Brevet FR2572215A1 — publié le 19860425

DISPOSITIF RADIOLOGIQUE A ASSERVISSEMENT DE POSITION DE FOYER SUIVANT UN AXE D'ASSERVISSEMENT DONNE La présente invention concerne un dispositif radiologique à asservissement de position de foyer suivant un axe d'asservissement donné, applicable à la radiologie en général, et particulièrement aux techniques de radiodiagnostic, notamment en tomodensitomètrie. La présente invention vise à améliorer la qualité de l'imagerie en rayonnement X, notamment en tomodensitomètrie où la qualité de l'image est limitée par les défauts de l'acquisition de signaux analogiques, particulièrement à cause de la variation de la position spatiale du foyer du tube radiogène. Dans l'art antérieur, il est palié aux défauts que peut comporter l'image engendrée par le rayonnement X, grace à des méthodes numériques. Ces méthodes permettent, en traitant les informations contenues dans une succession d'images, d'estimer les défauts de l'acquisition des signaux analogiques, et d'élaborer une image finale plus compatible avec les exigences de l'examen. Le problème que s'est posé l'auteur de la présente invention, a été d'agir directement au niveau du foyer de manière à éliminer ou à réduire considérablement, les variations de la position spatiale de ce foyer produites selon un axe d'asservissement donné. Pour son utilisation, le tube radiogène est installé dans une gaine protectrice (vis à vis de la haute tension du rayonnement X), avec laquelle il constitue un ensemble émetteur radiogène. Lorsque cet ensemble est monté sur un appareil de radiologie, c'est en fait la gaine seule qui y est fixée, sur les appuis de ces faces de référence prévues à cet effet. Si l'on peut assurer assez facilement la rigidité de cette fixation, des mouvements relatifs entre le foyer du tube radiogène et les références mécaniques de sa propre gaine sont difficilement contrôlables. Ces mouvements sont de deux types 10) - un mouvement mécanique : les pièces de fixation qui lient le tube radiogène dans sa gaine sont obligatoirement constituées de matériaux isolants électriquement. Mise à part les céramiques et les alumines, les matériaux diélectriques courants (résine, polysulphones) sont peu rigides, et ne sont pas à proprement parlé des matériaux mécaniques.Pourtant, ce sont eux qui sont employés à cause de leur faible coût, malgré qu'ils soient susceptibles de trop grande flexibilité ou compressibilité; 20) - un mouvement thermique : au cours de l'utilisation normale d'un ensemble radiogène, les différences de température auxquelles celui-ci est soumis sont considérables, et les dilatations des différentes pièces conduisent souvent à déporter le foyer par rapport à une position initiale à froid. Le but de la présente invention est de stabiliser la position du foyer suivant un axe d'asservissement donné ; par exemple transverse au tube radiogène, ou de pouvoir donner audit foyer des positions variables et connues afin d'éliminer une des causes importantes qui nuisent à la qualité de l'imagerie en rayonnement X. Cette stabilisation du foyer est obtenue, dans le dispositif radiologique selon l'invention, en ~ modifiant le long de l'axe d'asservissement, la position à laquelle ce foyer est formé sur l'anode du tube radiogène, en fonction d'informations relatives aux variations de la position dans l'espace de ce foyer. Selon l'invention, un dispositif radiologique à asservissement de position de foyer suivant un axe d'asservissement donné comportant, un tube radiogène dans lequel une cathode génère un faisceau d'électron bombardant une anode, ledit foyer étant formé au point d'impact dudit faisceau d'électrons et constituant la source d'un faisceau de rayonnement X, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de déviation pour dévier ledit faisceau d'électrons et déplacer ledit point d'impact suivant ledit axe d'asservissement, et en ce qu'il comporte en outre un dispositif capteur de position sensible à la position dudit foyer, ledit moyen de déviation et ledit dispositif capteur de position coopérant pour déplacer ledit point d'impact dans un premier ou un second sens opposé au sens d'un déplacement du foyer détecté par ledit dispositif capteur de position. La figure 1 montre de manière schématique, un dispositif radiologique 1 selon l'invention, destiné, dans l'exemple non limitatif décrit, à une utilisation en radiodiagnostic pour des examens de types conventionnels. Le dispositif radiologique 1 comporte un tube radiogène 2 dont la représentation est limitée aux moyens necessaires à comprendre l'invention, les autres moyens étant classiques et connus de l'homme du métier. Le tube radiogène 2 est contenu de manière classique dans une gaine (non représentée pour plus de clarté de la figure); ladite gaine permet de supporter, d'une manière connue (non représentée), un dispositif limiteur de faisceau symbolisé sur figure par un cadre 3. Le tube radiogène 2 comporte, dans une enveloppe 12, une anode 4, sur laquelle est établi un foyer f, au point P d'impact d'un faisceau d'électron 6 généré par une cathode 7. L'anode 4 peut être une anode fixe Qù, ainsi que dans l'exemple décrit, une anode tournante fixée à un rotor 8 par l'intermédiaire d'un axe support 9. Le rotor 8 et l'axe support 9 sont disposés selon un axe longitudinal 10 du tube radiogène 2, et mettent l'anode 4 en rotation autour de l'axe longitudinal 10, selon une flèche Il. Letube radiogène 2 et le dispositif limiteur 3 sont représentés en perspective, afin de montrer plus clairement un axe 20 suivant lequel est asservie la position du foyer f. Dans l'exemple décrit, le limiteur de faisceau 3 est centré par rapport au foyer f et détermine, à partir du rayonnement X issu du foyer f, un rayonnement X utile 15. La projection du rayonnement utile 15 sur un plan, sensiblement perpendiculaire à un rayon central 16, détermine le plan de l'image 18 ; le plan de l'image 18 pouvant être formé, ainsi que dans l'exemple décrit, sur un élément radiologique 17 constitué par exemple, par un moyen récepteur d'image sensible au rayonnement X, tel que ceux utilisés de manière classique dans les examens de radiodiagnostic. Avec le dispositif radiologique 1 de l'invention, le but visé est de stabiliser la position spatiale du foyer f, selon l'axe d'asservissement 20, transverse à la géométrie du tube radiogène 2 et à l'axe longitudinal 10 ; - la stabilisation du foyer f s'effectuant par rapport à un élément du dispositif radiologique 1 de l'invention, tel que l'élément radiologique 17 ou récepteur. Dans l'invention, le principe selon lequel s'effectue cette stabilisation en position du foyer f, utilise une déviation du faisceau d'électron 6, en fonction d'informations délivrées par un dispositif capteur de position 22, sensible à la position du foyer f le long de l'axe d'asservissement 20. La déviation du faisceau d'électrons 6 a pour effet de déplacer le point d'impact de ce dernier, le long de l'axe d'asservissement 20, dans un premier ou un second sens (montrés respectivement par la seconde et la troisième flèche 13, 14); ce déplacement du point d'impact s'effectuant dans un sens opposé à celui d'une variation d f de la position du foyer f détectée par le dispositif capteur de position 22. Ainsi par exemple, une variation d f de position du foyer f accomplie dans le premier sens 13, et l'amenant à une autre position P', provoque une déviation du faisceau d'électrons 6 dans le second sens 14 et, un déplacement du point d'impact dans ce second sens 14 qui tend à ramener le foyer f à sa position initiale, à savoir le pbint P par exemple. A cette fin, le dispositif radiologique 1 de l'invention, comporte d'une part: - des moyens de déviation 23, 7, destinés à réaliser une déviation du faisceau d'éléctron 6, de manière a modifier la position P du point d'impact sur l'anode 4, et par conséquent à modifier la position du foyer 5 ; ces moyens de déviation comprenant des moyens électroniques 23 (montrés dans un cadre en traits pointillés) pour élaborer des signaux de commandes de déviation, et des organes de déviation du faisceau constitués dans l'exemple décrit par la cathode 7 elle-même; - le dispositif radiologique 1 comporte d'autre part, le capteur de position 22 précédemment mentionné, fixé à l'élément radiologique ou récepteur 17 par des moyens classique (non représentés), de manière à être situé dans le champ de rayonnement utile 15, sur la frange du plan image 17, afin de ne pas perturber le fonctionnement normal de l'installation radiologique i. Dans cette configuration, le capteur de position 22 peut être disposé selon des axes péréphériques A, B du rayonnement utile 15, comme il est montré dans l'exemple non limitatif de la figure I, où un axe de symétrie 28 du capteur de position 22 est confondu avec l'axe périphérique B. Le capteur de position 22 peut être constitué par tous dispositifs capables de délivrer au moins un signal de mesure SM, variable en fonction de la position du foyer f ; le dispositif capteur 22 doit non seulement être très sensible aux variations de positions du foyer f, mais il doit en outre être rapide, car il travaille en temps réel.Un exemple de réalisation du capteur de position 22 est décrit dans une suite -de la description relative à la figure 2 Dans exemple non limitatif décrit, le capteur de position 22 comporte un axe de visée 24 sensiblement confondu avec l'axe de symétrie 200 Le signal de mesure SM, délivré par le capteur de position 229 a une amplitude nulle quand l'axe de visée 24 passe par le foyer f, lequel est lui-même situé sur l'axe d'asservissement 20 à la position P dite position initiale.Ainsi qu'il est davantage expliqué dans une suite de la description, le signal de mesure SM comporte une polarité positive ou négative selon que le déplacement A f du foyer f s'effectue dans le premier ou le second sens 13, i4, et son amplitude varie en fonction de l'amplitude de ce déplacement du foyer f. Le signal de mesure SM est appliqué aux moyens électroniques 23, à une première entrée 31 d'un dispositif de comparaison 30, constitué par exemple par un amplificateur différentiel classique. Le dispositif de comparaison 30 reçoit sur une seconde entrée 32, un signal de référence SR produit par exemple à partir d'une source de tension continue 33 dite source de référence, ajustable par exemple. Le signal de référence SR représente une position souhaitée du foyer f le long de l'axe d'asservissement 20, et le dispositif de comparaison 30 délivre un signal d'écart SE lié à la différence d'amplitude entre le signal de mesure SM et le signal de référence SR. Dans l'exemple non limitatif décrit, les moyens électroniques 23 comportent en outre des moyens de commande 36 et, un moyen d'adaptation 35 auquel est appliqué le signal d'écart SE ; les moyens de déviation 23 étant portés à des potentiels voisins de la très haute tension (non représentée), selon une technologie usuelle. Cette adaptation peut consister par exemple, à transformer le signal d'écart SE, ayant une amplitude de quelques volts, en un second signal d'écart SE', à haute fréquence, alimentant un transformateur haute fréquence (non représenté) à haut isolement électrique, dont le primaire est référencé de manière classique à la basse tension, et dont le secondaire est référencé à la tres haute tension ; ce transformateur étant par exemple situé au niveau des moyens de commande 36. Il est connu d'utiliser d'une manière générale, pour dévier un faisceau d'électron, des organes tels que des bobines magnétiques (non représentées) ou des plaques électrostatiques. Dans le dispositif radiologique 1 de l'invention, la déviation du faisceau d'électron 6 est obtenue par l'emploi de la cathode 7 comportant deux pièces polaires 37, 38 à effets électrostatiques, situées de part et d'autre d'un filament 50 ; les moyens électroniques 23 comportant en outre deux alimentations de polarisation 34, 39 indépendantes, alimentant chacune l'une des pièces polaires 37, 38 de la cathode 7. Le fonctionnement d'une telle cathode est décrit dans une demande de brevet français NO 82 22072, qui explique notamment que la déviation d'un faisceau d'électron émis par -une telle cathode, est liée à la dissymétrie entre les amplitudes des tensions de polarisation appliquées à chacune des deux pièces polaires. Dans l'invention, le second signal d'écart SE' appliqué aux moyens de commande 36, est traité de manière classique, après démodulation par exemple, afin de réaliser un premier et un second signal de commande SC1, SC2 respectivement appliqués à la première et à la seconde alimentation de polarisation 34, 39, indépendantes l'une de l'autre.La première alimentation de polarisation 34 délivre un premier signal de polarisation V1 à la première pièce polaire 37, et la seconde alimentation de polarisation 39 délivre un second signal de polarisation V2 à la seconde pièce polaire 38 ; les amplitudes des signaux de polarisation V1, V2 étant gérées par les moyens de commande 36, la disymétrisation des amplitudes des signaux V1, V2 provoque la déviation du faisceau d'électron 6, dans le sens nécessaire au rétablissement de la position souhaitée du foyer f. Ainsi, tout écart constaté entre le signal de référence SR et,le signal de mesure SM relatif à la position du foyer f, fait agir les moyens de déviation 23, 7 pour dévier le faisceau d'électron 6, afin que le point P d'impact de ce dernier sur l'anode 4 revienne à une position définie. La figure 2 montre à titre d'exemple non limitatif; une réalisation du capteur de position 22. Le capteur de position 22 comporte une structure de support 40 munie d'une ouverture 41 dirigée vers le foyer f ; le foyer f étant établi sur l'anode 4 (partiellement représentée), au point P situé sur l'axe transverse 20. Le capteur de position 22 comporte en outre, essentiellement, un sténopé ou fente 42 et deux moyens détecteurs 43, 44, sensibles au rayonnement X et disposés de manière contiguë. Le sténopé 42 réalise l'image I du foyer f sur le plan d'entrée 45, 46 de chaque moyen détecteur 43, 44. La jonction 47 des deux plans d'entrées 45, 46 détermine avec le sténopé 42 le plan contenant l'axe de visée 24 précédemment mentionné ; cet axe de visée étant dans l'exemple non limitatif décrit confondu avec l'axe de symétrie 28 du capteur de position 22. Lorsque le capteur de position 22 est convenablement orienté, c'est-à-dire que l'axe de visée 24 passe par le foyer f, l'image I du foyer f se répartie de façon égale sur les plans d'entrée 45, 46 de chaque moyen détecteur 43, 44. Les moyens détecteurs 43, 44 délivrent chacun un premier signal électrique S1, S2 dont l'amplitude est fonction de l'éclairement de leur plan d'entrée 45, 46 respectif. Aussi quand l'image du foyer f est également répartie sur ces deux plans d'entrée 45, 46, les premiers signaux électriques S1, S2 ont des amplitudes égales. Si le foyer f se déplace suivant l'axe d'asservissement 20, pour occuper la position P' par exemple, l'alignement précédemment déterminé est rompu, et l'éclairement sur chaque plan d'entrée 45, 46 n'est plus égal, et par conséquent les premiers signaux électriques S1, S2 n'ont plus une amplitude égale. Les premiers signaux électriques S1, S2 sont appliqués aux entrées 50 d'un moyen comparateur 51, tel qu'un amplificateur différentiel par exemple, dont la sortie 52 délivre le signal de mesure SM précédemment mentionné; ie signal de mesure SM étant lié à la différence d'amplitude entre les premiers signaux électriques S1, S2 Le signal SM résultant de cette comparaison, indique, non seulement que le foyer f n'est plus à sa position initiale P, mais il indique aussi par sa polarité le sens 13, 14 dans lequel s'est effectué le déplacement d f du foyer f. Le signal de mesure SM indique en outre l'élongation du déplacement d f en fonction de l'amplitude qu'il comporte. Le capteur de position 22 ainsi conçu, se présente comme un convertisseur "déplacement-tension", fonctionnant en temps réel et ayant une très grande sensibilité, particulièrement bien adapté à l'invention ; les déplacements perceptibles du foyer f étant de l'ordre de 1 micromètre. La figure 3 montre schématiquement plus particulièrement le tube radiogène 2 et les moyens de déviation 23, 7. La cathode 7, constituant une cathode à déflection, comporte un filament 50 à partir duquel est constitué le faisceau d'électron 6. Dans l'exemple non limitatif décrit, les alimentations de polarisations 34, 39 étant référencées à un même potentiel que le filament 50, elles comportent des premières sorties 60 électriquement reliées au filament 50, ce dernier étant lui-même alimenté de manière classique (non représentée) ; des secondes sorties 61, 62 des alimentations de polarisation 34, 39 délivrent les signaux de polarisation V1, V2 qui sont respectivement appliqués à la première et à la seconde pièce polaire 37, 38. L'impact du faisceau d'électron 6, à la position P située sur l'axe d'asservissement 20, détermine le foyer f et, en supposant que les premières et secondes tensions de polarisation V1, V2 aient une même amplitude, il n'y a pas de déflexion du faisceau d'électrons 6 un champ électrique (non représenté) étant établi autour du filament 50 d'une manière symétrique. Une telle situation correspond au cas où le signal d'écart SE a une amplitude nulle, le signal de mesure SM et le signal de référence SR appliqués au dispositif de comparaison, ayant des amplitudes égales t l'axe de visée 24 précédemment mentionné (non représenté), étant par exemple orienté de manière à passer par le point P 2 dans ce cas, le signal de mesure SM est nul, et le signal de référence SR doit être nul.Si lion désire modifier la position du foyer f de manière qu'il soit situé par exemple à une seconde position P2 le long de l'axe d'asservissement 20, il suffit de modifier en conséquence la valeur du signal de référence SR délivré par la source de tension 33 ; le signal SE comporte alors une valeur non nulle dont la polarité correspond au premier sens 13 du déplacement recherché. Le signal d'écart SE ayant une valeur non nulle, les moyens de commande modifient l'amplitude relative entre les premières et secondes tensions de polarisation V1, V2, de manière à établir une différence = = V1 - V29 entre ces deux tensions de polarisation ; le sens de cette différence étant lié à la polarité du signal d'écart SE.La différence -+8. v ou dissymétrisation des tensions de polarisation V1, V2 détermine la déviation du faisceau d'électrons 6 et, le point d'impact du faisceau d'électrons 6, et par conséquent le foyer f, se déplacent dans le premier sens 13 vers la seconde position P2 ; ce déplacement s'effectuant tant qu'existe un accroissement de la différence + v entre la première et la seconde tension de polarisation V1, V2. Ce déplacement du foyer f tendant, ainsi qu'il a été précédemment expliqué, à modifier la valeur du signal de mesure SM délivré par le capteur de position 22, et si la dissymétrisation croît de manière progressive, la déviation du faisceau d'électrons 6 s'interromp quand le signal de mesure SM et le signal de référence SR ont une amplitude égale. Le signal d'écart SE a alors une valeur nulle, et les première et seconde tensions de polarisation V1, V2 conservent respectivement la dernière valeur qu'elles ont acquises ; le faisceau d'électrons (représenté en traits pointillés et repéré 6a) bombarde alors la seconde position P2. Si le signal de mesure SM et le signal de référence SR ont une même amplitude, quand le point d'impact du faisceau d'électrons 6 est à la première position P, une variation d r du foyer dans le second sens 14, I'amenant à la troisième position P3 par exemple, détermine au signal de mesure SM une variation de son amplitude ; le signal d'écart SE a alors une valeur non nulle dont la polarité est inversée par rapport à celle de l'exemple précédent de telle sorte que la différence +b fi, v qui est déterminée entre les signaux de polarisation V1, V2, a également une polarité inverse de l'exemple précédent, ce qui détermine une déviation du faisceau d'électron 6 dans le second sens 14. Cette dernière déviation du faisceau d'électrons 6 est poursuivie jusqu'au moment où l'amplitude du signal de mesure SM devient égale à l'amplitude du signal d'écart SE, c'est-à-dire jusqu'au moment où le point d'impact du faisceau d'électrons 6 et par conséquent le foyer f sont à nouveau situés à la première position P. Cette description non limitative du dispositif radiologique 1 de l'invention, montre que durant le fonctionnement normal de ce dernier, la position P, P2, P3 du foyer f peut être stabilisée suivant l'axe d'asservissement 20, avec précision et en temps réel, grâce à la coopération entre le capteur de position 22 et les moyens de déviation 23, 7. I1 est à noter en outre que l'utilisation d'un dispositif de comparaison 30 inséré dans la boucle d'asservissement entre ledit capteur de position 22 et les moyens de commandes 36, auquel est appliqué un signal de référence SR ajustable, permet de modifier à volonté la position dudit foyer f. L'invention s'applique notamment à la radiologie générale, à la tomodensitomètrie, aux techniques spéciales d'imagerie par rayonnement X, et à la stéréoradiographie. REVENDICATIONS 1. Dispositif radiologique à asservissement de position de foyer suivant un axe d'asservissement donné, comportant un tube radiogène (2) dans lequel une cathode (7) génère un faisceau d'électron (6) bombardant une anode (4), ledit foyer (f) étant forme au point (P) d'impact dudit faisceau d'électron (6) et constituant la source d'un faisceau de rayonnement X (15), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de déviation (23, 7), pour dévier ledit faisceau d'électrons (6) et déplacer ledit point (P) d'impact suivant ledit axe d'asservissement (20), et en ce qu'il comporte en outre un dispositif capteur de position (22) sensible à la position dudit foyer (f), lesdits moyens de déviation (23, 7) et ledit dispositif capteur de position (22) coopérant pour déplacer ledit point (P) d'impact dans un premier ou un second sens (13, 14), opposé au sens d'un déplacement (d f) du foyer (f) détecté par ledit dispositif capteur de position (22). 2. Dispositif radiologique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de déviation (23, 7) comporte une prèmière et une seconde pièces polaires (37, 38), à effet électrostatique, contenues dans ladite cathode (7). 3. Dispositif radiologique selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de déviation (23, 7) comprennent des moyens électroniques (23) comportant une première et une seconde alimentation de polarisation (34, 39) indépendantes l'une de l'autre, et fournissant respectivement à la première et à la seconde pièce polaire (37, 38) un premier et un second signal de polarisation (V1, V2). 4. Dispositif radiologique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif capteur de position (22) comporte un sténopé ou fente (42) et deux moyens détecteurs (43, 44), sensibles au rayonnement X et disposés de manière contiguë, sur lesquels est réalisée une image (I) du foyer (f), lesdits moyens détecteurs (43, 44) délivrant chacun un premier signal (S1, S2) dont l'amplitude est fonction d'une répartition de l'image dudit foyer (f) sur des plans d'entrée (45, 46) de chaque moyen détecteur (43, 44). 5. Dispositif radiologique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit dispositif capteur de position (22) comporte en outre un moyen comparateur (51), auquel sont appliqués les premiers signaux (S1, s2), et délivrant un signal de mesure (SM) lié à la différence entre les premiers signaux (S1, S2) et à la position (P) dudit foyer le long dudit axe d'asservissement (20). 6. Dispositif radiologique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le sténopé (42) et les moyens détecteurs (43, 44) définissent un axe de visée (24) coupant l'axe d'asservissement (20). 7. Dispositif radiologique selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de déviations (23, 7) comprennent des moyens électroniques (23), comportant un dispositif de comparaison (30) destiné à élaborer un signal d'écart (SE) lié à la différence d'amplitude entre ledit signal de mesure (sua) et un signal de référence (SR) dont la valeur correspond à une position désirée dudit foyer (f) le long de l'axe d'asservissement (20). 8. Dispositif radiologique selon les revendications 3 et 7, caractérisé en ce que les moyens électroniques (23) comportent en outre des moyens de commande (36), chargés de déterminer, à partir du signal d'écart (SE), les amplitudes respectives des signaux de polarisation (V1, V2) appliqués à la première et à la seconde pièce polaire (37, 38) pour réaliser la déviation du faisceau d'électrons (6). 9. Dispositif radiologique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la déviation du faisceau d'électrons (6) est obtenue par la dissymétrisation des signaux de polarisation (V1, V2) et que ladite dissymétrisation croît ou décroît selon le sens (13, 14)désiré de la déviation du faisceau d'électrons (6) jusqu'à ce que les signaux de mesure et de référence (SM, SR) atteignent une même amplitude. 10. Dispositif radiologique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élément radiologique (17) auquel est solidarisé ledit dispositif capteur de position (22).