérique. Les intensificateurs d'images radiologiques ou 1 I R sont bien connus de Part antérieur On se reportera par exemple à l'article paru dans la revue technique THOMSON-CSF, volume 8, numéro 4, décembre 1976, intitulé "L'intensification d'image en radiologie médicale et industrielle". Les intensificateurs d'images radiologiques convertissent une image radiologique formée de rayons X en une image observable sur un écran Ils comportent: un écran luminescent d'entrée assurant la conversion des rayons X incidents en photons lumineux; une photocathode en contact optique avec l'écran lumines- cent qui assure la conversion des photons-lumineux en photo-élec- trons; une optique électronique assurant la focalisation des trajec- toires électroniques et le gain en énergie des photo-électrons; un écran d'observation assurant la conversion des photo- électrons en photons lumineux. La présente invention concerne plus particulièrement les écrans luminescents d'entrée des I l R. Actuellement ces écrans sont généralement réalisés par dépôt sous vide, sur un substrat concave, d'un matériau luminescent à numéro atomique élevé, tel que Piodure de césium. Les écrans connus ont soit le plus souvent une plus grande épaisseur de matériau luminescent sur les bords qu'au centre, soit une épaisseur sensiblement constante, mais plutôt plus forte sur les bords qu'au centre. La figure 1 montre une vue en coupe d'un écran luminescent 1 dont l'épaisseur hb sur les bords est plus forte que l'épaisseur hc au centre Les courbes a e t b en pointillés de la figure 2 montrent que, pour les écrans connus, la variation d'épaisseur, du centre vers les bords, de la couche de matériau luminescent en pourcentage de son épaisseur au centre de l'écran est soit croissante courbe a soit sensiblement horizontale mais plutôt croissante courbe b -. On va exposer ci-après les différents éléments du problème que la Demanderesse se propose de résoudre. La Demanderesse désire utiliser des l I R pour des systèmes tels que les systèmes de radiologie numérique dans lesquels on doit prendre plusieurs fois une même image, en utilisant des énergies différentes de rayons -X Les diverses images ainsi obtenues sont converties en numérique et traitées sur ordinateur, par exemple par soustraction pondérée, ce qui permet d'obtenir finalement une image 1 S o certains organes ressortent par rapport à d'autres. Les I I R connus conviennent mal à cette utilisation pour les raisons suivantes. On a vu que dans les l I R connus l'épaisseur de l'écran luminescent est plus forte sur les bords qu'au centre On augmente ainsi le nombre de rayons X absorbés sur les bords de l'écran ce qui corrige la faiblesse de sensibilité qui existe généralement aux bords du champ d'observation Cette faiblesse de sensibilité est due, notamment, à la divergence géométrique des rayons X utilisés pour former l'image, à la distorsion en coussindes optiques électroniques des L L R etc. La différence d'épaisseur entre le centre et les bords de la couche luminescente des écrans d'entrée d'I I R entraîne une dif- férence d'absorption des rayons X Lorsque l'énergie des rayons X augmnente, leur probabilité d'absorption décroit plus vite au centre que sur les bords, car les bords sont plus épais que le centre, et la sensibilité des bords augmente par rapport à celle du centre. La Demanderesse en a conclu que les I J R connus présentent pour une énergie de rayons X donnée, une sensibilité bords-centre sensiblement uniforme, mais que lorsque l'énergie des rayons X varie, la sensibilité des l I R au centre de l'écran et leur sensibilité sur les bords évoluent de façon très différente Les I l R connus ne conviennent donc pas très bien pour les systèmes de radiologie numériques. La présente invention se propose de résoudre le problème de la conception d'un écran luminescent d' I R, utilisable notamment dans un système de radiologie numérique, et dont la sensibilité en tous points de l'écran varie de la même façon, lorsque l'énergie des rayons X varie. Selon la revendication 1, la présente invention concerne un intensificateur d'images radiologiques, comportant un écran lumi- nescent assurant la conversion des rayons X incidents en photons lumineux, et caractérisé en ce que lépaisseur de Pécran est plus faible sur les bords de l'écran qu'au centre. Selon l'invention, on cherche à rendre l'écran luminescent d'entrée identique en tous points pour les rayons X, c'est-à-dire que l'on cherche à avoir une épaisseur "apparente" de l'écran constante pour tous les rayons X incidents On est amené à diminer l'épaisseur des bords de l'écran par rapport au centre pour que la longueur du trajet dans le matériau luminescent soit sensiblement la même pour tous les rayons X quel que soit leur angle d'incidence sur l'écran. Ainsi lorsque l'énergie des rayons X varie, la longueur du trajet dans le matériau incident étant la même pour tous les rayons X, la sensibilité en tous points de Pécran varie sensiblement de la même façon. On constate donc que l'écran selon l'invention est totalement différent des écrans connus On peut considérer, qu'étant donnés les écrans connus, il existait un préjugé technique dissuadant l'homme de métier de concevoir des écrans luminescents d'épaisseur plus grande au centre que sur les bords Le calcul et l'expérience ont montré l'intérêt de ces écrans selon l'invention. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent: les figures 1 et 3, des vues en coupe d'un écran luminescent d'1 I R selon l'art antérieur et selon un mode de réalisation de l'invention; la figure 2, des courbes montrant différents profils de -5 variation de l'épaisseur de la couche de matériau luminescent du centre vers les bords de l'écran; les figures 4 et 5, des schémas expliquant le fonctionnement de l'écran selon l'invention. Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées. La figure 1 a été décrite dans l'introduction à la description Il en est de même des courbes a et b de la figure 2. Sur la figure 2, la courbe c, en trait plein, montre les variations, en pourcentage, de la grandeur A e = (h hc / hi lorsque l'on se déplace du centre vers les bords d'un écran luminescent selon un mode de réalisation de l'invention, avec h l'épaisseur de l'écran en un point quelconque de l'écran et hc l'épaisseur au centre de l'écran. La courbe c est décroissante Sur les bords du champ image, te égale sensiblement 20 % On définit le bord du champ image de la façon suivante La projection d'un écran, tel que celui représenté sur la figure 1, sur une surface donne un cercle de rayon r O Le bord du champ image est constitué par une couronne de largeur r/10 ou r/16 environ qui occupe la périphérie de ce cercle. *La figure 3 est une vue en coupe d'un mode de réalisation d'un écran selon l'invention dont l'épaisseur hb sur les bords est plus faible que l'épaisseur au centre h c Les écrans luminescents sont généralement réalisés par dépÈt sous vide, sur un substrat concave, ce qui est imposé pour le bon fonctionnement de l'optique électronique, d'un matériau luminescent à numéro atomique élevé tel que l'iodure de césium Ce substrat peut être soit la fenêtre d'entrée de l'I I R, soit une pièce rapportée à l'intérieur de l'I I R. Pour absorber le maximum de rayons X, l'épaisseur de la couche de matériau luminescent doit être la plus grande possible, mais cela se fait au détriment de la résolution Un compromis doit être trouvé Lorsqu'on utilise de l'iodure de césium déposé sous vide, ce compromis se situe actuellement entre 200 et 500 micromètres d'épaisseur. Pour fabriquer un écran luminescent dont l'épaisseur est plus faible sur les bords qu'au centre, on est conduit à modifier les conditions géométriques de l'évaporation qui sont habituellement employées pour fabriquer des écrans dont l'épaisseur est plus grande sur les bords qu'au centre. L'invention va être expliquée en se référant aux figures 4 et 5. Sur la figure 4, on a représenté de façon schématique un intensificateur d'images radiologiques 2 L'écran luminescent 1 se trouve sur la partie droite de I' I R Cet écran reçoit l'impact de 1 S rayons X produits par une source 3 placée sur Paxe OO' de II 1 R à une distance F. L'écran luminescent est concave On suppose que dans l'exem- ple de la figure 4 cet écran est constitué par une calotte sphérique de rayon de courbure R La courbure de l'écran peut prendre diverses autres formes; on peut utiliser des écrans luminescents concaves, de forme hyperbolique, parabolique etc La flèche de Pécran peut prendre diverses valeurs qui interviennent dans les caractéristiques de l'optique électronique. On considère sur la figure 4 l'impact sur Pécran des rayons X émis par la source 3 qui arrivent sur Pécran en un point P situé à une distance B de l'axe QO'. On désigne parrd et t les angles sous lesquels le point d'impact P sur l'écran est vu respectivement à partir du centre C de la sphère dont l'écran est une calotte et à partir de la source 3 de rayons X. La figure 5 est un agrandissement de la région de l'écran comportant le point d'impact P. On désigne par d le trajet dans le matériau luminescent des rayons X traversant l'écran obliquement au point P. Selon l'invention, ce trajet d doit être égal à l'épaisseur hc de l'écran en son centre, sur l'axe 00 ', qui correspond au trajet dans le matériau luminescent des rayons X se déplaçant selon l'axe OO'. L'égalité suivante doit donc être vérifiée: d = hp hb / cos e, avec hp, l'épaisseur de l'écran au point P et e = o'v 3 On en déduit donc que l'épaisseur hp de l'écran au point P égale hc cos e et est donc inférieure à l'épaisseur hc au centre de l'écran. En conclusion, qu'il s'agisse d'un écran concave en forme de calotte sphérique ou d'un écran concave de forme quelconque pour que le trajet des rayons X dans le matériau luminescent de l'écran ait sensiblement la même longueur quel que soit le point d'impact des rayons X sur l'écran il faut que l'épaisseur de l'écran h, en tous ses points, soit liée à son épaisseur au centre hc par la relation: h = hc cos e, avec O = C + 13 ot et 3 étant respectivement les angles sous lesquels les points d'impacts des rayons X sur l Pécran sont vus à partir du centre de courbure de l'Pécran concave et à partir de la source de rayons X Ces angles s'expriment de la façon suivante: ck = Arc sin (B/R) et ( = Arc tg (B/F), avec B la distance entre l'axe de I'I I R et le point d'impact sur l'écran, F la distance entre l'écran et la source de rayons X et R le rayon de courbure de l'écran au point d'impact. On donne à titre d'exemple les valeurs numériques suivantes pour Pexemple des figures 4 et 5: B Z 100 mm, le point P défini par cette distance B est située sur les bords de l'écran, à environ 1/100 du bord du champ image. R 200 mm F- 700 mm On calcule les angleso( et p: ôt = Arc sin (B/R) et 3 = Arc tg (B/F), ce qui donne o( 30 , P 8 et -&,38 . On obtient donc: hp= hc cos e = hc cos 38 = 0,79 h. c c c La grandeurt A e = (h-h C) / hc = 1 + cos e est donc égale à - 0,21 Cela signifie que l'épaisseur de la couche luminescente est e e environ 21 % plus faible sur les bords, c'est-à-dire à 1/16 e ou 1/10, du bord du champ image, qu'au centre de l'écran. Il faut signaler qu'on approche de façon satisfaisante le résultat recherché en fabriquant un écran dont l'épaisseur sur les bords, à 1/10/ou à environ 1/160 environ du bord du champ image, est environ 15 à 25 % plus faible que l'épaisseur au centre de l'écran, selon la forme de la courbure de l'écran et la valeur de la flèche. Cela signifie que la relation h = hc a cos e n'est pas nécessairement appliquée en tous points de l'écran de façon rigoureuse et que l'on obtient des résultats satisfaisants en appliquant cette relation sur les bords de l'écran, par exemple à environ 1/100 ou 1/160 du bord du champ image et en ne l'appliquant qu'approximativement sur le reste de l'écran. La courbe c de la figure 2 peut donc présenter diverses formes, tout en restant décroissante du centre vers les bords On peut noter que l'on obtient des résultats satisfaisants avec une courbe dans laquelle b e varie comme le carré de la distance au centre. Qu'elle soit appliquée en tous points de l'écran ou seulement sur ses bords, la relation h = hc cos 8 fait intervenir la distance F entre l'écran et la source de rayons X On peut choisir une valeur moyenne pour cette distance F qui est généralement comprise entre 700 et 1500 mm Dans cette plage de variation de F, la valeur de cos e ne dépend que très faiblement de la valeur de F. Dans les écrans selon l'invention, dont l'épaisseur est plus faible sur les bords qu'au centre, pour une énergie donnée des rayons X, la sensibilité des bords peut être plus faible que celle du centre si rien n'est fait pour y remédier. On préfère souvent compenser ce manque de sensibilité des bords en modifiant les paramètres de construction des écrans luminescents, selon un ou plusieurs des procédés exposés ci-après dont la liste n'est pas limitative: on peut modifier sur les bords le dopage du matériau luminescent; on peut accroître sur les bords, ou diminuer au centre, le couplage optique de la photocathode avec l'écran, par exemple en modifiant l'état de surface de la couche luminescente ou/et en modifiant l'état du support sur lequel cette couche est déposée; on peut jouer sur les caractéristiques des électrodes faisant partie de l'optique électronique de l'I l R pour diminer la distorsion en coussin. on peut modifier la texture de la couche luminescente pour que le rendement de conversion des rayons X en lumière, soit plus important sur les bords qu'au centre de l'écran. Les écrans selon l'invention sont particulièrement adaptés pour être utilisés dans des systèmes de radiologie numérique utilisant un ordinateur pour obtenir une image radiologique, par exemple par soustraction pondérée d'images obtenues avec des énergies dif- férentes de rayons X On utilise des rayons X dont l'énergie moyenne varie approximativement de 20 à 30 Ke V à 100 Ke V Les écrans selon Pinvention peuvent cependant être utilisés dans d'autres sys- tèmes que les systèmes de radiologie numérique, tels que par exemple les systèmes de radiologie classiques. 9 2545270 R E V E N D I C A T I O N S 1 Intensificateur d'images radiologiques, comportant un écran luminescent ( 1) assurant la conversion des rayons X incidents en photons lumineux, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'écran est plus faible sur les bords (hb) de l'écran qu'au centre (h). 2 Intensificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur (hb) sur les bords de l'écran ( 1) est environ 15 à 25 % plus faible que Pépaisseur (hc) au centre de l'écran, selon la forme de la courbure de l'écran et la valeur de sa flèche. 3 Intensificateur selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce que l'écran ( 1) est concave et en ce que Pépaisseur de l'écran h est liée à son épaisseur au centre hc par la relation: h = hc cos e, avec e =ot + P, dt et P étant respectivement les angles sous lesquels les points d'impacts des rayons X sur l'écran ( 1) sont vus à partir du centre de courbure de l'écran (C) et à partir de la source de rayons X ( 3). 4 Intensificateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la relation h = hc cos e est appliquée en tous points de l'écran. Intensificateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la relation h = hc cos e est appliquée essentiellement sur les bords de l'écran. 6 Intensificateur selon Pune des revendications 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que la relation h = hc cos O est calculée en prenant une valeur moyenne dans la plage de variation de la distance (F) entre l'écran et la source ( 3) de rayons X. 7 Intensificateur selon l'une des revendications 1 à 6, carac- térisé en ce que le manque de sensibilité des bords de l'écran est compensé en modifiant l'un ou plusieurs des paramètres suivants des écrans luminescents dont la liste n'est pas limitative: le dopage du matériau luminescent; le couplage optique de la photocathode de l'intensificateur avec l'écran, en agissant sur l'état de surface de la couche lumines- cente ou/et sur l'état du support sur lequel cette couche est 45270 déposée; les caractéristiques des électrodes faisant partie de l'optique électronique de l'intensificateur pour diminuer la distorsion en coussin. 8 Application d'un intensificateur d'images radiologiques, comportant un écran luminescent selon l'une des revendications 1 à 7, à un système de radiologie numérique dans lequel on prend plusieurs fois la même image avec des énergies différentes de rayons X.