Brevet FR2571914A1 — publié le 19860418

La présente invention concerne des appareils à rayons X dans lesquels un faisceau d'énergie de rayons X modifié par passage à travers un sujet est converti en signaux video élec- triques propres à un affichage ou à un enregistrement, avec ou sans traitement par calculateur, pour permettre une évaluation visuelle. La conversion des motifs de rayons X est couramment réalisée par des intensificateurs d'image de rayons X dans les- quels un seul tube combine un récepteur interne de rayonnement X, typiquement un écran scintillateur sensible aux rayons X pro- duisant une image lumineuse secondaire correspondante, avec une amplification électronique. L'intensificateur d'image de rayons X à écran interne de l'art antérieur introduit toutefois une dégra- dation des images de rayons X et des images lumineuses qui devien- nent moins acceptables,en particulier pour des radiographies traitées numériquement à affichage vidéo. Un tube intensificateur d'imacre de rayons X présente l'inconvénient inherent que son écran scin- tillateur interne ne permet pas de recuire la photocathode suf- fisamment pour une évacuation optimale des contaminants de la cathode. En conséquence, des électrons sont indûment dispersés depuis la photocathode plutôt que focalisés sur l'écran scin- tillateur et, en même temps que pour d'autres raisons, produisent un fond lumineux indésiré sur tout l'écran qui diminue de façon importante le rapport signal-sur-bruit et le contraste dans la sortie lumineuse de l'intensificateur d'image à rayons X. Un autre dispositif comprend un écran scintillateur sen- sible aux rayons X recevant le motif de rayons X directement et produisant une image lumineuse secondaire sur un écran d'o elle peut être projetée sur un récepteur de lumière. Toutefois, les dispositifs connus jusqu'ici manquent de qualité en ce qui con- cerne l'optique de projection pour satisfaire a la fine résolution de détails des rayons X dont les dispositifs de traitement de signaux video actuels sont capables. La disparité entre la capacité de résolution d'un dispo- sitif à rayons X et celle d'un dispositif de traitement video peut être réduite en utilisant des masques de balayage connus, opaques aux rayons X et opaques a la lumière, qui réduisent considé- rablement les rayons X disperses et le brouillard ou fond lumineux et analogue dans l'image lumineuse et en conséquence le bruit et la mauvaise définition dans le signal vidéo correspondant. Un objet de la présente invention est d'améliorer encore l'efficacité d'amplification lumineuse dans un dispositif à rayons X pour fournir des ima2es vidéo plus brillantes, de meilleure qua- lité que celles des dispositifs antérieurs, et dans lesquelles la dégradation d'image provoquée par la dispersion des rayons X et le fond lumineux est réduite en comparaison des dispositifs utilisant un amplificateur d'image de rayons X avec un écran interne sen- sible aux rayons X. D'autres objets sont de prévoir un dispositif à rayons X qui assure un contrOle plus efficace du gain de l'am- plification lumineuse, qui permette une irradiation de zones variables d'un sujet et qui contienne de façon compacte la partie de récepteur optique du dispositif. Selon la présente invention, un dispositif à rayons X pour examen radiologique d'un sujet comprend une source de rayons X dirigeant un rayonnement sur un trajet passant par la position d'un patient; un récepteur de rayons X sur le trajet au-delà de la position du patient, sensible au rayonnement X, pour produire une image lumineuse plane secondaire; un moyen optique projetant 1 'image secondaire selon un trajet lumineux; et un intensifi- cateur de lumière au-delà du moyen optique pour amplifier l'inten- sité de l'image lumineuse; dans lequel l'intensificateur comprend une face d'entrée plane recevant une image lumineuse projetée plane, et le dispositif comprend un masque de lumière mobile entre le récepteur et l'intensificateur avec une ouverture de balayage d'image sensiblement dans le plan de l'image lumineuse projetée. De préference, le tube intensificateur d'image comprend une surface d'entrée de lumière et une surface de sortie de lumière couplées à un tube de prise de vues, et une commande de zoom réglable pour agrandir l'image au niveau de la zone d'entrée pour remplir sensiblement la surface de sortie. Le dispositif peut 2 5 7 1 9 1 4 comprendre un masque opaque au rayonnement X mobile entre la source de rayons X et le récepteur, pour réduire la dispersion de rayons X en provenance du sujet. Un masque mobile supplémentaire entre le moyen optique et le récepteur de lumière réduit la dispersion de lumière vers le récepteur optique résultant de la dispersion des rayons X. En repliant le trajet optique dans le moyen optique par rapport au trajet de rayonnement X, on s'adapte à la longueur du tube de prise de vues video. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposes plus en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier faite en relation avec les dessins joints dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'un appareil à rayons X avec des masques mobiles et un dispositif vidéo selon la présente invention; la figure 2 est un schéma représentant une partie de l'appareil, à angle droit par rapport à la vue de la figure 3; la figure 3 est une vue de dessus du masque mobile des figures 1 et 2; la figure 4 est une vue de côté agrandie du dispositif video de la figure 1; La figure 5 est une vue en perspective d'un poste de rayons X comprenant le dispositif vidéo de la figure 4; et La figure 6 est une vue en bout partielle du poste. Dans le dispositif à rayons X des figures 1 et 2, la source de rayonnement X est le point focal X sur l'anode a d'un tube à rayons X, XT. Le tube 1 rayons X, XT, est alimente par un dispositif de commande électronique d'exposition de rayons X, 7. A partir de la source X, un faisceau pyramidal ou conique B est émis selon un axe de rayonnement A1 vers la position P d'un sujet tel qu'un patient humain sur une table support T transmettant les rayons X. Au-delà de la position du patient P se trouve un récep- teur de rayons X, R, comprenant une zone ou plan IA de formation d'image sensible aux rayons X. Typiquement, le récepteur est un écran scintillateur émettant un rayonnement secondaire de lumière visible à la suite de la réception des rayons X. La zone du pa- tient exposée au rayonnement peut être modifiée par un collimateur S qui modifie la zone exposée du récepteur produisant l'image lumineuse secondaire émise. L'image secondaire de surface variable au niveau de la zone IA est vue selon l'axe Ai par un dispositif video électro-optique décrit en détail ci-après, et comprenant une lentille L, un intensificateur d'image I et un tube de prise de vues video VT, qui convertit l'image secondaire en une trame de signaux video électriques qui correspondent au patient en cours d'examen. Les signaux video sont émis par l'intermédiaire d'un dispositif de traitement de données numériques 8 vers un affichage ou enregistreur 9. Des dispositifs de traitement et des affichages vidéo courants sont capables de résoudre jusqu'a 150 teintes uti- les visuellement selon une image de rayons X et une telle grada- tion fine de teintes est importante pour un diagnostic médical précis, mais la dispersion des rayons X à partir d'un patient humain dégrade l'image en-dessous de cette résolution, à moins que des masques de rayonnement ne soient utilisés. Le faisceau de rayons X, B, est partiellement intercepté- par un masque opaque aux rayons X comprenant un premier disque tour- nant D1 muni de fentes ou fenêtres W1 transmettant les rayons X. Comme cela est représenté à la figure 3, les fenêtres W1 sont en forme de secteur et transmettent un faisceau F de rayons X de balayage en éventail tandis que le disque D1 masque le reste du faisceau conique B pour le récepteur R. Les fenêtres peuvent toutefois être des fentes rectangulaires à cOtés parallèles dans une courroie se déplaçant linéairement ou en va-et-vient dans le faisceau de rayons X, B. Un second masque optique D2 avec des fenêtres analogues W2 est situé entre la lentille L et le tube video VT. Les disques D1 et D2 sont entrainés en rotation en phase par des moteurs synchrones M1 et M2, respectivement. Comme cela est représenté à la figure 2, les fenêtres W1 et W2 des disques sont superposées optiquement de sorte que, tandis que le premier masque en forme de disque D1 est entratné de façon synchrone par connexion, par l'intermédiaire d'un dispositif de commande de vitesse 5, à des bornes d'alimentation en courant alternatif régulées par horloge, p, les fenêtres W2 du second disque balayent la zone d'image secondaire IA sensiblement simultanément avec le balayage de la même zone par les fenêtres du premier disque W1. La figure 3 représente un disque composite 15 qui est de préférence substitué, selon la dimension appropriée, aux disques D1 et D2 des figures 1 et 2. Le disque composite 15 comprend deux disques superposes 16 et 17, le premier disque 16 étant fixe a l'arbre 11 entratné par le moteur Ml et le disque 17 comprenant un manchon 12 fixe en rotation sur l'arbre par une bague de maintien 13. Alors que le disque 17 peut tourner par rapport à l'autre disque,les deux disques sont normalement bloqués l'. un par rapport à l'autre par une vis de fixation 14 vissée dans le premier disque 16 et s'engageant avec l'autre pour éviter un déplacement relatif. Les disques respectifs 16 et 17 comprennentchacun, par exempie, crua- tre ensemblesde fenêtres en forme de secteur 18 et 19 ayant un angle de quelques degrés, chaque ensemble couvrant de quelques degrés à près de quatre-vingt-dix degrés. Les fenêtres des deux disques se recouvrent pour définir des fenêtres Wi' de rayons X en forme de secteur, plus petites, s'ouvrant au travers des deux disques et réglables en largeur par une rotation relative des disques 16 et 17. Le tube à rayons X XT et le disque de masquage D1 sont portes sur un premier bras 21 d'un support à deux bras 20, tandis que le récepteur de rayons X R, la lentille L, le second disquede masquage optique D2, l'intensificateur d'image optique I et le tube de prise de vues VT sont portés sur un second bras 22 du sup- port 20 comme cela est représenté schématiquement sur la figure 1 et structurellement sur les figures 5 et 6. Comme cela est représenté aux figures 5 et 6, le support à deux bras 20 est amené à pivoter sur un axe A2 par un palier 23 maintenu sur une traverse 24 qui glisse de façon télescopique dans un manchon 26. Le manchon 26 est monté sur une premièere bague 27 qui tourne autour d'un axe A3 à l'intérieur d'un cadre circulaire 28 dans un support 29. Une seconde bague 31 tournant dans le cadre 28 se- lon le même axe A3 supporte la table de patient T. Selon la présente invention, le second bras 22 soutient 257 1914 un nouveau dispositif vidéo utilisant un intensificateur d'image optique (contrairement à l'intensificateur d'image de rayons X antérieur), dans lequel l'écran scintillateur est espacé de l'in- tensificateur de lumière par de l'air ou un milieu optique analo- gue et le trajet optique A1 entre le récepteur de rayons X R et le tube intensificateur d'image lumineuse est replié par une première surface de miroir M, le récepteur de rayons X étant externe au tube intensificateur d'image lumineuse. Une partiedu dispositif video peut en conséquence s'étendre à angle droit par rapport à l'axe Ai du faisceau de rayons X et au trajet optique le long du second bras de support22,contrairement aux dispositifs à rayons X de l'art antérieur dans lesquels l'axe de l'intensificateur d'image coïncidait avec l'axe du trajet optique. Le fait de réali- gner le dispositif video sur un axe AI' à angle droit par rapport à l'axe de rayonnement Ai raccourcit beaucoup l'espace entre le bras du tube 1 rayons X 21 et le bras du récepteur 22. Cette réduction d'espace peut être obligatoire architecturalement dans une salle de rayons X d'htpital. La hauteur limitée entre le pla- fond et le plancher peut être insuffisante pour laisser la place à la longueur assemblée du dispositif vidéo, en particulier quand, comme dans la présente invention, il comprend une lentille L, un disque de masquage lumineux D2, un intensificateur d'image I et un tube de prise de vues VT, comme cela est représenté aux figures 4, et 6. Un autre aspect de la présente invention implique la projection d'une image lumineuse plane, depuis un récepteur de rayons X externe et un dispositif de rayonnement optique secon- daire, sur la face d'entrée plane d'un intensificateur d'image par la lentille L. Pour assurer la qualité de résolution du dispositif vidéo qui suit, la zone de l'image optique doit être géomé- triquement compatible avec l'image projetée par le dispositif optique et avec la face d'entrée de l'intensificateur. Par exem- ple, la zone d'image IA et la face d'entrée 31 du tube intensi- ficateur d'image I devraient être planes et le système optique de projection Z devrait effectuer une projection d'un plan à un autre sans distorsion, de préférence avec une réduction de surface. 257 1914 Un récepteur de rayons X externe et un moyen de rayon- nement optique secondaire appropriés sont constitués par l'élé- ment arrière d'une paire d'écrans scintillateurs à oxysulfure de ga- dolinium (Gd2 02 S) vendus par Minnesota Miinirg and imanufacturing Company, St. Paul, Minnesota, sous l'appellation TRIMAX 12. A titre d'exemple, la lentille L a un rapport distance focale à ouverture (ouverture numérique) égal a 1, et une distance focale d'environ 100 millimètres. Un accroissement de la distance focale de la lentille augmente beaucoup la distance entre le récepteur R et l'intensificateur d'image I. L'intensificateur d'image I est de preference un tube intensificateur d'image à grandissement variable (a zoom) tel que le modèle VLl-116 fabrique par Varian Image Tube Division, Palo Alto, Californie. Il a une zone 31 de face d'entrée plane et une zone de face de sortie sous forme d'une fibre optique 32. Une électrode de zoom 36 est reliée à un dispositif de commande de zoom 37 pour faire varier le grandissement. Le tube video VT est de préference un tube de prise de vues "isocon" tel que le tube 4807 vendu par RCA Solid State Division, Lancaster, Pennsylvanie. Il comprend une zone de face d'entrée à fibres optiques 33. Les deux éléments à fibres optiques sont optiquement couplés par un film mince intermédiaire d'huile optique et main- tenus en contact par un moyen de blocage 38, assurant une inter- face de haute qualité optique. La combinaison d'intensification lumineuse de l'intensi- ficateur d'image, étroitement couplée au tube isocon améliore de façon sensible l'amplification lumineuse et la qualité de la sortie de signal vidéo isocon en comparaison avec la sortie du dispositif isocon. Un gain relatif de 75 en énergie lumineuse est possible, par exemple. L'intensificateur d'image comprend une électrode de gain d'intensité lumineuse 39 dont le potentiel est modifié par un - dispositif de commande de gain 40. Certaines procédures d'examens aux rayons X, telles que l'angiographie produisent des images dont l'intensité lumineuse, transmise à travers la lentille L et l'in- tensificateur d'image optique I, surchargeraient le tube vidéo isocon VT à moins qu'elles ne soient atténuées. Fermer le diaphragme de l'objectif réduirait l'entrée lumineuse vers le tube vidéo mais au détriment du rapport signal-sur-bruit. Au contraire en réduisant le gain de l'intensificateur d'image lumineuse I, comme cela est pos- sible dans le système selon la présente invention, on maximise le rap- port signal-sur-bruit et cela entraine une sortie de signal vidéo notablement améliorée par rapport à l'isocon. Une amélioration importante supplémentaire dans la qualité du signal video du tube de prise de vues isocon VT sur- vient par suite de la possibilité pour l'intensificateur d'image I d'adapter sa surface de sortie de lumière 32 à la surface d'entrée de lumière 33 de l'isocon VT. Cette adaptation peut être réalisée par une sélection appropriée de l'intensificateur d'image et de l'isocon. Mais, en outre, si l'intensificateur d'image a une capa- cité de grandissement variable telle qoe celle fournie par le tube Varian VLl-116, l'adaptation de surface peut être réalisée meme si la surface de rayonnement secondaire sur le récepteur R de rayons X de l'écran scintillateur est modifiée. Comme cela a été précé- demment décrit, un collimateur S opaque aux rayons X représenté à la figure 1 peut être réglé pour réduire la surface du patient exposée aux rayons X. En ce cas, la surface de l'image secondaire au niveau du récepteur R vue par la lentille L sera également réduite. Sans la capacité de grandissement variable, l'image au niveau de la face de sortie de l'intensificateur d'image ne remplirait pas la surface de sortie lumineuse 34 de l'intensi- ficateurni la surface d'entrée lumineuse 35 du tube de prise de vues isocon VT. Un tel désaccord de surfaces réduit beaucoup le rendement optique. Selon la présente invention, l'intensificateur d'image comprend une électrode 36 et un moyen de commande 37 de zoom avec la possibilité de modifier la surface de l'image de sor- tie. Ceci rend possible de produire une image de surface réduite au niveau de la face d'entrée optique 31 de l'intensificateur d'ima- ge de façon à remplir la surface de sortie 32 de l'intensificateur pour qu'elle s'adapte à la surface d'entrée 33 de l'isocon. Bien que les dimensions de l'image puissent être rétablies électro- niquement par des étages disposés derrière l'isocon, la qualité d'image est alors dégradée en ce quiconcerne sa résolution et le rapport signalsur-bruit. La dimension d'image pourrait également être rétablie en déplaçant la lentille, mais ceci impliquerait un déplacement du disque D2 et de l'ensemble intensificateur-isocon introduisant des déplacements et des tolérances mécaniques déli- cats qui sont évités par l'utilisation de l'intensificateur à grandissement variable pour maintenir constante la dimension d'image au niveau de la face d'entrée 33 du tube vidéo isocon. Il faut noter que la présente description a un but illustratif seulement et que la présente invention comprend toutes les variantes et équivalents qui tombent dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Dispositif à rayons X pour examen radiologique d'un sujet comprenant: une source de rayons X (XT) dirigeant un rayonnement (B) selon un trajet passant par une position (P) du sujet; un récepteur de rayons X (R) sur le trajet au-delà de la position du sujet répondant au rayonnement X pour produire une image lumineuse plane secondaire; un moyen optique (L) projetant l'image secondaire selon un trajet optique; et un intensificateur d'image (I) au-delà du moyen optique pour amplifier l'intensité de l'image lumineuse; caractérisé en ce que: l'intensificateur (I) comprend une face d'entrée plane recevant une ima2e lumineuse projetée plane et en ce que le dispo- sitif comprend un masque optique (D2) mobile entre le récepteur (R) et l'intensificateur (I) avec une ouverture de balayage d'image (W2) sensiblement au niveau du plan de l'image lumineuse projetée. 2. Dispositif à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récepteur de rayons X (R) est externe au moyen d'intensification (I) et espacé de celui-ci. 3. Dispositif à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen optique réduit la surface de l'image projetée par rapport à la surface de l'image secondaire. 4. Dispositif à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un masque de rayons X (D1) mobile entre la source et le récepteur avec au moins une ouverture de balayage (W1). 5. Dispositif à rayons X selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (S, M1, M2). entraînant les masques de rayons X et optique en synchronisme. 6. Dispositif à rayons X selon la revendication 4, caractérisé en ce que le masque de rayons X (D1) comprend I plusieurs ouvertures réglables (Wl). 7. Dispositif à rayons X selon la revendication 4, caractérisé en ce que les masques à rayons X et optique compren- nent plusieurs ouvertures optiquement superposées. 8. Dispositif à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intensificateur d'image comprend un tube intensificateur d'image optique. 9. Dispositif à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'intensification lumineuse comprend un tube de prise de vues vidéo. 10. Dispositif à rayons X selon la revendication 1, caracterisé en ce que le moyen d'intensification lumineuse comprend un tube intensificateur d'image optiquement couple à un tube de prise de vues videéo. 11. Dispositif à rayons X selon la revendication 10, caractérisé en ce que les tubes sont couples par une interface optique à fibres cohérentes. 12. Dispositif à rayons X selon la revendication 11, caractérisé en ce que le tube intensificateurd'image comprend un moyen de commande de grandissement variable (37). 13. Dispositif à rayons X selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend un collimateur de rayons X (S) entre la source et le récepteur pour faire varier la surface du récepteur exposée aux rayons X. 14. Dispositif à rayons X selon la revendication 10, caractérisé en ce que le tube intensificateur d'image comprend un moyen de commande de gain (40). 15. Dispositif à rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un miroir (M) pour replier le trajet optique. 16. Dispositif à rayons X selon la revendication 15, caractérisé en ce que le miroir est dispose entre le récepteur de rayons X et le moyen d'intensification lumineuse. 17. Dispositif à rayons X selon la revendication 1, carctérisé en ce qu'il comprend un tube de prise de vues vidéo (VT) couplé optiquement à l'intensificateur de lumière pour con- vertir l'énergie lumineuse en signaux vidéo. 18. Dispositif à rayons X selon la revendication 17, caratérise en ce que le récepteur de rayons X est externe au tube intensificateur d'image lumineuse. 19. Dispositif 1 rayons X selon la revendication 17, caractérisé en ce que le tube intensificateur d'image lumineuse comprend une surface de sortie de lumière sensiblement adaptée a la surface d'entrée de lumière du tube de prise de vues. 20. Dispositif à rayons X selon la revendication 17, caratérisé en ce que le tube intensificateur d'image lumineuse comprend une surface d'entrée de lumière et une surface de sortie de lumière couplée au tube de prise de vues et un moyen de com- mande de grandissement variable réglable pour faire varier le grandissement de l'image au niveau de la surface d'entrée de façon à remplir sensiblement la surface de sortie. 21. Dispositif à rayons X selon l'une des revendications 17 ou 20, caractérisé en ce qu'il comprend un collimateur (S) de rayons X entre la source et la position du sujet avec une ouver- ture réglable pour faire varier la surface du sujet exposée aux rayons X. 22. Dispositif à rayons X selon la revendication 17, caractérise en ce qu'il comprend un masque mobile opaque aux rayons X entre la source de rayons X et le récepteur de rayons X. 23. Dispositif 1 rayons X selon la revendication 22, caratêrisé en ce qu'il comprend un masque mobile supplémentaire entre le moyen optique et le récepteur de lumière. 24. Dispositif à rayons X selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend un couplage optique a fibres cohérentes entre l'intensificateur d'image lumineuse et le tube de prise de vues. 25. Dispositif à rayons X selon la revendication 17, caratérisé en ce que le moyen optique comprend un miroir pour replier le trajet lumineux à un certain angle par rapport au tra- jet des rayons X. 26. Dispositif à rayons X selon la revendication 25, caractérisé en ce que le miroir est situé entre le récepteur à rayons X et le moyen de projection optique. 27. Dispositif à rayons X selon la revendication 17, caractérisé en ce que le tube intensificateur d'image comprend une commande de gain faisant varier l'entrée de lumière vers le tube vidéo.