Brevet FR2570908A1 — publié le 19860328

Système de traitement des signaux éLectriques issus d'un détecteur de rayons X La présente invention concerne un système de traitement des signaux éLectriques issus d'un détecteur de rayons X qui ont traversé un objet ou un organe. Elle s'applique plus particuLièrement à la tomographie d'organes, mais egalement au contrôle industriel, tel que le contrôle de bagages par exemple. Les rayons X reçus par le détecteur et qui ont traversé un objet ou un organe, sont émis par une source émettant en direction de cet objet ou de cet organe, un faisceau plan de rayons X incidents presentant une large ouverture angulaire et une faible épaisseur. Les détecteurs de rayons X permettent de mesurer L'absorption du faisceau de rayons X traversant L'objet ou l'organe, cette absorption étant Liée à la densité des tissus de L'organe examiné ou à la densité des matériaux constituant L'objet étudié. Si l'on veut établir la carte de densité d'un organe ou d'un objet, il est possible et connu d'envoyer un faisceau plan de rayons X incidents sur cet objet ou cet organe, ce faisceau présentant une large ouverture angulaire et une faible épaisseur ; on observe ensuite, pour chaque position des faisceaux de rayons X incidents par rapport à L'objet ou L'organe, L'absorption correspondante.Une multiplicité de ba layages dans des directions croisées, permet de connaître, grâce au détecteur de rayons X, après un traitement numérique approprié des signaux recueillis sur Les cellules du détecteur, La valeur de L'absorption des rayons X en un point du plan de coupe considéré ; la connaissance de cette absorption permet de conna~- tre la densité des tissus de L'organe ou la densité des matériaux constituant L'objet. La plupart des détecteurs X à ionisation, utilises en tomographie sont de type multicellulaire et comportent des cellules déLimitées par des plaques conductrices perpendiculaires au plan du faisceau de rayons X et portées alternativement à des potentiels positif et négatif. Ces cellules sont situées dans une enceinte étanche contenant un gaz ionisable. Les avantages de ce type de détecteur multicellulaire sont Les suivants : il procure une bonne détection des rayons X, Lorsque Les pLaques utilisées dans Les cellules de détection sont constituées dans un matériau très absorbant ; le temps de collection des charges résultant de L'ionisation du gaz par Les rayons X est très fai- ble à cause du faible espacement des plaques conductrices et de la bonne séparation entre Les cellules de détection.Cependant, ce type de détecteur présente des inconvénients importants : il est possible de diminuer L'épaisseur des plaques afin d'augmenter La quantité de rayons X détectés, mais au détriment de la collimation, du fait de La faible épaisseur des plaques ; cette faibLe épaisseur des plaques provoque en outre une microphonie très importante. Enfin, Les de- tecteurs de ce type présentent une grande compLexité de réaLisation qui entraîne un coût de fabrication éLevé : ils nécessitent un montage en salle dépoussiérée, car toute poussière sur L'une des plaques peut provoquer un amorçage ainsi qu'un courant de fuite entre deux plaques consécutives.Il s'ajoute à ces inconvénients que Les nombreuses plaques utilisees necessitent des connexions éLectriques très nombreuses, à L'intérieur de La chambre étanche, ce qui pose des problemes difficiles de fiabiLité des soudures des fils de mesure connectes avec Les plaques. On connaît aussi un autre type de détecteur qui présente une structure beaucoup plus simple mais qui n'est pas parfait. Cet autre type de détecteur comprend une chambre étanche contenant un gaz ionisable par des rayons issus de L'organe ou de L'objet et, dans cette chambre, une plaque de collection des électrons resultant de L'ionisation du gaz ; cette plaque est parallele au pLan du faisceau de rayons incidents et elle est portée à une haute tension positive. Une série d'électrodes de collection des ions résultant de L'ionisation du gaz par Les rayons X issus de L'objet est disposée paraLLèLement et en regard de la plaque précédente ; ces électrodes de collection des ions sont portées à un potentiel voisin de O et sont dirigées vers La source qui émet les rayons X, en direction de L'objet.Chaque électrode de collection des ions définit une cellule éLémentaire du détecteur. Ces électrodes sont situées dans un plan paralLèle au pLan du faisceau des rayons incidents et fournissent respectivement un courant qui est ta somme, d'une part d'un courant de mesure proportionnel à la quantité d'ions produits par L'ionisation du gaz en regard de chaque électrode, sous L'effet des rayons issus de L'objet ou de L'organe, dans une direction correspondant à celle des rayons incidents et, d'autre part, d'un courant de diffusion provenant des rayons diffuses par L'objet ou par L'organe, ou d'une manière gé neurale, par tous Les obstacles rencontrés par Les rayons incidents, dans d'autres directions que celles de ces rayons incidents. Ce type de détecteur présente certains avantages : il n'y a plus, comme dans Le détecteur mentionné précédemment, de plaque de séparation ; ceci élimine tout phénomène gênant de microphonie. Du lait de La suppression de ces plaques de séparation, la quantité de rayons X détectée est maximale ; la réalisation de ce type de détecteur est très simple, il est peu sensible aux poussières. Ce type de détecteur pre- sente cependant un grave inconvénient qui résulte du fait que Le courant recueiLLi sur chacune des éLectrodes portée à un potentiel voisin de 0 comprend un courant parasite qui fausse Les mesures ; ce courant provient de La détection des rayons diffusés dans d'autres directions que ceLles-des rayons incidents. On conna5t également un autre type dc ditec- teur tel que celui qui est décrit par exemple dans La demande de brevet français n0 8107568 déposée Le 15.04.81 au nom du même demandeur. Le détecteur décrit comprend une chambre principale étanche contenant un gaz ionisable ; cette chambre est formée de cellules éLémentaires de détection situées dans un pLan paraL LèLe à celui du faisceau de rayons X issus de L'organe ou de L'objet à étudier.Les cellules éLémentaires de cette chambre principale fournissent chacune un courant qui est La somme d'une part d'un courant de mesure proportionnel à La quantité de charge obtenue par L'ionisation du gaz dans chaque cellule, sous l'effet des rayons issus de l'objet ou de L'organe, dans des directions correspondant à celles des rayons incidents et, d'autre part, d'un courant de diffusion résultant de L'ionisation du gaz par des rayons diffusés dans d'autres directions que ceLLes des rayons incidents. Ce détecteur comprend aussi une chambre d'ionisation secondaire étanche, accoLée b La cha#mbre principaLe pour compenser Les courants de diffusion fournis par Les ceLLuLes éLémentaires de La chambre principale. Cette chambre d'ionisation secondaire contient le même gaz- ionisable que la chambre principale et elle est formée de cellules étémentaires de compensation, situées dans un plan paraLLèLe à celui du faisceau ; L'ionisation du gaz dans Les cellules de cette chambre d'ionisation secondaire est produite par Les rayons X diffuses par L'objet ou par L'organe ; chacune de ces cellules fournit un courant de compensation des courants de diffusion fournis par Les cellules de la chambre principale. Dans le détecteur décrit dans la demande de brevet précitée, le nombre de cellules élementaires de la chambre principale est egal au nombre de cellules éLémentaires de a chambre secondaire.Ce type de détecteur permet de compenser Les effets parasites des courants de diffusion, notamment sur L'image d'une coupe d'un objet ou d'un organe. Le traitement des signaux issus de ce détecteur consiste essentiellement à retrancher respectivement Les courants fournis par Les celLules de la chambre secondaire aux courants fournis par Les cellules de la chambre principale, un à un, ces cellules étant en nombre égal dans La chambre secondaire et dans ta chambre principale. Ces soustractions sont effectuées directement par connection de chaque cellule principale à la cellule secondaire correspondante suivant la configuration décrite dans la demande de brev#et n0 8107568 au nom du même demandeur. Cette disposition conduit à prendre encompa te deux fois la fluctuation statistique associée à la mesure des rayons diffusés ; ceci est préjudiciabLe à la qualité de L'image de la coupe de L'objet étudié notamment pour ce qui concerne la résolution en contraste. L'invention a pour but de remue'der à cet inconvénient en minimisant la fluctuation statistique de La mesure des rayons diffusés, effectuée dans la chambre d'ionisation secondaire. Le système d'acquisition initial DD1046 de la demande de brevet précitée esr alors modifié de telle sorte que Les courants de La chambre orincipale et ceux de la chambre secondaire sont acquis séparément. Les courants de la chambre secondaire sont traites avant d'être retranchés aux courants correspondants de la chambre principale. Cette acquisition séparée permet de choisir un nombre de cellulesde cette chambre secondaire, différent de celui de la chambre principale. Il est connu qu'une répartition des courants de diffusion peut être déterminée en adaptant un pas d'échantillonnage spatiaL de quelques centimètres et en caLculant à partir des échantiLLons et par modéLi- sation mathématique, Les valeurs ponctuelles. Ce procédé permet de choisir un nombre de cellules de la chambre secondaire notablement inférieur à celui des cellules de La chambre principale. Ce procédé permet de pLus d'attribuer une valeur de courant diffuse à chaque cellule de la chambre principale.Dans ces conditions, il est connu que ta fluctuation statistique de la mesure du courant de diffusion est divisé par un rapport égal à ta racine carrée du nombre de cellules groupées. L'invention a pour objet un système de traitement des signaux éLectriques issus d'un détecteur de rayons X qui ont traversé un objet ou un organe, ces rayons formant un faisceau plan de faible épaisseur et de large ouverture angulaire, ce détecteur comprenant une chambre principale étanche contenant un gaz ionisable et qui est formée de cellules éLémentaires de détection situées dans un plan paralléle à celui du faisceau, ces ceLLuLes fournissant chacune un courant qui est la somme d'une part d'un courant de mesure proportionnel à La quantité de charges obtenues par L'ionisation du gaz dans chaque cellule, sous L'effet des rayons issus de L'objet, dans des directions correspondant à celles des rayons incidents et, d'autre part, d'un courant de diffusion résultant de L'ionisation du gaz par des rayons diffusés dans d'autres directions que celles des rayons incidents, ce détecteur comprenant aussi une chambre d'ionisation secondaire étanche, accolée à la chambre principale pour compenser Les courants de diffusion fournis par Les cellules éLémentaires de la chambre principale, cette chambre d'ionisation secondaire contenant le même gaz ionisable que ta chambre principale et étant formée de cel- lules éLémentaires de compensation, situées dans un plan paraLLèLe à celui du faisceau, L'ionisation du gaz dans Les cellules de cette chambre d'ionisation secondaire étant produite par Les rayons X diffusés par L'objet, ces cellules fournissant respectivement des courants de compensation des courants de diffusion produits par Les cellules de la chambre principale, caractérisé en ce que le système. de traitement comprend des moyens d'acquisition et d'enregistrement séparés des valeurs des courants fournis respectivement par Les cellules éLémentaires de la chambre principale et de la chambre secondaire, des moyens de traitement reliés aux moyens de mesure et d'enregistrement pour multiplier Les valeurs des courants fournis par Les ceLLuLes éLémentaires de La chambre secondaire par un coefficient de correction, puis pour échantiLLonner Les vaLeurs de manière à ce que le nombre de valeurs échantiLLonnées obtenues soit égal au nombre de cellules de la chambre principale, puis pour soustraire respectivement aux valeurs des courants fournis par Les cellules de la chambre principale Les valeurs échantillonnées. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, le coefficient de correction est égal au rapport de la largeur de la zone de la chambre principale qui reçoit Les rayons issus de L'objet, à la largeur de la zone de la chambre secondaire qui reçoit Les rayons diffusés. Les caractéristiques et avantages de L'in vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels : - La figure I représente schématiquement un système de traitement de signaux électriques issus d'un détecteur, conforme à L'invention, - La figure 2 représente en a, b, c des diagrammes qui permettent de mieux comprendre le fonctionnement du système de L'invention. La figure 1 représente schématiquement un système de traitement 1 des signaux électriques issus d'un détecteur 2 de rayons X qui ont traversé un objet ou un organe 0 à étudier. Ces rayons X forment un faisceau pLan F de faible épaisseur et ils sont issus d'une source S. Un diaphragme 3 peut être interposé entre La source S et L'objet 0. Le faisceau F est un faisceau pLan qui présente une large ouverture angu taisre et une faible épaisseur. Le détecteur 2, qui est situé dans une enceinte étanche 4 comprend une chambre principaLe 5 et une chambre secondaire 6. La chambre principate contient un gaz ionisable par Les rayons X issus de L'objet ou de L'organe 0. Cette chambre prin cipal #comprend des cellules éLémentaires de détection situées dans un pLan parallèle à celui du faisceau F. Ces cellules sont constituées par une plaque 7 portée à une haute tension positive +NT et une série d'elec- trodes 8 portées à un potentiel voisin de 0 volt. Chacune de ces éLectrodes de la chambre principale délimite une cellule élémentaire de cette chambre. Les électrodes 8 sont planes et sont portées par une plaque 9 électriquement isoLante. Ces éLectrodes ainsi que La pLaque 9 sont parallèles au plan du faisceau F de rayons X. Les éLectrodes 8 convergent dans la direction de La source S. Chacune des électrodes, lors de L'ionisation du gaz contenu dans L'enceinte 4 four nit un courant I qui peut être amplifie par exempLe par des amplificateurs tels que l'amplificateur 10.Ce courant est la somme d'un courant de mesure proportionnel à ta quantité de. charge obtenue par L'ionisation du gaz dans chaque cellule, sous l'effet des rayons X issus de L'objet, dans des directions correspondant à celles des rayons incidents F et d'un courant de diffusion résuLtant de L'ionisation du gaz par des rayons diffuses 11 dans d'autres directions que ceLles des rayons incidents. La chambre d'ionisation secondaire 6 est accoLée à la chambre principale 5 et permet, comme on le verra plus loin en détail, de compenser Le courant de diffusion fourni par chaque cellule éLémentaire de la chambre principale 5. Cette chambre secondaire contient le même gaz ionisable que la chambre principale et elle est formée de cellules éLémentaires de compensation situées dans un plan paralléle à celui du faisceau F. L'ionisation du gaz dans Les cellules de cette chambre d'ionisation secondaire est produite par Les rayons X diffuses par L'objet ou par L'organe 0. L'un de ces courants diffusés est représenté en 11.Cette chambre d'ionisation secondaire comprend une plaque 12 portée à une haute tension négative -HT, ainsi qu'une série d'électrodes 13, planes, parallèles au plan du faisceau de rayons X incidents, situées sur L'autre face de la plaque isolante 9 qui porte Les électrodes 8 de la chambre d'ionisation principale 5. Ces électrodes convergent en direction de la source S. Les électrodes 13 de la chambre d'ionisation secondaire déLimitent Les cellules éLémentaires de cette chambre. Ces électrodes fournissent des courants 1C de compensation des courants de diffusion produits par Les cel Lu Les de ta chambre principale. Chaque courant de compensation peut être amplifié par un amplificateur tel que l'amplificateur 14. Alors que dans la demande de brevet précitée, Le nombre des cellules de la chambre principale 5 était égal au nombre des cellules de ta chambre secondaire 6, dans le détecteur représenté sur cette figure, auquel est appliqué Le système de traitement de L'invention, te nombre de ceLLuLes de la chambre secondaire 6 est beaucoup moins important que ceLui des ceLLuLes de la chambre principale 5. Le système de traitement 1 comprend des moyens séparés d'acquisition et d'enregistrement des valeurs des courants I et 1C fournis respectivement par Les cellules elémentaires de la chambre principale 5 et de La chambre secondaire 6. Ces moyens d'acquisition et d'enregistrement sont constitués par un multi- plexeur anaLogique-numérique 15 qui reçoit Les courants I amplifies provenant des cellules de la chambre principaLe 5 et Les courants 1C amplifiés provenant des cellules de La chambre secondaire 6. Ces moyens d'acquisition comprennent aussi une mémoire 16 dont Les entrées sont reLiées à des sorties du multiplexeur 15 pour enregistre#r Les valeurs numériques des courants fournis par chacune des cellules. Le système de traitement comprend aussi des moyens de traitement qui sont reliés aux sorties de la mémoi-re 16 appartenant aux moyens d'acquisition et d'enregistrement ; ces moyens de traitement comprennent une unité de traitement de données 17, reliée à une unité 18 d'entrée d'instructions et de données. L'unité de traitement 17 peut être également reliée à un système de visualisation 19 permettant d'afficher L'image d'une coupe d'un objet ou d'un organe. L'unité de traitement 17 permet grâce à des instructions fournies par L'unité 18, de multiplier chacune des valeurs des courants IC fournis par Les cellules éLémentaires de la chambre secondaire, par un coefficient a de correction de ces valeurs. Ce coefficient de correction est égal au rapport de La largeur de la zone de ta chambre principale 5 qui reçoit Les rayons F issus de L'objet 0, à la Largeur de ta zone de la chambre secondaire 6 qui reçoit Les rayons diffuses 11. Les valeurs ainsi corrigées sont provisoirement enregistrées dans la mémoire 16.Ces valeurs subissent ensuite, grâce à un programme approprié, connu dans L'état de la technique, un filtrage frequentiel ou "lissage". Les valeurs ainsi filtrees ou Lissées sont ensuite, grâce à l'unité de traitement 17 et au programme fourni par L'unité 18, échantillonnées de ma nièce que le nombre des valeurs échantiLLonnées obtenu soit égal au nombre de cellules de la chambre principale 5. Ces valeurs échantiLLonnées sont bien entendu enregistrées dans la mémoire 16.L'unité de traitement 17 effectue alors, a-près cet échantillonnage des soustractions, entre respectivement Les valeurs numéri- ques des courants I fournis par Les cellules élementaires de la chambre principale 5, et Les valeurs échantiLLonnées résultant du traitement des valeurs des courants IC fournis par Les cellules de la chambre secondaire 6. La figure 2 permet de mieux comprendre Les traitements subis par Les courants fournis par Les cellules de La chambre secondaire. Le diagramme a représente Les valeurs des courants IC fournis respectivement par chacune des cellules de ta chambre secondaire. C'est ainsi par exemple que sur ce diagramme, I1 représente la valeur du courant fourni par l'électrode 13 de la chambre secondaire, entre Les instants t1 et t2, tandis que I2 représente la valeur du courant fourni par l'électrode adjacente à L'éLectrode 13, entre Les instants t2 et t3. Les va Leurs des courants, après leur multiplication par le coefficient correcteur &alpha; n'ont pas été représentées sur ces diagrammes. Le diagramme b représente Les valeurs corri gées, après Leur filtrage frequentiel ou Lissage par L'unité de traitement 17. Ce filtrage frdquentiet n'est pas ici décrit en détaiL. IL consiste en fait à lisser Les valeurs corrigées des courants provenant des cellules de détection de La chambre secondaire. Le diagramme c représente l'echantillonnage effectué par L'unité de traitement 17, à par#tir des valeurs Lissées du diagramme b. Le nombre d'echant;t- lons E correspond au nombre de- cellules élémentaires de la chambre principale 5. Les valeurs ainsi échantillonnées, corrigées et Lissées, des courants, des cellules de La chambre secondaire 6 sont alors soustraites respectivement aux valeurs des courants I fournis par Les cellules élémentaires de La chambre principale 5. Les corrections et Le lissage effectués sur Les valeurs des courants 1C fournis par Les cellules éLémentaires de La chambre secondaire permettent de diminuer Le bruit de fond préjudiciabLe à la qualité de L'image d'une coupe ou d'un objet, obtenue sur L'écran du système de visualisation 19, à partir des valeurs des courants fournis par Les cellules du de- tecteur. L'échantillonnage permet aussi de réduire ce bruit de fond. Il permet également de diminuer le nombre de cellules élémentaires de la chambre secondaire qui, dans La demande de brevet précitée, était égal au nombre de cellules de La chambre principale. Ce système de traitement permet donc de sis- plifier la fabrication des détecteurs pour tomographie à rayons X, tout en améLiorant la qualité de L'image obtenue à partir de ces détecteurs. Des études expérimentales montrent que pour un objet de 350 mm de diamètre, le rapport signal sur bruit des courants fournis par Les cellules elEmenta;- res de La chambre principale est divisé par 1,5 environ. Ces études experimentales montrent egalement que grâce à cette diminution du rapport signal sur bruit, il est passible de réduire L'intensité de ta source et ainsi de prolonger la durée de vie de cette source. Cette diminution d'intensité, dans le cas de la tomographie est particul;*rement importante, puisqu'elle permet de diminuer ta dose de rayons X à laquelle le patient est soumis. REVENDICATIONS 1. Système (1) de traitement des signaux éLectriques issus d'un détecteur (2) de rayons X qui ont traversé un objet ou un organe (0), ces rayons formant un faisceau plan (F) de faible épaisseur et de large ouverture angulaire, ce détecteur comprenant une chambre principale (5) étanche contenant un gaz ionisable et qui est formée de cellules éLémentaires de détection situées dans un pLan parallèle à celui du faisceau, ces cellules fournissant chacune un courant (I) qui est la somme d'une part, d'un courant de mesure proportionnel à la quantité de charges obtenues par L'ionisation du gaz dans chaque cellule, sous l'effet des rayons issus de L'objet, dans des directions correspondant à celles des rayons incidents et, d'autre part, d'un courant de diffusion resultant de L'ionisation du gaz par des rayons diffuses (11) dans d'autres directions que celles des rayons incidents, ce detecteur comprenant aussi une chambre d'ionisation secondaire (6) étanche, accolée à la chambre principale pour compenser Les courants de diffusion fournis par Les cellules éLémentaires de la chambre principale, cette chambre d'ionisation secondaire (6) contenant le même gaz ionisable que la chambre principale et étant formée de cellules éLémentaires de compensation en nombre notablement inférieur à ceLui des cellules éLémentaires de la chambre principale, situées dans un plan parallèle à celui du faisceau, L'ionisation du gaz dans Les cellules de cette chambre d'ionisation secondaire (6) étant produite par Les rayons X diffuses par L'objet, ces cellules fournissant respectivement des courants de compensation (Ic) des courants de diffusion produits par Les cellules de la chambre principale (5), caractérisé en ce que le système de traitement (1) comprend des moyens (15,16) d'acquisition et d'enregistrement séparés, des valeurs des courants (I,IC) fournis respectivement par Les cellu Les éLémentaires de la chambre principale (5) et de ta chambre secondaire (6), des moyens de traitement (17) relies aux moyens de mesure et d'enregistrement pour multiplier Les valeurs des courants Les cellules éLémentaires de La chambre secondaire (6) par un coefficient de correction, #uis pour échantiL- tonner Les va Leurs de manière à ce que te nombre de valeurs echantillonnees obtenues soit égal au nombre de cellules de la chambre principale (5), puis pour soustraire respectivement aux valeurs des courants (I) fournis par Les cellules de ta chambre principale Les valeurs échantiLLonnées. 2. Dispositif selon La revendication 1, caractérisé en ce que le coefficient de correction est égaL au rapport de la Largeur de La zone de la chambre principale (5) qui reçoit Les rayons issus de L'objet (O) à La largeur de La zone de la chambre secondaire (6) qui reçoit Les rayons diffuses.