Brevet FR2589028A1 — publié le 19870424

GENERATEUR DE RAYONS X La présente invention concerne un générateur de rayons X9 particulièrement bien adapté pour être utilisé dans le cadre d'ex2- mens radiologiques mettant en oeuvre des phénomènes d'absorption différentielle des tissus. Les tubes à rayons X pour diagnostic médical sont généra lenient constitués comme une diode, C'est-à-dire par deux électrodes: l'une des électrodes appelée cathode est émettrice d7élec- tronc l'autre électrode est appelée anode ou anticathode, et reçoit ces electrons sur une petite surface qui constitue le foyer, source du rayonnement X Ces électrode sont enfermées dans une enveloppe, étanche au vide, et permettant l'isolement électrique entre les deux électrodes La cathode comporte une pièce de concentration, dans laquelle est logé un filament chauffe qui constitue la source d'électrons. Quand la haute tension fournie par un générateur est appliquée aux bornes des deux électrodes, de façon que la cathode soit au potentiel négatif, un courant dit anodique s'établit dans le circuit, au travers du générateur et traverse l'espace entre la cathode et l'anode, sous la forme d'un faisceau d'électron dont intensité dépend de la température du filament ; cette température étant fonction de la puissance dissipée dans le filament. La quantité de rayons X émis au foyer est, pour une valeur V donnée de cette haute tension, proportionnelle à l'intensité du courant anodique, alors que l'énergie spectrale du rayonnement X (inverse des longueurs d'ondes) dépend de la valeur V de la haute tension. L'anode émet à la fois un spectre continu et un spectre caractéristique du métal qui constitue l'anode, liés respectivement à la valeur de la haute tension et au nombre atomique du métal. On constate que pour une valeur V donnée de la haute tension, ce spectre continu est indéfini du côté des grandes longueurs d'onde, et se trouve limité du côté des petites longueurs d'ondes à une valeur > O bien déterminée, et qui ne dépend que de la valeur Vo, telle que donnée par la relation: hc 1 #0 = e x Vo , ou h est la constante de Planck, c est la vitesse de la lumière, e la charge de électron. Sont donc seules émises les radiations d'énergie inférieure à l'énergie limite, et si l'on veut obtenir des rayons d'une longueur d'onde plus courte, il suffit d'augmenter la valeur V de la haute tension appliquée au tube radiogène selon la relation qui suit: hc I Y e u t'intensité de ltémission en rayons X dépend à la fois du courant I (courant anodique du tube radiogène) et de ia tension V, et le spectre énergique des rayons X ér-anant du tube radiogène, c'està-dire de la source, varie avec la valeur V de la tension qui est appliquée au tube. Par ailleurs l'absorption des tissus, par exemple des corps tels que le calcium où l'iode (ce dernier étant injecté) ont une absorption relative aux tissus avoisinants, différente à différentes valeurs de la haute tension ; ces différences n'étant pas proportionnelles entre elles, mais introduisant une différentielle entre les éléments composant les tissus et ces autres corps, tels que cités plus haut, c'està-dire le calcium et l'iode. Aussi, un des buts de la présente invention, est de permettre la réalisation de deux ou plusieurs clichés correspondant chacun à des valeurs différentes de la haute tension, de manière à obtenir des renseignements spécifiques de certains corps (calcium, iode, etc...) par différenciation des clichés. Le générateur de rayons X de l'invention permet d'obtenir de telles images, soit simultanément, soit successivement à cadence suffisamment rapide, de manière à obtenir une superposition correcte de ces images malgré les mouvements des tissus ou organes soumis à l'examen. Selon l'invention, un générateur de rayons X comportant une source d'alimentation fournissant une haute tension, un tube radio gène comportant, une cathode et une anode formant une paire d'électrode à laquelle est appliquée ladite haute tension et permettant d'obtenir un rayonnement X, est caractérisé en ce que ledit tube radiogène comporte au moins une seconde cathode, sndépen- dante de la première cathode et isolée électriquement de cette dernière, ladite seconde cathode formant avec ladite anode une seconde paire d'électrodes à laquelle est appliquée une seconde haute tension permettant d'obtenir un second rayonnement X, ladite seconde haute tension étant fournie par une seconde source de tension, lesdites première et seconde haute tension ayant des valeurs différentes choisies de maniere à conférer au premier et au second rayonnement X des spectres de rayonnement dont les limites en énergie sont différentes. L'invention sera mieux comprise gracie à la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif, et aux deux figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 montre schématiquement une première version d'un générateur de rayons X selon l'invention, permettant d'obtenir des rayonnements X d'énergies différentes et dont les foyers sont superposés; - la figure 2 montre une seconde version de l'invention, dans laquelle des rayonnements X d'énergies différentes sont produits à partir de foyers disposés en des points différents d'une anode. La figure 1 représente un dispositif générateur de rayons X I, selon l'invention, utilisé dans un appareil de radiodiagnostic 61, et comportant un tube radiogène 2, symbolisé sur la figure par un rectangle en traits pointillés. te tube radiogène 2 comporte une anode 3 qui peut être soit une anode fixe, soit ainsi que dans l'exemple non limitatif décrit, une anode tournante mise en rotation de manière classique autour de son axe de symétrie 60.-L'anode 3 est solidarisée de manière conventionnelle à un rotor 4, par l'intermé- diaire duquel elle est reliée, dans l'exemple non limitatif décrit, à une sortie positive 5 d'une source 6 délivrant une haute tension HTl. Selon une caractéristique de l'invention, le tube radiogène 2 doit comporter au moins deux cathodes indépendantes et isolées électriquement l'une de l'autre, destinées chacune à fonctionner avec l'anode 3 sous des valeurs de haute tension différente ; un nombre N de cathodes supérieures à deux pouvant être utilisées dans le cadre de l'invention. Dans l'exemple non limitatif décrit, le tube radiogène 2 comporte deux cathodes 8, 10. Une première cathode 8 constitue avec l'anode 3 une paire d'électrodes 3-8 à laquelle est appliquée la première haute tension HT1 fournie par la source 6 ; la première cathode 8 etant à cette fin reliée par des moyens conventionnels à une sortie négative 9 de la première source 6. La seconde cathode 10 constitue avec l'anode 3 une seconde paire d'électrode 3-10 à laquelle est appliquée une seconde haute tension HT2 ayant une valeur différente de la première: la seconde tension HT2 étant fournie par une seconde source haute tension 11. La seconde cathode 10 est reliée à une sortie 12 négative de la seconde source haute tension 11, dont une sortie positive 13, délivrant le potentiel positif +HT2 est reliée à la sortie positive 5 de la première source 6. Ainsi les potentiels positifs +HT1, +HT2 sont réunis à l'anode 3 et les cathodes 8, 10 sont portées respectivement à des potentiels négatifs -HTI, -HT2 de valeurs différentes. Les cathodes 8,9 sont indépendantes l'une de l'autre, ctest-à- dire qu'elles sont conçues de façon à pouvoir fonctionner, simultanément ou non; elles sont isolées électriquement et peuvent ainsi être reliées à deux hautes tensions HT1, HT2 différentes. Les sources hautes tensions 6,11 sont également indépendanes l'une de l'autre, et peuvent délivrer simultanément ou non les hautes tensions HTI, HT2 de valeurs différentes, et ajustables grâce à des moyens classiques (non représentés). De telles sources haute tension 6,11 peuvent consister par exemple en des sources entièrement autonomes, ou par exemple, d'une manière en elle-même connue de l'homme du métier, être élaborées à partir d'un même enroulement primaire d'un transformateur (non représenté) disposé dans un générateur de haute tension 20, dans lequel elles sont elles-mêmes contenues, dans l'exemple non limitatif décrit. Il est connu que dans un appareil de radiodiagnostic, le générateur haute tension 20, bien que sommairement représenté sur la figure 1, constitue un ensemble relativement complexe, comportant notamment ou étant étroitement associé avec un pupitre de commande (non représenté).C'est généralement au niveau du pupitre de commande qu'un opérateur détermine, en radiographie par exemple, les caractéristiques d'une suite de séquences, notamment quand l'installation comporte, ainsi que dans l'exemple décrit, un récepteur de rayons X constitué par un changeur de films 21 2 la synchronisation entre le changeur de films et des moyens d'établissement et de coupure (d'un type classique non représenté) de la haute tension du tube radiogène, étant assurée par des moyens de synchronisation et de commande. Dans l'exemple non limitatif de la description, le générateur haute tension 20 comporte de tels moyens de synchronisation et de commande 22 en eux-mêmes connus, reliés d'une part au changeur de films 21 par des liaisons symbolisées sur la figure par une unique liaison 70, et reliés d'autre part, par des commandes séparées C1, C2, à la première et à la seconde source haute tension 6,11 afin d'en commander la marche et l'arrêt. Les cathodes 8 et 10 générent chacune, d'une manière conventionnelle, un faisceau d'électron, respectivement 25,26, grâce à des moyens d'alimentation classiques, non représentés. Dans l'exemple non limitatif de la description, les cathodes 8,10 sont destinées à fonctionner l'une après l'autre en synchronisme avec le changeur de films 21, en vue de réaliser deux clichés successifs, et sont orientées de façon que leur faisceau d'électron respectifs 25,26 bombardent l'anode 3 sensiblement en un même point où ils engendrent successivement un premier et un second foyers fl,f2; l'intervalle de temps entre deux tels clichés successifs étant pratiquement uniquement lié à la vitesse du changeur de films 21, laquelle est de l'ordre de 2 ou moins à 8 clichés par seconde Ce type d'examen est un exemple non limitatif; il est en effet possible, dans des applications telles que le radiocinéma, de faire des clichés alternés à des cadences qui peuvent atteindre 60 à 120 images par seconde. En supposant que la première cathode 8 soit mise en fonctionnement la première, c'est-à-dire que la première haute tension HTl délivrée par la première source 6, est appliquée entre la première cathode 8 et l'anode 3 : le premier faisceau d'électron 25 bombarde l'anode 3 et engendre le foyer f1 qui constitue la source d'un premier rayonnement X FXI. Le rayonnement X FXI est représenté, dans l'exemple non limitatif décrit, selon un faisceau utile délimité par des moyens de collimation 32, et qui traverse un objet 33 à examiner avant d'impressionner dans le changeur de films 21, un film (non représenté) sur lequel est formée une première image ; cette première image étant obtenue avec une valeur de ia première haute tension HTI de l'ordre par exemple de 65 KV. L'arrêt de la première source haute tension 6 est commandé par les moyens de synchronisation 22, lesquels commandent ensuite la mise en marche de la seconde source haute tension 11, quand un second film (non représenté) a remplacé le premier dans le changeur de film 21. La seconde haute - tension HT2, ayant par exemple une valeur de 145 KV, est alors appliquée entre la seconde cathode 10 et l'anode 3 : le second faisceau d'électron 26 généré par la seconde cathode 10 bombarde l'anode 3, sur laquelle est alors constitué le second foyer f2, ayant dans cette version de l'invention, une même position que le premier foyer fl, et constituant la source d'un second rayonnement rX2. Le second rayonnement FX2 est délimité d'une même manière que le premier rayonnement FXI, mais comporte par rapport à ce dernier un spectre de rayonnement plus étendu du côté des faibles longueurs d'onde, c'est-à-dire des fortes énergies. Ceci permet de réaliser un second cliché contenant des informations différentes de celles du premier cliché. La figure 2 montre une seconde version de l'invention dans laquelle, à l'opposé de la première version, les foyers fl, f2, sont formés sur l'anode 3, simultanément ou non, en des points différents. Pour plus de clarté de la figure 2, le tube radiogène 2 est représenté uniquement par les cathodes 8, 10 et par l'anode 3 ellemême partiellement représentée dans les limites bun encadré 35 montré sur la figure I. L'anode 3 et les cathodes 8, 10 sont reliées, d'une même manière que sur la figure 1, aux sources 6, 11 (non représentées) délivrant respectivement les hautes tension HTl, HT2, de valeurs différentes. Dans cette version de l'invention, l'alimentation des paires d'électrodes 3-8, 3-10, formées respectivement par les cathodes 8, 10 et l'anode 3 commune à ces cathodes, peut être programrné, ainsi que dans l'exemple précédent, pour qu'elles fonctionnent l'une après l'autre à cadence rapide, afin d'obtenir des clichés successifs, ou pour fonctioner simultanément, de manière à obtenir deux clichés simultanés, réalisés chacun à partir de hautes tensions HTl, HT2, de valeurs différentes. De même que dans l'exemple précédent, plus de deux cathodes peuvent être utilisées, de manière à obtenir simultanément plus dé deux faisceaux X, ayant des spectres d'énergies différents, à partir desquels pourront être réalisés simultanément plus de deux clichés. Dans l'exemple non limitatif décrit, les rayonnements X FXl, FX2, émanant respectivement des foyers fl, f2, sont chacun limités par les moyens de collimation 32, de façon à être constitués selon des faisceaux plats en éventail ; les moyens de collimation 32 comportant par exemple des passages séparés 62, 63. Les faisceaux plats en éventail sont utilisés de manière classique dans les dispositifs d'imagerie par balayage, dans lesquels l'image d'un objet est obtenue dans un balayage de cet objet par le faisceau. Dans l'exemple non limitatif décrit, le balayage d'un objet 33 est réalisé par un déplacement des faisceaux FXl, FX2 en éventail dans un mouvement de translation par exemple dans le sens montré par la flèche 49, par rapport à I'objet 33, du tube radiogene 2, du collimateur 32, et de récepteurs 46, 47 du rayonnement X ; ces derniers étant en nombre au moins égal au nombre de faisceaux FXI, FX2, chacun des récepteurs 46, 47 étant éclairé par un faisceau EXI, FX2 ayant traversé l'objet 33 à examiner. Les récepteurs 46, 47 peuvent être constitués d'une manière classique, ainsi que dans l'exemple non limitatif décrit, par une barrette comportant une pluralité de détecteurs sensibles aux rayons X, de type conventicnnel, dont les signaux de sortie sont appliqués à des moyens de traitement (non- représentés) pourrecons- tituer l'image. Dans l'exemple de la figure 2, les faisceaux en éventail constitués à partir des rayonnements X FX1, FX2 sont représentés selon leur épaisseur E, le plan de l'éventail s'étendant dans un plan perpendiculaire à la figure, ainsi qu'une longueur (non visible) de chaque barrette de détecteur 46. Les barrettes de détecteur 46 sont liées mécaniquement, par des moyens classiques (non représentés), aux moyens de collimation 32 et au tube radiogène 2 pour être déplacés avec ces derniers par des moyens moteurs conventionnels (non représentés). Cette configuration constitue un exemple non limitatif d'ap- plication du générateur de rayons X1 selon Pinvention, permettant d'obtenir simultanément plusieurs clichés correspondant chacun à plusieurs valeurs de haute tension, de manière à obtenir des renseignements spécifiques à certains corps par différenciation des clichés. REVENDICATIONS 1. Générateur de rayons X, comportant une source galimen- tation (6) fournissant une haute tension (HTl), un tube radiogène (2) comportant une cathode (8) et une anode (3) formant une paire d'électrodes (3-6) à laquelle- est appliquée ladite haute tension (HT1) et permettant d'obtenir un rayonnement X CFXl),.caractérisé en ce que ledit tube radiogène (2) comporte en outre au moins une seconde cathode (10) indépendante de la première cathode (8) et isolée électriquement de cette dernière, ladite seconde cathode (10) for- mant avec ladite anode (3) une seconde paire d'électrode (3-10) à laquelle est appliquée une -seconde haute tension (HT2), le fonctionnement de chaque paire d'électrodes (3-8, 3-10) engendrant chacun sur ladite anode (3) un foyer (fi, f2), chaque foyer (fl, f2) constituant la source d'un rayonnement X (FX1, FX2), lesdites premières et secondes haute tension (HT 1, HT2) ayant des valeurs différentes choisies de manière à conférer auxdits rayonnements X (FX1, FX2) des spectres de rayonnement dont les limites en énergie sont différentes. 2. Générateur de rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits foyers (fl, 2) sont formés sur ladite anode (3) sensiblement en un même point. 3. Générateur de rayons X selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites paires d'électrodes (3-8, 3-10) sont mises en fonctionnement successivement. 4. Générateur de rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits foyers (fl, f2) sont formés sur ladite anode (3) en des points différents. 5. Générateur de rayons X selon l'une des revendications 1, 2, 4 caractérisé en ce que lesdites paires d'électrodes (3-8, 3-10) sont mises en fonctionnement simultanément. 6. Générateur de rayons X selon la revendication 1, carac-. térisé en ce que lesdites sources de haute tension (6,11) sont indépendantes les unes des autres. 7. Générateur de rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites sources de haute tension (6,11) sont réalisées à partir d'un même générateur haute tension (20). 8. Générateur de rayons X selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit générateur haute tension (20) comporte des moyens de synchronisation (22) pour synchroniser le fonction nement desdites sources haute tension (S1, S2).