Brevet FR2601169A1 — publié le 19880108

OBJET-TEST POUR LA RADIOLOGIE, NOTAMMENT LA MAMMOGRAPHIE. L'invention est relative à un fantôme ou objet-test pour la radiologie, en particulier la mammographie. Un appareil de radiologie comporte un générateur de rayons X et des détecteurs de rayonnement ayant traversé le patient à examiner. Les divers paramètres de fonctionnement d'un tel appareil varient en fonction de l'application envisagée, c'est-à-dire de l'organe à examiner. Ces paramètres sont, notamment, la tension et le courant fourni au tube générateur de rayons X, la nature des filtres et les positions respectives des éléments de l'appareil ainsi que la dose de rayons X utile pour l'examen. La détermination de ces paramètres pour chaque appareil nécessite des essais et réglages relativement longs à l'aide d'un fantôme simulant l'organe à examiner. Pour la réalisation d'un fantôme de radiologie on recherche des matériaux qui présentent les mêmes propriétés d'atténuation et de diffusion du rayonnement X que l'organe à examiner ; l'atténuation dépendant de la composition chimique et la diffusion étant fonction de la masse volumique on recherche donc des matériaux ayant une composition chimique et une masse volumique voisines de celles de l'organe. Pour la radiologie de projection, en particulier pour l'examen du sein, aucun fantôme connu ne donne entièrement satisfaction si la simulation est correcte le prix de l'objet-test est élevé et les objets bon marché ne permettent pas une simulation satisfaisante. Ainsi pour la mammographie on connaît: Un Un fantôme constitué par une plaque d'épaisseur 4 cm environ en polymétacrylate de méthyl (PMMA), généralement connu sous la marque "Plexiglas". Un tel fantôme est commode d'emploi et 3 d'un prix peu élevé. Mais sa masse volumique est 1,2 g/cm3 alors que 3 celle de l'objet simulé est de 0,985 g/cm3 en moyenne; de plus la composition chimique : C5H804 de cette matière plastique est telle qu'elle contient, en masse, 45 % de carbone, 6 % d'hydrogène et 48,5 % d'oxygène, ce qui est éloigné de la composition du sein moyen : 40 % de carbone, il % d'hydrogène et 46,5 % d'oxygène. - Dans un article intitulé "Epoxy resin based tissue substitutes" publié dans "British Journal of Radiology" volume 50, pages 814 à 821, est décrit un fantôme en une matière plastique particulière qui permet une simulation correcte en épaisseur, en composition chi mique et en masse volumique mais dont l'inconvénient est le prix élevé et l'usinage délicat. - Dans un article intitulé "Theoretical optimisation of dual energy X-ray imaging, with application to mammography" publié - dans "Medical Physics" Mai, Juin 1985, volume 12, numéro 3 est décrit un fantôme simulant un sein d'épaisseur moyenne 4,2 cm après compression qui est constitué par deux plaques superposées l'une de 35 millimètres de PMMA. et l'autre de 0,37 millimètres d'aluminium. Un tel fantôme est d'un prix peu élevé, mais, du fait de son caractère inhomogène, il diffuse les rayons X de façon beaucoup plus marquée que l'organe à examiner. - Enfin, on peut également utiliser de l'eau disposée dans un récipient à parois minces, c'est-à-dire dont l'épaisseur des parois est faible par rapport à la hauteur d'eau. Mais les résultats ne sont pas satisfaisants car l'eau ne représente pas convenablement le tissu du sein. L'invention fournit un fantôme simple et bon marché et qui, en même temps, simule correctement le tissu du sein. Avec le fantôme de l'invention on obtient la même atténuation du faisceau qu'avec un organe de même épaisseur et cela quelle que soit la composition spectrale du rayonnement X utilisé pour effectuer la radiologie de projection. Le fantôme selon l'invention est caractérisé en ce qu'il com porte un récipient à parois épaisses contenant un liquide, les natures et les épaisseurs de ces deux matériaux étant telles que, d'une part, la composition chimique moyenne et la masse volumique moyenne le long du trajet des rayons X soient sensiblement égales aux paramètres correspondants de l'organe à simuler et, d'autre part, l'épaisseur totale soit pratiquement égale à celle de l'organe. Pour chacun des matériaux solides et liquides on choisira un corps simple ou composé formé d'éléments de numéro atomique moyen au plus égal à 10 et de masse volumique comprise entre 0,5 et 2 g/cm3, de préférence proche de 1. La gamme préférée est 0,751,25 g/cm3. Si e est l'épaisseur du matériau solide de masse spécifique m, et e' et m' les mêmes paramètres pour le matériau liquide la masse volumique moyenne est: m1 = e m + e' m' 1 e+e Le numéro atomique moyen de chaque matériau peut être calculé comme suit : on multiplie le numéro atomique de chaque élément par un coefficient égal à la proportion en masse de cet élément dans le matériau bon on additionne l'ensemble de ces valeurs et on divise la somme par la masse totale. Le matériau solide est de préférence une matière plastique telle que le polymétacrylate de méthyl, le polyéthylène, le polypropylène, un polyamide, un polyester, un polyépoxyde, etc. Il est également envisageable de constituer le matériau solide à partir de bore, de béryllium, de fluor ou de graphite. Le liquide est de préférence de l'eau ou de l'eau oxygénée, ou un liquide organique tel que le méthanol, le benzène, etc. Pour une bonne simulation du rayonnement, notamment du rayonnement diffusé, il est préférable que les épaisseurs dans la direction perpendiculaire au trajet des rayons X soient du même ordre de grandeur que dans la direction de oe trajet. Le récipient solide est par exemple formé par moulage et/ou usinage et/ou assemblage étanche. Il est préférable qu'il soit fermé par un couvercle se trouvant par exemple sur le trajet du rayon nem ent. On peut simuler des situations diverses en installant une ou plusieurs plaques d'un matériau solide identique ou non à celui constituant le récipient et disposées sur le trajet des rayons X à l'intérieur ou à l'extérieur de ce récipient. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî tront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue de dessus d'un objet-test selon l'invention, et - la figure 2 est une vue de côté de l'objet-test de la figure 1. Dans ce qui suit on se réfère exclusivement à la mammo graphie. Ainsi l'organe à simuler est un sein féminin d'épaisseur réelle comprise entre 2 et 7 cm après compression en direction verticale. La valeur moyenne retenue est en général 4,2 cm. On admet habituellement que le tissu du sein comporte deux composantes : I'une est le tissu adipeux et l'autre le tissu glandu laire. Les proportions varient avec l'âge et l'état de la personne. Les caractéristiques physiques et chimiques de ces tissus sont résumées par le tableau ci-dessous: masse volumique composition en masse 3 g/cm 3 (%) C H 0 c H O tissu adipeux 0,93 63 11 26 tissu glandulaire 1,04 20 11 69 Chacun des tissus comporte de l'azote non mentionné dans le tableau; mais cet élément est simulé à parts égales par le carbone et l'oxygène. Pour la simulation on choisira de. préférence un fantôme dans lequel les tissus sont à parts égales. Toutefois on peut aussi faire varier les proportions. Pour faciliter le choix des proportions on choisit pour l'un des deux matériaux (solide ou liquide) un corps contenant du carbone et de l'hydrogène mais non de l'oxygène et, complémentairement, pour l'autre matériau (liquide ou solide) un corps qui contient de l'hydrogène et de l'oxygène mais non du carbone. Dans l'exemple le récipient solide est à base de polyéthylène PE de for mule (CH2)n tandis que le liquide est l'eau H20. Les caractéristiques physiques et chimiques de ces deux composants sont résumées dans le tableau ci-dessous: I masse volurrjque composition en masse g/cm ) C H O 1 0 11 89 H20 1 0 11 89 PE 0,92 86 14 0 De la comparaison des deux tableaux ci-dessus on déduit qu'on obtient avec les matériaux retenus une bonne simulation de la composition chimique. Par contre pour la masse volumique on ne pourra pas atteindre la valeur de 1,04 g/cm3 du tissu glandulaire. L'expérience montre que la simulation est, malgré cela, correcte. Cependant, dans une réalisation, pour améliorer encore la similitude entre l'objet-test et l'organe on prévoit un additif solide tel qu'une plaque de polymétacrylate de méthyl PMMA (tel que celui connu sous la marque Plexiglas, Altuglas ou Lucite). Le tissu adipeux seul peut être simulé par un fantôme pour lequel l'épaisseur de polyéthylène est 75 % de l'épaisseur totale. Le tissu glandulaire peut être simulé par un fantôme dans lequel, pratiquement à l'inverse du tissu adipeux, on prévoit que le polyéthylène représente 24 % de l'épaisseur totale et l'eau les 76 % restants. Le tableau ci-dessous indique, dans chaque cas, la masse volumiquemoyenne et la composition moyenne en masse: 1 épaisseors masse composition relatives (' volumique en masse (%) tissu PE H20 g/cm3 C H 0 tissu PE H20 p/cm3 CtiO ,simulé tissu 75 2S 0,94 63 13 24 adipeux tissu 24 76 0,98 20 11,7 68,3 landulaire . glandulaire Pour simuler un sein contenant autant de tissu adipeux que de tissu glandulaire on choisit des épaisseurs égales de polyéthylène et d'eau. Si on veut simuler des proportions plus importantes de tissu adipeux on augmente la proportion de polyéthylène dans l'épaisseur totale. Pour une proportion de tissu glandulaire supérieure à 50 % on aura une proportion d'eau supérieure à 50 % dans l'épaisseur totale. Dans l'exemple l'objet-test a une épaisseur totale de 4,2 cm avec 21 mm d'eau et 21 mm de polyéthylène, soit deux fois 10,5 mm de polyéthylène (10,5 mm pour le fond, 10,5 mm pour le couvercle). Le fantôme illustré sur les figures 1 et 2 a la forme extérieure d'un parallélépipède rectangle avec une grande face 10 (figure 2) perpendiculaire à la direction moyenne du rayonnement X ; les dimensions de cette face sont 80 x 120 mm. Cet objet-test comporte un corps 11 et un couvercle 12. Pour réaliser le corps 11 on part d'un bloc de polyéthylène basse densité de forme parallélépipédique de dimensions 80 x 120 x 31,5 mm et on l'usine de façon à former une cavité 13 destinée à contenir de l'eau. Cette cavité est également de forme parallélépipédique ; ses dimensions sont : 60 x 100 x 21 mm. On ménage ainsi des parois latérales 14, 15, 14a, 15a d'épaisseur 10 mm chacune et le fond 16 a une épaisseur de 10,5 mm. Après remplissage d'eau on pose le couvercle 12 qui est formé par une plaque de dimensions : 80 x 120 x 10,5 mm. Ce couvercle peut être fixé de façon étanche au corps 11, ce qui permet d'installer l'objet-test en position non verticale. On simule une tumeur, qui est essentiellement constituée par du tissu glandulaire, en augmentant localement l'épaisseur d'eau. A cet effet, dans le mode de réalisation représenté, le fond 16 présente une cavité cylindrique 17 de 2,55 mm de profondeur et de diamètre 5 mm. Cette cavité simule une tumeur ou zone patho logique de forme cylindrique de 5 mm de diamètre et 5 mm d'épaisseur. En effet, avec la cavité 17 on a remplacé 5 mm d'équivalent adipeux (soit 3,75 mm de PE et 1,25 mm d'eau) par 5 mm d'équivalent glandulaire soit 1,2 mm de polyéthylène et 3,8 mm d'eau. Bien entendu on peut aussi prévoir que la cavité 17 soit ménagée dans le couvercle 10. Dans ce cas, il est cependant nécessaire de prendre des précautions pour que cette cavité soit remplie d'eau. La cavité 17 peut aussi se trouver sur une plaque ou autre objet, notamment amovible, rapportée au récipient. On peut également avec plusieurs cavités 17, réaliser des mires en conférant à ces cavités différents diamètres et/ou des épaisseurs différentes, éventuellement en combinant ces deux ca ractéristiques de façon à former une matrice comme dans les pénétra mètres. I1 est possible aussi de règler l'appareil pour obtenir un bon contraste en prévoyant des mires rectangulaires périodiques, par exemple en usinant des rainures dans l'une des plaques de polyéthylène avec des profondeurs variables et des espacements variables. Pour étudier la résolution de l'appareil, dans une variante, on assoie à l'objet-test une mire connue, par exemple sous forme d'un objet périodique en feuille de plomb de faible épaisseur. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à la forme décrite. Par exemple au lieu de prévoir un objet-test parallélépipédique cet objet-test a la forme d'un cylindre ou d'un demi-cylindre. Les cavités peuvent être remplacées par des saillies. REVENDICATIONS 1. Objet-test pour appareil de radiologie par projection per mettant de simuler un organe à examiner, cet objet-test ayant, sur le trajet du rayonnement, une épaisseur pratiquement égale à celle de l'organe, la même masse volumique moyenne et la même compo sition chimique moyenne en masse, caractérisé en ce qu'il comporte un récipient (Il , 12) dont les parois ont, sur le trajet des rayons X, une épaisseur non négligeable et qui contient un liquide, la masse volumique moyenne sur le trajet du rayonnement étant pour chacun 3 des composants, solide et liquide, comprise entre 0,5 et 2 g/cm3 et pour chacun de ces composants le numéro atomique moyen de ses éléments est au plus égal à 10. 2. Objet-test selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse volumique moyenne de chacun des composants est comprise 3 entre 0,75 et 1,25 g/cm3. 3. Objet-test selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le composant du matériau du récipient est une matière plastique telle que le polyéthylène, le polypropylène, un polyamide, un poly ester ou un polyépoxyde. 4. Objet-test selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les parois solides contiennent l'un au moins des éléments suivants : bore, béryllium, fluor ou graphite. 5. Objet-test selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que le liquide est un liquide organique tel que le méthanol, L'méthanol ou le benzène. 6. Objet-test selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que le liquide est de l'eau ou de l'eau oxygénée. 7. Objet-test selon l'une quelconque des revendications précé .dentes et destiné à simuler un sein féminin caractérisé en ce que l'un des composants est à base de carbone et d'hydrogène mais ne contient pas d'oxygène et l'autre composant est à base d'hydrogène et d'oxygène et ne contient pas de carbone, les proportions de tissu adipeux et de tissu glandulaire étant choisies par les épaisseurs relatives de chacun des composants. 8. Objet-test selon la revendication 7, caractérisé en ce que les parois du récipient sont en polyéthylène (CH2)n et le liquide est de l'eau. 9. Objet-test selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le récipient a la forme d'un parallélépipède rectangle avec un corps et un couvercle. 10. Objet-test selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il a la forme d'un demi-cylindre. 11. Objet-test selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour simuler une zone pathologique on prévoit une cavité ou une saillie d'une paroi du récipient ou d'une plaque rapportée. 12. Objet-test selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une paroi du récipient ou une plaque rapportée présente plusieurs saillies ou cavités de profondeurs et de sections diverses constituant une mire. 13. Objet-test selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour réaliser des mires de contrastes on prévoit sur une paroi du récipient ou une plaque rapportée des rainures de profondeurs et d'espacements variables. 14. Objet-test selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'azote est simulé à parts égales par le carbone et l'oxygène. 15. Objet-test pour appareil de radiologie par projection destiné à l'observation d'un organe composé d'au moins trois éléments chimiques tels que le carbone, I'hydrogène et l'oxygène, cet objet-test comportant deux composants successifs sur le trajet du rayonnement X, caractérisé en ce que le premier composant est constitué par un matériau comportant deux des éléments chimiques et non le troisième et en ce que le second composant est constitué à partir d'un matériau présentant deux éléments chimiques à l'exclusion du premier. 16. Objet-test selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'organe à simuler étant le sein féminin l'un des matériaux est le polyéthylène et l'autre matériau est de l'eau. 17. Objet-test selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'objet-test présente, dans une direction perpendiculaire au rayonnement, des dimensions du même ordre de grandeur que dans la direction du trajet des rayons X. 18. Objet-test selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, sur le trajet du rayonnement, un additif solide tel qu'une plaque de polymétacrylate de méthyl. 19. Objet-test selon la revendication 8, caractérisé en ce que sur le trajet du rayonnement la hauteur d'eau est de 21 mm environ, l'épaisseur des parois de polyéthylène étant également de 21 mm environ. 20. Objet-test selon la revendication 19, caractérisé en ce que le couvercle (12) et le fond du récipient ont chacun une épaisseur de 10,5 mm environ.