Brevet FR2633798A1 — publié le 19900105

Installation pour l'alimentation de tubes radiologiques La présente invention concerne une installation pour l'alimentation de tubes radiologiques. L'un des buts de la présente invention est de réaliser une telle installation qui soit universelle, c'est-à-dire qui soit utilisable pour une très grande variété de tubes présentant des caractéristiques très diverses, tout en respectant l'ensemble des contraintes électriques de fonctionnement propres à chaque tube. Plus précisément, une telle installation doit permettre de délivrer en sortie une tension de tube (c'est-à-dire la très haute tension appliquée à l'anode), un courant de filament et un signal de durée d'exposition, avec possibilité pour l'opérateur de faire varier à volonté chacun de ces trois paramètres par affichage des valeurs respectives souhaitées. L'installation doit également contrôler conjointement, de manière automatique, le courant de filament et la durée d'exposition pour s'assurer que, compte tenu des divers paramètres affichés, les contraintes de fonctionnement du tube sont respectées. A défaut, l'installation devra pouvoir substituer aux valeurs affichées des valeurs de courant de filament et/ou de durée d'exposition permettant de rester dans la limite des contraintes de fonctionnement du tube sélectionné, les valeurs ainsi forcées étant elles-mêmes variables en fonction du type de tube et de ses conditions de fonctionnement et d'alimentation. La présente invention a donc pour objet une telle installation universelle qui puisse prendre en compte ces diverses contraintes de fonctionnement quel que soit le tube utilisé, avec une précision élevée et tout en utilisant une technologie classique, de manière à permettre un fonctionnement fiable et un coût de réalisation modéré. A cet effet, selon la présente invention, l'installation comprend ~des moyens pour produire une combinaison numérique représentative du type de tube employé et, le cas échéant, du foyer de ce tube qui est utilisé, ~des premiers moyens numériques de détermination donnant, en fonction de cette combinaison numérique et de la tension de tube affichée, une valeur numérique de courant de filament maximal admissible appropriée au tube utilisé et au foyer choisi, ~des moyens pour comparer ce courant de filament maximal au courant de filament affiché et sélectionner une valeur de courant de filament effectif égal à la plus faible de ces deux valeurs de courant de filament, ~des seconds moyens numériques de détermination donnant, en fonction de ce courant de filament effectif, de la tension de tube affichée et de la combinaison numérique représentative du tube utilisé et du foyer choisi, la durée d'exposition maximale admissible appropriée au tube utilisé et au foyer choisi, et ~des seconds moyens comparateurs pour comparer cette durée d'exposition maximale à la durée d'exposition affichée et sélectionner une valeur de durée d'exposition effective égale à la plus faible de ces deux valeurs de durée d'exposition. Très avantageusement, cette installation comporte en outre des troisièmes moyens numériques de détermination donnant, en fonction de la combinaison numérique représentative du tube utilisé et du foyer choisi, du courant de filament effectif donné par les premiers moyens comparateurs et de la tension de tube affichée, une valeur du courant effectif de filament corrigée, compensée par rapport aux non-linéarités de la caractéristique de courant de filament du tube. De préférence, lesdits moyens numériques de détermination comportent des mémoires programmables. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les premiers moyens de détermination délivrent également en sortie une valeur numérique de sélection de précision indiquant, pour un tube et un foyer donnés, la plage optimale de variation du courant de filament correspondant au meilleur rendement de ce tube et/ou à ses conditions normales de fonctionnement, et d'autre part il est prévu des moyens compresseurs interposés entre les premiers moyens comparateurs et les seconds moyens de détermination, recevant en entrée d'une part la valeur numérique de courant de filament maximal délivrée sur n bits par les premiers moyens de détermination, et d'autre part la valeur numérique de sélection de précision délivrée par les premiers moyens de détermination, et délivrant en sortie, sur m bits avec m De cette manière, on réduit de façon importante le nombre de positions numériques possibles de la valeur du courant de filament effectif, tout en conservant pour cette valeur une précision relative sensiblement constante et indépendante du courant de filament maximal correspondant au tube utilisé et au foyer choisi. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma synoptique des circuits de l'installation de la présente invention, - la figure 2 illustre, pour un tube donné, la non-linéarité de sa caractéristique de courant de filament et les variations de cette caractéristique en fonction de la tension de tube, et - la figure 3 explicite la manière dont on assure une double régulation du courant de filament. La figure 1 montre, de façon générale, l'organisation des circuits de la présente invention. L'installation d'alimentation comporte : une pluralité de blocs d'affichage 10, 20, 30 et 40 permettant à l'opérateur de sélectionner un certain nombre de paramètres de fonctionnement et de surveiller la manière dont ces paramètres sont pris en compte ; un bloc électrique 50 d'alimentation proprement dite permettant de délivrer au tube une tension d'anode V, un courant de filament I et un signal de durée d'exposition t; ainsi qu'un certain nombre de circuits de commande 60 à 130 assurant l'interfaçage entre les blocs d'affichage 10 à 40 et le bloc électrique 50. Le bloc d'affichage 10 permet de produire une valeur numérique VTHT représentative de la tension d'anode souhaitée, grâce à un circuit 11 produisant ce signal à partir d'une sélection opérée par l'opérateur sur un clavier 12 ; on peut par exemple choisir une valeur VTHT numérisée sur 5 bits, ce qui représente 31 sélections possibles et convient par exemple à une tension de tube variant entre 20 et 50 kV par pas de 1 kV. Le circuit 11 comporte des moyens pour compenser les variations de la tension d'anode en fonction de la charge, ces moyens pouvant par exemple comprendre une table de correspondance mémorisée dans une EPROM. Le bloc d'affichage 20 comporte un circuit 21 produisant en sortie une valeur numérique (T,F), par exemple sur 3 bits, permettant d'identifier le tube utilisé, sélectionné par l'opérateur sur un clavier 22, ainsi que, pour les tubes susceptibles de fonctionner sur plusieurs foyers, le foyer du tube sur lequel on travaille, sélectionné par l'opérateur au moyen du clavier 23. Le bloc d'affichage 30 comporte un circuit 31 pourvu d'un potentiomètre permettant à l'opérateur d'ajuster le courant de filament qu'il souhaite appliquer au tube, cetlz valeur de courant Affiche étant convertie, par exemple sur 12 bits, par un convertisseur analogique/numérique 32, précision convenant par exemple à un courant de filament compris entre O et 400 mA avec une résolution de 100 pA. Le bloc d'affichage 30 comprend également un afficheur numérique 33 qui indiquera, comme on le verra plus bas, le courant effectif déterminé par les circuits de commande, ainsi qu'un indicateur 34 signalant à l'opérateur que le courant de filament affiché est supérieur au courant de filament maximal admissible compte tenu du tube utilisé, du foyer choisi et de la tension de tube sélectionnée. Le bloc d'affichage 40 comporte un circuit 41 délivrant une valeur numérique représentative de la durée d'exposition voulue à partir d'une sélection opérée par l'opérateur sur un clavier 12 ; on peut par exemple choisir une valeur numérisée sur 5 bits, ce qui représente 31 sélections possibles. Ce bloc d'affichage 40 comprend également un afficheur numérique 43 qui indiquera, comme on le verra plus bas, la durée d'exposition effective déterminée par les circuits de commande. Le bloc électrique 50 comporte : un circuit interrupteur 51 qui commandera l'insolation pendant la durée d'exposition déterminée par les circuits de commande ; un circuit d'alimentation du filament 52 délivrant le courant de filament I déterminé par le circuit de contrôle et avec régulation des variations du secteur, comme cela sera exposé plus loin à propos de la figure 3 ; ainsi qu'un circuit d'alimentation d'anode 53 délivrant la très haute tension déterminée par les circuits de commande. Le circuit 52 d'alimentation de filament comporte un transformateur alimenté par une tension variable de 0 à 220 volts, avec un enroulement secondaire de 18 V/6 A maximum comportant plusieurs prises permettant d'effectuer une commutation secondaire en fonction du tube utilisé et du foyer choisi. Le circuit 53 d'alimentation d'anode est un circuit classique, comportant un autotransformateur triphasé alimenté en 380 V régulés. En ce qui concerne les circuits de commande 60 à 130, ceux-ci sont entièrement numériques et comportent tout d'abord une mémoire EPROM 60 contenant une table de correspondance permettant de déterminer le courant de filament maximal Imax en fonction d'une part du tube utilisé et du foyer choisi (signal (T,F) sur 3 bits délivré par le bloc d'affichage 20) et d'autre part de la tension de tube choisie (signal numérique VTHT sur 5 bits délivré par le bloc d'affichage 10). Ces 3 + 5 = 8 bits sont combinés pour adresser l'EPROM 60 qui délivrera en sortie, par exemple sur 12 bits, la valeur de courant de filament maximal Imax. Cette valeur Imax est ensuite appliquée à un circuit comparateur et multiplexeur 70 qui la compare à la valeur numérique IafLfiché délivrée par le circuit32, et qui correspond au courant de filament que souhaite appliquer l'opérateur.Si Iaffiche reste inférieur à Imax, le circuit 70 transmet sans changement la valeur laffiché ; inversement, Si la valeur Affiché est supérieure à Imax, le circuit 70 limite le courant de filament à sa valeur maximale et force la sortie à cette valeur Imax, quelle que soit la valeur du courant de filament affichée par l'opérateur; simultanément, un témoin 34 (par exemple, un signal lumineux) indique à l'opérateur que la valeur du courant de filament qu'il a affiché ne pourra pas être prise en compte telle quelle, ce qui lui laisse la possibilité de modifier son choix et de sélectionner d'autres paramètres de fonctionnement. En tout état de cause, la valeur de courant de filament délivrée en sortie du circuit 70, désignée leffeetif, est visualisée sur l'afficheur 33. Cette valeur Ieffectif en sortie du circuit 70 est transmise (via un circuit 80 dont on expliquera plus loin le rôle, et dont on fera pour l'instant abstraction) vers une seconde EPROM 90 à laquelle on appliquera également la valeur numérique (T,F) représentative du tube utilisé et du foyer choisi produite par le circuit 21, ainsi que la valeur numérique VTHT représentative de la tension de tube sélectionnée, produite par le circuit 11. Ces trois valeurs numériques sont combinées pour adresser l'EPROM 90 qui délivrera en sortie une valeur numérique tmax, par exemple sur 5 bits, représentative de la durée maximale d'insolation admissible compte tenu des paramètres en entrée. Cette valeur de durée d'exposition tient notamment compte du fait que le tube ne devra délivrer, au cours d'une même exposition, qu'une énergie limitée, essentiellement fonction du courant de filament et de la durée d'exposition, cette énergie maximale permise variant également en fonction de la tension de tube, du tube utilisé et du foyer choisi. La valeur tmax est ensuite appliquée à un circuit comparateur et multiplexeur 100 qui la compare à la valeur numérique taffichée délivrée par le circuit 41, et qui correspond à la durée d'exposition souhaitée par l'opérateur. Si taffichée reste inférieure à tmax, le circuit 100 transmet sans changement la valeur affichée; inversement, si la valeur taffichee est supérieure à tmax, le circuit 100 limite la durée d'exposition à sa valeur maximale et force la sortie à cette valeur tmax, quelle que soit la valeur la durée d'exposition affichée par l'opérateur. En tout état de cause, la valeur de la durée d'exposition délivrée en sortie du circuit 100, désignée teffective, est visualisée sur l'afficheur 43. La durée d'exposition teffective ainsi déterminée par les circuits de commande sera appliquée au commutateur 51 du bloc électrique 50 pour une commande appropriée du tube. En ce qui concerne le courant de filament effectif Ieffectif délivré en sortie du circuit 70, cette valeur numérique est appliquée (via des circuits 80 et 110 dont on expliquera le rôle par la suite, et dont on fera pour le moment abstraction) à un convertisseur numérique/analogique 120 contrôlant le circuit 52 d'alimentation du filament, par exemple au moyen d'une commande par variation de phase en lui-même connu. Cette commande est illustrée figure 3 : le circuit 52 produit une rampe périodique dont le début et la fin-sont synchronisés sur une détection du passage à zéro de la tension secteur (second chronogramme de la figure 3); on compare le niveau de la tension de rampe Vrampe à un niveau de consigne Vconsigne délivré par le circuit 120 et, au franchissement de ce niveau de consigne, on déclenche le thyristor commandant le début de la conduction (troisième chronogramme de la figure 3). On assure en outre une régulation en fonction de la tension secteur en faisant varier la pente de la rampe : si, par exemple, la tension vient à baisser, on génèrera une pente plus raide, ce qui provoquera un déclenchement du thyristor en avance par rapport à l'instant où il aurait été déclenché pour la valeur nominale de la tension secteur, ce déclenchement anticipé permettant de compenser la tension plus faible d'alimentation du filament (impulsion représentée en trait interrompu sur le troisième chronogramme de la figure 3). La variation de pente de la rampe en fonction de la tension secteur est choisie de manière que, pour une tension de consigne donnée, la valeur efficace moyenne de l'intensité de filament reste constante. Enfin, en ce qui concerne la tension de tube V, celle-ci est produite directement par le circuit 53 à partir de la valeur sélectionnée sur le clavier 12 par l'opérateur, la valeur numérique VTHT étant convertie en un signal analogique par le convertisseur numérique/analogique 130 de manière à permettre une commande correspondante du circuit électrique 53 d'alimentation de l'anode, par exemple par l'intermédiaire d'optocoupleurs assurant l'isolement galvanique. Très avantageusement, les circuits de commande comportent en outre une troisième EPROM 110 permettant d'assurer la compensation des nonlinéarités de fonctionnement de certains tubes. En effet, les tubes radiologiques présentent, comme illustré figure 2, une caractéristique d'intensité efficace (I') en fonction du courant de filament délivré par le transformateur d'alimentation (I) qui n'est pas linéaire. De plus, outre cette non-linéarité, pour certains tubes la caractéristique I' = f(I) se déplace en fonction de la tension de tube appliquée à l'anode, de sorte que l'on se trouve dans ce cas non plus en présence d'une simple caractéristique non-linéaire, mais d'une famille de caractéristiques, toutes non-linéaires. Ces caractéristiques ou familles de caractéristiques sont mises en mémoire dans l'EPROM 110, que l'on va adresser par une combinaisvn de la valeur numérique (T,F) représentative du tube utilisé et du foyer choisi, du courant de filament Ieffectif déterminé de la manière indiquée plus haut et de la tension de tube VTHT sélectionnée par l'opérateur. L'EPROM 110 délivrera en sortie une nouvelle valeur numérique I'effectif du courant de filament, valeur corrigée de manière à compenser les non linéarités et les variations de la caractéristique de la figure 2. Par ailleurs, les circuits de commande comportent très avantageusement, interposé entre le comparateur et multiplexeur 70 et l'EPROM 90, un circuit 80 de compression de l'amplitude de variation de la valeur numérique Effectif donnant le courant de filament. En effet, les différents tubes que l'on peut utiliser présentent d'un tube à l'autre des intensités maximales très variables, allant typiquement de 20 à 400 mA. Pour tenir compte de ceci, et comme on l'a vu plus haut, l'EPROM 60 délivre en sortie une valeur numérique sur 12 bits, ce qui permet d'avoir une valeur numérique Imax pouvant prendre toutes les valeurs comprises entre 0 et 400 mA par pas de 100 IlA, assurant ainsi une précision absolue très élevée (100 nA) sur cette valeur. Cette précision absolue élevée est nécessaire pour conserver une précision relative suffisante (de l'ordre de 1%) même pour des tubes à faible courant de filament maximal. Or, si l'on appliquait directement cette valeur numérique sur 12 bits à l'EPROM 90 conjointement aux valeurs numériques (T,F) et VTHT, respectivement sur 3 et 5 bits, il faudrait adresser cette EPROM sur 12 + 3 + 5 = 20 bits, ce qui conduirait à une capacité mémoire de 220 x 5 = 5 Mbits, si l'on choisit de disposer d'une valeur numérique en sortie (durée d'exposition maximale) sur 5 bits. Cette valeur de capacité mémoire serait considérable ; il n'existe pas actuellement de composants de mémoire de cette taille, de sorte qu'il serait nécessaire de répartir la mémoire sur plusieurs composants, et en outre le coût de programmation d'une telle mémoire de très grande capacité serait considérable. Pour éliminer cet inconvénient on va tenir compte du fait que, pour la valeur numérique donnant le courant de filament maximal, on n'a en fait besoin que d'une précision relative constante (de l'ordre de 1%) et que les tubes ne sont jamais utilisés sur la totalité des valeurs de courant possibles comprises entre un courant de filament nul et le courant de filament maximal, mais seulement sur une plage de fonctionnement relativement étroite, généralement située à proximité du courant de filament maximal, correspondant aux seules conditions de fonctionnement correct et de rendement optimal, du tube. On ne va donc conserver dans I'EPROM 90 (et, de même, dans I'EPROM 110) que les valeurs significatives, c'est à dire les valeurs correspondant à ces plages optimales de fonctionnement, qui sont en réalité les seules employées. On constate en pratique que, pour disposer d'une précision de l'ordre de 1 %, une résolution de 8 bits est parfaitement satisfaisante, ce qui conduit pour l'EPROM 90 à une taille de 216 x 5 = 320 kbits, c'est à dire seize fois inférieure à la taille que l'on aurait dû autrement prévoir, avec une diminution corrélative du coût des composants de mémoire et surtout du coût de leur programmation. Cette compression du nombre de bits est effectuée par le circuit 80 qui reçoit d'une part du circuit 70 la valeur du courant de filament Effectif sur 12 bits et d'autre part de l'EPROM 60 une valeur numérique SP de sélection de la précision, par exemple sur 3 bits ; cette valeur SP aura été déterminée et mémorisée en fonction du tube utilisé et du foyer choisi, et définit la plage optimale de fonctionnement du tube. Le circuit 80 délivre en sortie une valeur numérique sur 8 bits seulement, destinée à l'adressage des EPROMs 90 et 110, dans lesquelles on n'aura mémorisé que les séries de valeurs correspondant à cette plage optimale de fonctionnement, avec une précision relative sensiblement constante et indépendante du tube utilisé et du foyer choisi. En ce qui concerne la réalisation des divers circuits numériques de l'installation selon l'invention, ceux-ci sont de préférence réalisés en logique TTL, ce qui leur assure une bonne insensibilité aux divers parasites électriques, dont le niveau est toujours relativement élevé dans ce genre d'installations, compte-tenu des tensions et des courants en jeu. On évitera notamment d'utiliser une logique CMOS (telle que celle utilisée avec les circuits à microprocesseur); trop sensibles à ce genre de parasites. REVENDICATIONS 1. Une installation universelle pour l'alimentation de tubes radiologiques, délivrant en sortie une tension de tube (V), un courant de filament (I) et un signal de durée d'exposition (t), le courant de filament et la durée d'exposition étant contrôlés conjointement en fonction d'une tension de tube affichée (VTHT), d'un courant de filament affiché (affiché) et d'une durée d'exposition affichée (taffichée), installation caractérisée en ce qu'elle comprend:: ~des moyens (21) pour produire une combinaison numérique (T,F) représentative du type de tube employé et, le cas échéant, du foyer de ce tube qui est utilisé, ~des premiers moyens numériques de détermination (60) donnant, en fonction de cette combinaison numérique et de la tension de tube affichée, une valeur numérique de courant de filament maximal admissible appropriée au tube utilisé et au foyer choisi, ~des moyens (70) pour comparer ce courant de filament maximal au courant de filament affiché et sélectionner une valeur de courant de filament effectif égal à la plus faible de ces deux valeurs de courant de filament, ~des seconds moyens numériques de détermination (90) donnant, en fonction de ce courant de filament effectif, de la tension de tube affichée et de la combinaison numérique représentative du tube utilisé et du foyer choisi, la durée d'exposition maximale admissible appropriée au tube utilisé et au foyer choisi, et ~des seconds moyens comparateurs (100) pour comparer cette durée d'exposition maximale à la durée d'exposition affichée et sélectionner une valeur de durée d'exposition effective égale à la plus faible de ces deux valeurs de durée d'exposition. 2. L'installation de la revendication 1, comportant en outre des troisièmes moyens numériques de détermination (110) donnant, en fonction de la combinaison numérique représentative du tube utilisé et du foyer choisi, du courant de filament effectif donné par les premiers moyens comparateurs et de la tension de tube affichée, une valeur du courant effectif de filament corrigée, compensée par rapport aux nonlinéarités de la caractéristique de courant de filament du tube. 3. L'installation de l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle lesdits moyens numériques de détermination (60,90,110) comportent des mémoires programmables. 4. L'installation de l'une des revendications 2 et 3, dans laquelle: ~les premiers moyens de détermination (60) délivrent également en sortie une valeur numérique de sélection de précision (SP) indiquant, pour un tube et un foyer donnés, la plage optimale de variation du courant de filament correspondant au meilleur rendement de ce tube et/ou à ses conditions normales de fonctionnement, et - il est prévu des moyens compresseurs (80) interposés entre les premiers moyens comparateurs (70) et les seconds moyens de détermination (90), recevant en entrée d'une part la valeur numérique de courant de filament maximal délivrée sur n bits par les premiers moyens de détermination, et d'autre part la valeur numérique de sélection de précision délivrée par les premiers moyens de détermination, et délivrant en sortie, sur m bits avec m maximal appliquée aux seconds moyens de détermination, cette valeur modifiée variant sur une amplitude réduite correspondant à ladite plage optimale de variation du courant de filament, de manière à réduire le nombre de positions numériques possibles de la valeur du courant de filament effectif, tout en conservant pour cette valeur une précision relative sensiblement constante et indépendante du courant de filament maximal correspondant au tube utilisé et au foyer choisi.