Brevet FR2634029A1 — publié le 19900112

"Equipement pour l'élaboration d'images radiologiques" L'invention concerne un équipement pour l'élaboratic > n d'images radiologiques, plus particulièrement conçu pour être utilisé en liaison avec une installation d'irradiation par rayons X classique ou pré-existante. L'invention permet principalement de remplacer les habituels films photographiques par des plaques scintillatrices à mémoire, ré-utilisables et favorisant en outre les traitements numériques d'images et leur archivage dans des systèmes informatiques modernes. L'utilisation de composants capables de mémoriser une image radiologique (obtenue par exemple par une opération classique d'irradiation aux rayons X) et de la restituer sous forme d'un rayonnement visible est connue et explicitée par exemple dans la demande de brevet français N'86.O2876 déposée le 28 février 1986. L'utilisation de tels composants permet de remplacer les habituels films photographiques. Outre son prix de revient élevé, le film photographique se prête mal à des traitements d'image ultérieurs nécessitant une numérisation de ladite image à partir d'un appareillage complexe tel qu'un microdensitomêtre. On a donc proposé d'utiliser en remplacement du film un écran formant une plaque scintillatrice à mémoire. Un tel écran est par exemple constitué d'une couche mince d'un matériau luminophore dont les faces opposées sont recouvertes d'électrodes, (l'une d'entre elles au moins étant transparente), susceptibles d'être reliées à une source de tension pour soumettre le matériau luminophore à un champ électrique. Ledit matériau luminophore est susceptible d'absorber l'énergie véhiculée par le faisceau de rayons X (et par conséquent de mémoriser une image radiologique si ledit faisceau a traversé un élément ou organe à radiographier) puis de libérer cette énergie sous forme d'une émission lumineuse, en réponse à l'application d'un champ électrique approprié.L'image ainsi produite peut être captée par une caméra ou tout autre capteur d'image convenable, délivrant des informations exploitables pour un affichage vidéo et/ou tout traitement numérique souhaitable. Selon les cas et notamment l'énergie du faisceau de rayons X incidents, le matériau luminophore peut être choisi dans des sulfures dopés. Le phénomène est connu sous le nom d'effet GUDDEN ET POHL. L'invention concerne une application de cette technologie à la radiologie, notamment par la mise en oeuvre de plaques scintillatrices à mémoire de petites dimensions, comparables à celles des films utilisés en diffraction X. Dans cet esprit, l'invention concerne donc essentiellement un équipement pour l'élaboration d'images radiologiques, caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins une plaque scintillatrice à mémoire, - une unité de sensibilisation de ladite plaque incluant une source de rayonnement et des moyens de conditionnement de ladite plaque pour placer cette dernière dans une enveloppe opaque au moins aux rayonnements de longueurs d'ondes du spectre visible et, - une unité de lecture de ladite plaque incluant un capteur d'image et un générateur d'impulsions de lecture destiné à être connecté à des électrodes de laite plaque. La plaque scintillatrice à mémoire est constituée d'un matériau scintillateur du genre indiqué ci-dessus, sous forme de poudre et incorporé dans un liant tel qu'une résine synthétique transparente. Le mélange est déposé sous forme de fine couche et les deux faces parallèles de cette couche sont recouvertes par deux électrodes, dont l'une au moins est transparente. Ainsi, l'équipement défini ci-dessus est conçu pour être utilisé conjointement avec une installation d'irradiation par rayons X classique. L'utilisateur, par exemple la personne chargée de réaliser les clichés de diffraction X emploie donc les plaques scintillatrices exactement de la même façon que les films radiographiques présentés dans un emballage, dont il disposait Jusqu'à présent. La plaque scintillatrice à mémoire est donc placée dans son support, par exemple dans un dispositif de diffraction X et, après irradiation aux rayons X, l'image est "développée" dans ladite unité de lecture et visualisée sur un appareil de télévision. On peut aussi effectuer des traitements numériques sur les données représentatives de l'image, afin de mieux faire ressortir certains détails. L'archivage sur mémoire informatique devient envisageable et avantageuse. L'unité de sensibilisation de la plaque scintillatrice augmente très sensiblement le facteur de conversion photons X/photons visibles. On a en effet constaté que l'intensité de l'émission lumineuse de type GUDDEN ET POHL dépend notamment des conditions d'éclairement antérieur: de la plaque, l'intensité étant notablement plus faible si cette dernière a été maintenue de façon prolongée dans l'obscurité. La source de rayonnement utilisée est-de préférence une source de rayonnement émettant principalement dans le domaine des ultra-violets. Ce traitement a pour conséquence d'augmenter le nombre de "pièges" disponibles responsables de l'effet GUDDEN ET POHL et susceptibles d'être "remplis" pendant l'irradiation aux rayons X. Un modèle donnant une explication satisfaisante de l'effet GUDDEN ET POHL à partir de la présence de tels "pièges" a été donné dans l'article de PROSKURA intitulé "Participation of the recombination barrier in the storage of excitation by ZnS: Cu crystal phosphor" publié dans Opt. Spectrosc. (USSR), Vol. 42, N6 page 645 de 1977. Il est à noter que ce processus ne peut en aucune façon être comparé à un effacement de la plaque à mémoire. Des dispositifs d'imagerie à rayons X connus utilisent une plaque scintillatrice a mémoire et une étape d'effacement optique ou thermique est mise en oeuvre dans ces systèmes. Pendant l'effaceeent, les pièges remplis lors de l'irradiation puis incomplètement vidés lors de la lecture de l'image mémorisée sont alors totalement vidés, optiquement ou thermiquement. Au contraire, le procédé de sensibilisation envisagé a pour but d'augmenter le nombre de "pièges" disponibles pour mémoriser l'image et donc d'obtenir un meilleur rendement lumineux. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, l'unité de sensibilisation précitée comporte en outre un générateur d'impulsions électriques destiné à être connecté auxdites électrodes pendant un processus de sensibilisation d'une plaque précitée. On applique ainsi, pendant l'éclairement de la plaque aux ultra-violets, des impulsions de tension entre les électrodes, dont la polarité peut être positive, négative ou de préférence alternative. L'application du champ électrique correspondant au travers de la couche sensible est prolongée pendant un certain temps après l'illumination aux ultra-violets, la plaque scintillatrice étant maintenue dans l'obscurité. On peut donner a' ce processus la justification suivante. Le fait d'illuminer la plaque permet de créer des charges. Cependant, pendant l'illumination, on applique les impulsions de tension entre les électrodes. La première étape de sensibilisation a ainsi pour conséquence de remplir les pièges situés à la périphérie à l'aide de ces charges, et d'autre part d'augmenter le nombre disponible de ces pièges. Il faut donc les "vider" pour être en mesure de les remplir à nouveau sous l'effet de l'irradiation aux rayons X. Pour cela, on continue à appliquer les impulsions de tension alors que la plaque est maintenue dans l'obscurité. Avec un tel traitement de sensibilisation, le rendement de conversion photons X/photons visibles est multiplié par vingt environ. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure I est une vue schématique de l'ensemble de l'équipement conforme à l'invention; et - la figure 2 est une vue schématique en coupe de la plaque scintillatrice à mémoire utilisée dans le cadre de l'invention. La figure t représente un appareil regroupant tous les moyens nécessaires à la sensibilisation, au conditionnement. et à la lecture de plaques scintillatrices à mémoire 11 du genre indiqué ci-dessus. Cet équipement comprend donc essentiellement un magasin 12 renfermant un certain nombre de plaques scintillatrices il, une unité de sensibilisation 14 et une unité de lecture 16. L'unité de sensibilisation 14 est agencée dans un boitier clos et opaque 17 pour que ces éléments soient à l'abri de la lumière du jour. Cette unité comprend un mécanisme de transport 18 s'étendant entre une sortie du magasin 12 et une sortie 20 du bottier 17, des moyens de sensibilisation 22 et des moyens de conditionnement 23. Ainsi, chaque plaque sensibilisée et conditionnée à l'abri de la lumière dans une enveloppe ou étui opaque parvient à la sortie 20 où elle est mise à la disposition de l'utilisateur. Les moyens de sensibilisation et les moyens de conditionnement sont agencés dans cet ordre le long du mécanisme de transport 18 entre le magasin 12 et la sortie 20. Les moyens de sensibilisation 22 comprennent une source de rayonnement ultra-violet 25, orientée vers un emplacement de sensibilisation prédéterminé (définie le long du trajet des plaques) ainsi qu'un générateur d'impulsions 26 électriquement raccordable à deux électrodes d'une plaque scintillatrice 11, lorsque cette dernière se trouve audit emplacement de sensibilisation. Le générateur 26 est du type délivrant des impulsions rectangulaires, de préférence alternatives.Les moyens de conditionnement 23 situés en aval dudit emplacement de sensibilisation, permettent de placer la plaque sensibilisée dans un étui 28 opaque à la lumière du jour (par exemple un film polymère). C'est dans ce conditionnement que la plaque apparaît à la sortie 20. L'étui 28, en matériau transparent aux rayons X a la fonction suivante: il maintient la plaque sensibilisée dans l'obscurité car on a constaté que celle-ci pouvait être "voilée" par la lumière du jour, notamment par la partie "bleue" du spectre visible. A partir du moment où une plaque est ainsi délivrée à la sortie 20, l'utilisateur dispose de tout le temps nécessaire pour procéder à une radiographie, de la façon qu'il lui est habituelle et en utilisant son propre matériel d'irradiation aux rayons X. La plaque est ensuite introduite, par une entrée 30, à l'intérieur de L'unité de lecture 16 qui comprend essentiellement, dans un boîtier, un mécanisme de transport 32, un dispositif d'extraction 34 pour dégager la plaque Il de son étui 28, un capteur d'image 36 et un générateur d'impulsions de lecture 38, destiné à être connecté aux électrodes de la plaque scintillatrice à mémoire lorsque celle-ci se trouve à un poste de lecture défini le long du mécanisme de transport 32 en regard dudit capteur d'image 36. Au cours de son cheminement à l'intérieur de l'unité de lecture 16, une plaque Il est donc successivement débarrassée de son étui 28, parvient audit poste de lecture puis est ré-introduite dans le magasin 12. Le capteur d'image 36 est ici avantageusement un capteur optique bi-dimensionnel dont la fenêtre de lecture a sensiblement les mêmes formes et dimensions que celles de la plaque scintillatrice. Ce capteur est placé de façon à se trouver en regard de la plaque Il lorsque celle-ci est audit poste de lecture. L'acquisition de l'image peut donc se faire globalement, compte tenu des faibles dimensions de la plaque 11. Le capteur 36 peut avantageusement être constitué par une matrice de composants à transfert de charge (plus connus sous l'abréviation CCD). La fenêtre dudit capteur est constituée par une "galette" de fibres optiques, connue en soi, directement appliquée contre la plaque scintillatrice 11 pour éviter les pertes de résolution.Pour ce faire, ledit capteur 36 est monté sur un équipage mobile 40, actionné par exemple par un petit vérin pneumatique 41, permettant de le mettre au contact direct d'une plaque lorsque celle-ci se trouve audit poste de lecture. Le détecteur 36 est complété par un intensificateur d'image de type connu. Le générateur d'impulsions de lecture 38 est des plus simples, puisqu'il est simplement conçu pour délivrer, à chaque lecture, deux impulsions de tension, de polarités opposées. Ces impulsions sont appliquées entre les électrodes de la plaque. En effet, l'application de cette double alternance, entre les électrodes, est suffisante pour provoquer l'émission luminescente et donc révéler l'image radiologique. Bien entendu, les générateurs d'impulsion 26 et 38 peuvent être combinés dans un même circuit électronique.Les informations délivrées à la sortie du détecteur 36 sont numérisées et mémorisées dans une interface 45 et l'image, éventuellement traitée est affichée sur l'écran d'un appareil de télévision 46. L'interface 45 peut en outre comporter ou être reliée à des mémoires de masse susceptibles de stocker les données numériques représentatives des radiographies effectuées. On va maintenant décrire, en référence à la figure 2, un mode de réalisation actuellement préféré d'une plaque scintillatrice utilisable dans le cadre de l'invention. Ce composant comporte un substrat rigide 50 transparent aux rayons X sur lequel sont successivement déposées en couches minces: une première électrode en aluminium 52, une couche scintillatrice active 53 et une électrode transparente 54, par exemple en oxyde d'étain et d indium C'est cette dernière qui est présentée en regard du capteur 36 au moment de la lecture. Les différentes électrodes 52 et 54 recouvrent sensiblement les deux faces opposées de la couche active 53. Cependant, l'électrode 52 a une surface plus grande que la couche active 53 pour permettre le raccordement électrique avec le générateur d'impulsions 26 ou 38.Le matériau actif est ici un sulfure de formule générale ZnxCdl x S dopé à l'aluminium et au cuivre, à l'argent ou à l'or. Le matériau est réduit en poudre et incorporé à un liant polymère. L'épaisseur de la couche active est de préférence comprise entre 50 et 200 microns, selon l'énergie des rayons X de manière à réaliser un bon compromis pour obtenir une absorption suffisante des rayons X et éviter des pertes de résolution dues à l isotropie du rayonnement lumineux. La mise en oeuvre pratique de l'appareillage qui vient d'être décrit est la suivante. Une plaque scintillatrice à mémoire 11, telle qu'illustrée à la figure 2, est extraite du magasin 12 et acheminée vers le poste de sensibilisation en regard de la source de rayonnement ultra-violet 25. A cet emplacement, les électrodes sont connectées au générateur d'impulsions 26 et la plaque est soumise au rayonnement ultra-violet. Cette situation est maintenue pendant 30 secondes environ. Ensuite, la source de rayonnement ultra-violet 25 est arrêtée mais la plaque reste soumise au champ électrique provoqué par le générateur 26 pendant 30 secondes supplémentaires environ. La plaque est ensuite acheminée vers les moyens de conditionnement où elle est introduite dans un étui 28. Elle est enfin acheminée à la sortie 20. Après radiographie aux rayons X, l'utilisateur introduit la plaque par l'ouverture 30. Celle-ci est acheminée vers le dispositif d'extraction 34 où elle est débarrassée de son enveloppe 28. Ensuite, la plaque est placée au poste de lecture et l'équipage mobile 40 est actionné de façon que la fenêtre de lecture du capteur 36 soit placée au contact de l'électrode transparente de la plaque. Simultanément, le générateur d'impulsion 38 est connecté aux électrodes de ladite plaque. Cette dernière est alors excitée électriquement de façon à provoquer l'apparition de l'image luminescente qui est analysée globalement par le capteur 36. L'image est ensuite traitée et affichée sur le récepteur de télévision. Après la lecture, la plaque 11 est réintroduite dans le magasin 12. Les avantages de l'invention apparaissent clairement à la lumière de la description qui précède. On peut obtenir en quelques secondes une image radiologique numérique. Celle-ci peut donc être traitée et stockée, permettant une analyse rapide. L'utilisation de capteurs optiques du genre CCD (associés à un intensificateùr d'image) permet d'atteindre une qualité d'image et une sensibilité supérieure à celle d'un film photographique. On peut donc envisager de diminuer la dose de rayons X, donc en particulier le temps d'exposition. Enfin, l'emploi d'un dispositif réutilisable réduit considérablement les coûts d'exploitation du système de radiologie tout en restant compatible avec une installation classique d'irradiation par rayons X. REVENDT CATT. ONS 1- Equipement pour l'élaboration d'images radiologiques, caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins une plaque scintillatrice à mémoire (11), - une unité de sensibilisation (14) de ladite plaque incluant une source de rayonnement (25) et des moyens de conditionnement (23) de ladite plaque pour placer cette dernière dans une enveloppe opaque au moins aux rayonnements de longueurs d'ondes du spectre visible et, - une unité de lecture (16) de ladite plaque incluant un capteur d'images (36) et un générateur d'impulsions de lecture (38) destiné à être connecté à des électrodes de ladite plaque. 2- Equipement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite unité de lecture (16) comporte un dispositif d'extraction (34) pour dégager ladite plaque de son enveloppe et la placer à un poste de lecture. 3- Equipement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite unité de sensibilisation comporte en outre un générateur d'impulsions électriques (26), destiné à être connecté auxdites électrodes pendant un processus de sensibilisation d'une plaque précitée. 4- Equipement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit capteur d'image (36) est un capteur optique bi-dimensionnel comportant une fenêtre de lecture de dimensions sensiblement égales à celles de ladite plaque et en ce qu'il est placé de façon à se trouver en regard de ladite plaque lorsque cette dernière est audit poste de lecture. 5- Equipement selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu ledit capteur optique bi-dimensionnel est formé d'une matrice de composants à transfert de charge, dits CCD. 6- Equipement selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit capteur optique (36) est monté sur un équipage mobile (40) permettant de le mettre au contact de ladite plaque lorsque cette dernière est audit poste de lecture. 7- Equipement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit générateur d'impulsions de lecture (38) est agencé pour délivrer au moins deux impulsions de tension de polarités opposées. 8- Equipement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit générateur d'impulsions (20) de ladite unité de sensibilisation est du type délivrant des impulsions rectangulaires, de préférence alternatives. 9- Equipement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite source de rayonnement (25) de ladite unité de sensibilisation est du type émettant principalement dans le domaine des ultza-violets.