Brevet FR2548447A1 — publié le 19850104

TUBE A RAYONS X A FOYER DE FORTE INTENSITE L'invention concerne un tube à rayons X à foyer de forte intensité, applicable dans les domaines de la radiologie et plus particulièrement dans le domaine du radiodiagnostic et de la tomodensitométrie. Dans les tubes à rayons X, le rayonnement X est couramrrient obtenu par un bombardement électronique concentré sur une petite surface, appelée foyer, d'une cible que comporte l'anode ce foyer devenant la source du rayonnement X, et constituant en rotation une couronne focale, (cas d'une anode tournante). Une faible part, environ 895, de l'énergie électrique dépensée pour accélérer les électrons, est transformée en rayons X ; le reste de cette énergie est dissipée en chaleur. Cette chaleur, dont l'évacuation pour la plus grande partie se fait par rayonnement, peut conduire à la détérioration de l'anode et particulièrement de la couronne focale et constitue une limite à l'accroissement en intensité du rayonnement X. Il est à remarquer que le foyer doit comporter, d'une part pour la finesse de 11image radiologique, une surface aussi faible que possible, et d'autre part vis à vis des contraintes thermiques, une surface assez importante pour éviter la détérioration de la cible sur laquelle il est constitué. Ces deux exigences contradictoires sont partiellerT:ent conciliées en donnant une inclinaison au plan de la cible par rapport à la direction du faisceau utile produit par le rayonnement X ; la surface apparente du foyer selon cette direction, étant alors inférieur à sa surface réelle, cette dern.ere peut etre augmentee pour accro'tre les possibilités d'émission X. Un défaut appelé effet de talon, apporté par cette inclinaison du plan de la cible, réside en ce que l'éclairement dans le champ couvert par le faisceau utile n'est pas uniforme, ce défaut se manifestant surtout selon la direction cathode-anode. D'autres aménagements permettent également d'augmenter les possibilités d'émission X, tels que notamment: en faisant défiler la cible sous le faisceau d'électrons (cas des anodes tournantes), et en utilisant des cibles en matériau réfractaire à fort pouvoir de rayonnements thermiques. La présente invention concerne un tube à rayons X à foyer de forte intensité, susceptible de constituer un tube à anode fixe ou à anode tournante, et capable de produire un faisceau de rayonnement X avec une possibilité d'émission très supérieure à celle d'un tube selon l'art antérieur, sans augmenter la surface apparente du foyer. L'agencement du tube à rayons X selon l'invention permettant en outre, d'éliminer des défauts précédemment mentionnés tels que par exemple l'effet de talon. Selon l'invention, un tube à rayons X à foyer de forte intensité, produisant un faisceau de rayons X utilisé selon un axe principal, comportant au moins une cathode fournissant au moins un faisceau d'électron destiné à bombarder au moins une première cible, une anode munie de cette première cible, laquelle première cible produit un rayonnement X par diffusion avant, est caractérisé en ce que l'anode comporte en outre au moins une cible mince produisant un rayonnement X par transmission, ces deux cibles étant disposées par rapport au faisceau d'électrons de manière qu'un premier et un second foyer, produits respectivement au niveau de la première cible et de la cible mince, soient alignés sur l'axe principal du faisceau de rayons X utilisé. L'invention sera mieux comprise gracie à la description qui suit, et aux cinq figures annexées parmis lesquelles: - la figure 1 montre schématiquement une première réalisation d'un tube à rayons X selon l'invention; - les figures 2, 3 ,4 et 5 montrent une première, seconde, troisième et quatrième variante de l'agencement de parties caractéristiques du tube à rayons X selon l'invention. La figure 1 montre un tube 1 à rayons X selon l'invention, dont la représentation est limitée à des éléments essentiels à la compréhension de l'invention. Le tube 1 comporte dans une enveloppe 2, une cathode 3 maintenue de manière classique par un moyen support 4, et une anode 5. Dans l'exemple non limitatif décrit l'anode 5 est une anode tournante ayant la forme d'un disque, mais peut également, dans le cadre de l'invention être une anode fixe (non représentée) ; l'anode 5 est liée par l'intermédiaire d'un axe 6, et par des moyens de fixation 7 à un rotor 8, par lequel elle est mise en rotation autour d'un axe longitudinal 9 de ce rotor. Dans l'exemple non limitatif de la description, la cathode 3 comporte un premier et un second filament 11, 12 alimentés d'une manière en elle-même connue et non repré sentée, de manière à générer respectivement un premier et un second faisceau d'électrons F1, F2, ces faisceaux d'électrons étant concentrés sur des parties de l'anode 3 capable d'engendrer un rayonnement X. A cette fin, l'anode 5 comporte au voisinage de sa périphérie, sur sa face 13 supérieure par exemple, une première gorge 14 circulaire en forme de V dont, les parois 1S, 16 constituent respectivement une première et une seconde pente, contraires l'une de l'autre dans l'exemple non limitatif décrit. Sur la première pente 15 est rapportée un matériau réfractaire de numéro atomique élevé, tel que du tungstène par exemple, ayant une épaisseur e voisine ou supérieure à 0,S mm, et qui constitue une première cible 18 formant une cible épaisse; L'anode 5 étant ellemême constitue d'un matériau à fort pouvoir de rayonnement thermique, et présentant une faible absorption au rayonnement X, tel que du graphite par exemple. Sur la deuxième pente 16 est disposé un dépôt, du même matériau que celui de la première cible 18 par exemple, mais d'épaisseur (non représentée) très petite, de l'ordre de 1 à 5 microns, constituant une cible mince Cm.Le premier faisceau d'électrons F1 bombarde la première cible 18, dont une partie délimitée par les limites 20 de ce permier faisceau d'électrons, constitue un premier foyer 22; d'une même manière le second faisceau d'électrons F2 bombarde la cible mince Cm, dont une partie délimitée par les limites 21 de ce second faisceau d'électrons constitue un deuxième foyer 23. Dans l'exemple non limitatif décrit, les faisceaux d'électrons F1, F2 sont représentés séparés, mais leurs limites 20, 21 voisines peuvent être confondues avec un axe de rayonnement d'électrons 40, et les limites voisines des foyers 22, 23 peuvent être confondues à la jonction 41 des cibles 18, Cm. Le premier foyer 22 génère un rayonnement X (non représenté) par diffusion avant, la partie utilisée de ce rayonnement sortant par la face avant 24 de la première cible 18, c'est-à-dire son côté bombardé, et se progageant dans le sens montré par la flèche 30; le rayonnement X utilisé (non représenté) généré par le deuxième foyer 23 et se propageant dans le même sens 30, sort par transmission, c'est-à-dire par la face 25 de la cible mince Cm, opposée au côté bombardé. Ainsi sur l'axe principal 27 d'un faisceau de rayonnement X FX utilisé, sortant de l'anode 5 par un bord de sortie 31 et produit d'une part, par le rayonnement X diffusé en avant qui est généré par le premier foyer 22, et d'autre part par le rayonnement X sortant par transmission qui est généré par le deuxième foyer 23, on a deux foyers 22, 23 alignés sur cet axe principal 27 du faisceau FX ; la première cible 18 étant la plus éloignée du bord de sortie 31. L'intensité totale fournie par ces foyers 22, 23, en quelque sorte superposés, est la somme de l'intensité du rayonnement de la première cible 18 atténuée par la filtration de la cible mince Cm, et de l'intensité du rayonnement émis par transmission par la cible mince Cm ; l'absorption due au matériau de l'anode 5 elle-même, étant négligeable. Pour une cible mince Cm dont l'épaisseur (non représentée) a été optimisée pour des conditions de fonctionnement déterminées, on peut obtenir autant de rayonnement X par transmission que par diffusion avant avec une première cible 18. Au total la luminance disponible sur une telle cible composée, constituée par la première cible 18 et la cible mince Cm, peut atteindre 1,5 fois celle d'un tube classique à une seule cible.Cet avantage, constituant un premier but de l'invention, est obtenu notamment du fait que le bombardement électronique, produit par le premier et le second faisceau d'électrons F1, F2 ayant dans l'exemple non limitatif décrit des axes 32, 33 parallèles, détermine au faisceau de rayons X FX utilisé une source formée par les deux foyers 22, 23 alignés sur l'axe principal 27 ; les axes 32, 33 des faisceaux d'électrons F1, F2 intersectant l'axe principal 27 au niveau respectivement de la première cible 18 et de la cible mince Cm. Un autre avantage d'une telle disposition, par rapport a un tube selon l'art antérieur muni d'une anode à une seule pente et d'une seule cible, est qu'elle permet d'uniformiser l'éclairement du champ couvert en compensant l'effet de talon. Cet effet de talon réside dans la variation d'une indicatrice d'émission dans le sens anode-cathode (plus de rayonnements vers la cathode et moins vers Panode)1 comme il est montré par une première courbe 35 en traits pointillés représentant l'indicatrice d'démission de la première cible 18; du fait de la disposition des cibles 18, Cm, dans un tube selon l'invention, l'indicatrice d'émission pour la cible mince Cm, représentée par une deuxième courbe 36 en traits pointillés, est pratiquement symétrique par rapport à la première.L'indicatrice totale est la somme des deux .ndXcatrices, et conduit à une meilleure répartition de l'éclairement du champ couvert, constitué entre une première et une seconde limite 37, 38 du faisceau de rayons X FX utilisé ; ces limites 37, 38 du faisceau FX utilisé pouvant être déterminées dune manière classique, par un dispositif collimateur non représenté. Cette uniformisation de l'éclairement est due principalement au fait que, la première cible 18 et la cible mince Cm sont rapportées sur 'es parois 15, 16 et forment également des pentes contraires, et égales. La face avant 24 de la cible épaisse 18 est symétrique à la cible mince Cm par rapport à l'axe de rayonnement d'électrons 40 ou axe de bombardement, avec lequel elles forment respectivement un premier et un second angle 1 > 1' 2 de même valeur; cet axe de rayonnement d'électrons 40 passant à la jonction 41 de ces deux cibles 18, Cm. Un troisième avantage important de cette configuration, est qu'il procure une meilleurc répartition du pouvoir de résolution dans le champ image. il est connu qu'un défaut dans une configuration classique est, que d'une extrémité à l'autre du champ couvert (représenté sur la figure par les limites 37, 38 du faisceau de rayonnement X FX), une des dimensions du foyer varie avec l'angle formé entre l'axe du faisceau de rayons X et l'axe de vision de la source: en prenant pour exemple le foyer 22 constitué au niveau de la première cible 18, ce foyer apparaît plus long vu à proximité de la seconde limite 38 du faisceau FX, et apparaît plus court vu à proximité de la première limite 37. Mais dans le cas du tube 1 selon l'invention, cet effet existe également, mais en sens contraire pour le foyer 23 formé au niveau de la cible mince Cm. Ainsi en parcourant le champ couvert de la première à la seconde limite 37, 38 par exemple, une dimension 13 visible dans le plan de la figure, des foyers apparents ou optiques 22A, 22B du foyer 22 de la première cible 18, va en croissant. A l'opposé, une dimension 14 du foyer apparent 23A, 23B du foyer 23 de la cible mince Cm va en décroissant, permettant ainsi une homogénélsation du pouvoir de résolution dans le champ image ; les foyers 22, 23 ayant des dimensions 11, 12 égales, des foyers apparents 22C, 23C qu'ils déterminent sur l'axe principal 27, sont confondus. Le tube à rayons X selon l'invention peut être implanté sur n'importe quelle installation de radiologie déjà existante. Dans la plupart des cas, la puissance dissipable sur la première cible 18 et sur la cible mince Cm peut être la même ; ces deux cibles 18, Cm pouvant être alors bombardées par un même faisceau d'électrons (non représenté), symétrique par rapport à l'axe de rayonnement d'électrons 40, et ayant une ouverture suffisante pour bombarder les deux cibles 18, Cm.Mais si pour des raisons d'optimisation maximale, on tiend compte des différences de puissances admissibles sur ces deux cibles, il faut disposer de deux filaments comme il est montré par la figure l, et d'un réglage de chauffage de filaments séparés (non représentés), afin d'obtenir des débits électroniques différents sur chacune des cibles 18, Cm; l'existence de deux circuits de chauffage de filaments étant un cas fréquent dans une installation radiologique. Le tube à rayons X conforme à l'invention peut comporter également une anode 5 munie, en plus de la première cible 18 et de la cible mince Cm, d'une pluralité de cibles minces supplémentaires. Ce cas est montré par la figure 2 dans laquelle l'anode 5, constituée comme dans le cas de la figure 1 en un matériau de faible numéro atomique (graphite par exemple), est partiellement représentée ; l'anode 5 comporte dans la première gorge 14 la première cible 18 et la cible mince Cm, et n cibles minces supplémentaires Cml, Cm2, n étant dans l'exemple égal à 2. La cathode 3 comporte dans l'exemple non limitatif décrit, autant dc filaments supplémentaires 50, 51 générateurs de faisceaux d'électrons F3, F4, qu'il y a de cibles minces supplémentaires Cml, Cm2. Ces filaments supplémentaires 50, 51 ainsi que le premier et le second filament 11, 12 étant, dans cet exemple, disposés dans des plans perpendiculaires à la figure, afin d'autoriser une faible distance d entre des gorges 14, 52, 53 contenant les cibles 18, Cm, Cml, Cm2 ; des gorges supplémentaires 52, 53 contenant chacune une cible mince supplémentaire Cml, Cm2. De même qu'il a été précédemment expliqué la première cible 18 fournit un rayonnement X diffusé qui sort par l'avant, en traversant la cible mince Cm, puis la succession de cibles minces supplémentaires Cml, Cm2. Chaque cible mince Cm, Cml, Cm2 fournit, comme précédemment expliqué un rayonnement X sortant vers l'avant par transmission. L'intensité totale du rayonnement X étant liée alors à l'intensité de rayonnement d'une cible, au nombre de cibles, et au taux de transmission d'une cible mince. Ce rayonnement X par transmission et par diffusion avant permet d'obtenir, de même qu'il a été précédemment expliqué, un faisceau de rayonnement X FX utilisé, sortant de l'anode 5 par le bord de sortie 31, selon l'axe principal 27. Les cibles 18, Cm, Cml, Cm2 sont relativement rapprochées et sont alignées sur cet axe principal, les cibles minces Cm, Cml, Cm2-étant parallèles ; cette configuration non limitative est favorable à la production d'un faisceau FX en forme de fin pinceau, délimité par exemple par des moyens classiques (non représentés). Afin de favoriser le bombardement de la première cible 18 et de la cible mince Cm, les axes 32, 33 des faisceaux d'électrons F1, F2 sont croisés. La figure 3 montre une variante du tube 1 à rayons X selon l'invention, dans laquelle l'anode 5 est préférentiellement constituée d'un matériau de faible numéro atomique, comme le carbone ou le titane par exemple et, dans laquelle la première cible 18 et la cible mince Cm sont parallèles. La première et la seconde paroi 15, 16, de la gorge 14, pratiquée dans la face supérieure 13 de l'anode S, sont parallèles dans cette version, et sont munies comme dans les exemples précédents de la première cible 18 et de la cible mince Cm ; la distance dl entre ces cibles, pouvant varier de quelques dixièmes de milimètres à quelques milimètres. Dans cette version de l'invention, les axes 32, 33 du premier et du second faisceau d'électrons F1, F2 peuvent être croisés ainsi que dans l'exemple décrit, de manière à permettre un meilleur bombardement de chacune de ces cibles, compte tenu de leur faible écartement ; le rayonnement X par diffusion et le rayonnement X par transmission étant produits d'une même manière que précédemment décrit. II est possible d'ajouter, ainsi que dans l'exemple non limitatif décrit, un écran localisateur 60 fixe, permettant une localisation du faisceau de rayonnement X FX de manière très efficace, car étant très proche des sources d'émission X que constituent les foyers 22, 23, contribuant ainsi à réduire le rayonnement extra-focal (non représenté). Cet écran localisateur60, comportant un coefficient d'absorption élevée vis à vis du rayonnement X, est porté au même potentiel (non représenté) que l'anode 5, et se trouve maintenu en position fixe au-dessus de celle-ci, grâce à un arbre fixe 61 central, situé selon l'axe longitudinal du rotor 8.Dans cette configuration l'écran localisateur 60 comporte une première ouverture 62 permettant le passage des faisceaux d'électrons, F1, F2 et une seconde ouverture 63 servant à délimiter le faisceau de rayonnement X FX ; cet écran pouvant avantageusement être utilisé pour déterminer un faisceau de rayonnement X FX en éventail, ayant une épaisseur E et dont l'angle d'ouverture (non représenté) est perpendiculaire au plan de la figure. Un tel écran localisateur 60 est applicable à toutes les versions du tube à rayons X selon l'invention. Les figures 4 et 5 montrent l'association d'une première cible 18 et d'une cible mince Cn disposées dans la première gorge 14, cette première gorge étant pratiquée dans la tranche 70 du disque d'anode 5 ; l'anode 5 étant partiellement montrée, avec son axe de rotation constitué par l'axe longitudinal 9, les moyens nécessaires à cette rotation n'étant pas représentés. Dans l'exemple de la figure 4, la première cible 18 et la cible mince Cm sont parallèles, et sont bombardées respectivement par le premier et le second faisceau d'électrons 1 F. D'une même manière que dans les exemples précédents, un faisceau de rayons X FX (non représente) d'axe principal 27 est généré ; le rayonnement X sortant de l'anode 5 par un bord de sortie 31, situé à l'opposé de la première cible 18. La figure 5 montre la première cible 18 et la cible mince Cm disposées par rapport à la cathode 3 selon une même configuration que sur la figure 1, et bombardée chacune par un faisceau d'électrons F1, F2 ; ces deux faisceaux d'électrons F1, F2 se croisent, et comme précédemment expliqué, le rayonnement X sort de l'anode 5 par un bord de sortie 31, opposé à la première cible 18, selon l'axe principal 27. Cette description d'un tube à rayons X selon l'invention n'es pas limitative, une première cible 18 et une ou des cibles minces Cm, Cml, Cm2 peuvent être associées selon d'autres configurations sans sortir du cadre de l'invention, l'essentiel étant que les rayonnements X produits par ces cibles s'ajoutent, de manière à former un faisceau de rayonnement X FX, pour lequel les foyers optiques 22C, 23C sont confondus sur l'axe principal 27 de ce faisceau ; il est à remarquer que la première cible 18 peut également être constituée d'une cible mince Cm. REVENDICATIONS 1. Tube à rayons X à foyer de forte intensité, produisant un faisceau de rayons X (FX) selon un axe principal (27), comportant au moins une cathode (3) fournissant au moins un faisceau d'électron (F1, F2) destiné à bombarder au moins une première cible (18), une anode (S) munie de cette première cible (18), laquelle première cible produit un rayonnement X par diffusion avant, caractérisé en ce que l'anode (5) comporte en outre au moins une cible mince (Cm)produissant un rayonnement X par transmission, ces deux cibles (18, Cm) étant disposées par rapport aux faisceaux d'électrons (F1, F2) de manière qu'un premier et un second foyer (22, 23), produits respectivement au niveau de la première cible (18) et de la cible mince (Cm), soient alignés sur l'axe principal (27) du faisceau de rayons X (FX) utilisés. 2. Tube à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anode (5) est une anode tournante. 3. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première cible (18) est une cible épaisse. 4. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rayonnement X utilisé se propage, dans le sens (30) de la première cible (18) vers un bord de sortie (31) de l'anode (5), et traverse au moins une cible mince (Cm). 5. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première cible (18) et la cible mince (Cm) sont disposées selon des pentes contraires par rapport à un axe de rayonnement (40) de la cathode (3) avec lequel elles présentent respectivement un premier et un second angle (d 1 ( 2) 6. Tube à rayons X selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier et le second angle (0 sont égaux. 7. Tube à rayons X selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première cible (18) et la cible mince (Cm) sont parallèles. 8. Tube à rayons X selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les foyers (22, 23) ont une même dimension flî, 12). 9. Tube à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anode (5) comporte au moins une première gorge (14) circulaire dont, la première et la seconde parois (15, 16) sont respectivement munies de la première cible (18) et de la cible mince (Cm). 10. Tube à rayons X selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première gorge est pratiquée dans une face (13) de l'anode (5). 11. Tube à rayons X selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première gorge (14) est pratiquée dans- la tranche (70) de l'anode (5). 12. Tube à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anode (5) comporte en outre des cibles minces supplémentaires (Cml Cm2). 13. Tube à rayons X selon la revendication 12, caractérisé en ce que les cibles minces supplémentaires (Cml, Cm2) sont contenues dans des gorges supplémentaires (52, 53) extérieures à la première gorge (14). 14. Tube à rayons X selon la revendication 12, caractérisé en ce que les cibles minces supplémentaires (Cml, Cm2) sont paral lèles. 15. Tube à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cathode (3) génère au moins un premier et un second faisceau (F1, F2) d'électrons, ayant des axes (32, 33) parallèles, servant à bombarder respectivement la première cible (18) et la cible mince (Cm). 16. Tube à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cathode (3) génère au moins un premier et un second faisceau (F1, F2) d'électrons, ayant des axes (32, 33) croisés, servant à bombarder respectivement la première cible (18) et la cible mince (Cm). 17. Tube à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un écran localisateur fixe (60) du faisceau de rayons X (FX).