Brevet FR2641179A1 — publié le 19900706

Appareil de reconstitution d'image radiologique" L'invention se rapporte à un appareil de reconstitution d'image radiologique formant notamment caméra de radioscopie et susceptible de délivrer des informations vidéo exploitables par un système de visualisation muni d'un écran de télévision. Un type d'installation de radiologie connu comporte une source de rayons X (ou de rayons Gamma) constituant un émetteur de rayonnement pénétrant et un récepteur appelé "tube intensificateur d'image" qui est une unité volumineuse et relativement fragile dont le rôle est de transformer le rayonnement ayant traversé le corps à examiner en une image visible. Cette image est ensuite "reprise" par une caméra de télévision pour être transmise à un système vidéo classique. L'ensemble constitué par le tube intensificateur d'image et sa caméra est lourd et encombrant, ce qui aboutit à une structure mécanique très volumineuse et complexe lorsqu'on désire que l'installation puisse opérer sous des incidences différentes par rapport au patient, ce qui est le cas notamment en angiographie.On a alors recours à des supports complexes et encombrants conçus pour déplacer simultanément la source de rayons X et les moyens de réception, de part et d'autre du patient, tout en maintenant ladite source et lesdits moyens de réception en alignement. L'invention propose un appareil de reconstitution d'image radiologique d'encombrement et de poids beaucoup plus réduits que ceux du système récepteur décrit brièvement ci-dessus. L'appareil proposé est susceptible de remplacer le tube intensificateur d'image et sa caméra. Plus précisément, l'invention concerne donc un appareil de reconstitution d'image radiologique destiné à être utilisé en liaison avec une source de rayonnement pénétrant, comme par exemple des rayons X ou Gamma, caractérisé en ce qu'il comporte un plateau tournant en matériau absorbant un tel rayonnement pénétrant et muni d'une fente diamétrale, des moyens pour entraîner le plateau tournant en rotation continue, un convertisseur de rayonnement pénétrant en rayonnement lumineux, situé derrière ledit plateau tournant par rapport au sens de propagation dudit rayonnement pénétrant, un détecteur à éléments photosensibles couplé optiquement audit convertisseur et des moyens de lecture desdits éléments photosensibles, agencés pour élaborer des signaux de lecture représentatifs des états desdits éléments photosensibles pour un ensemble de positions angulaires prédéterminées dudit plateau tournant. Selon un mode de réalisation possible, le détecteur précite se présente sous la forme d'un support fixe sur lequel sont agencés des éléments photosensibles en forme d'arcs de cercle concentriques s'étendant depuis un centre passant par l'axe de rotation du plateau tournant. Selon un autre mode de réalisation possible, ledit convertisseur et ledit détecteur sont intégrés à une barrette rectiligne portant lesdits éléments photosensibles disposés les uns à côté des autres et s'étendant diamétralement derrière ladite fente, la barrette étant solidaire en rotation dudit plateau tournant. Les moyens de lecture sont également solidaires en rotation du plateau tournant et de ladite barrette rectiligne. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'un appareil de reconstitution d'image radiologique conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une élévation en coupe diamétrale d'un appareil de reconstitution d'image radiologique conforme à l'invention; - la figure 2 représente le détecteur de l'appareil de la figure 1, vu suivant la flèche X de la figure 1; - la figure 3 est une vue de détail à plus grande échelle de l'encadré III de la figure 1; - la figure 4 est un schéma de principe des moyens de lecture; - la figure 5 représente schématiquement un autre mode de réalisation d'un appareil conforme à l'invention, vu suivant une élévation en coupe diamétrale; et - la figure 6 représente le plateau tournant vu suivant la flèche VI de la figure 5. En se reportant plus particulièrement aux figures 1 à 4, l'appareil de reconstitution d'image radiologique décrit comporte un boîtier 11 abritant un plateau tournant 12 en forme de disque et un plateau fixe- 13; ces deux plateaux sont coaxiaux. Le plateau fixe 13 est situé derrière le plateau tournant 12 par rapport au sens de propagation du rayonnement pénétrant repéré par la flèche X sur la figure 1. Il est agencé de telle sorte que sa face avant porte un convertisseur 14, apte transformer ledit rayonnement pénétrant (ici des rayons X) en rayonnement lumineux et que ce convertisseur 14 soit situé & proximité immédiate de la face arrière du plateau tournant. Ledit convertisseur 14 est ici constitué d'une couche d'un matériau sensible aux rayons X, & base de phosphore.Cette couche émet donc un rayonnement lumineux lorsqu'elle est frappée par un rayonnement X. Ladite couche formant le convertisseur 14 est couplée optiquement à un détecteur 16 constitué d'une pluralité d'éléments photosensibles 17. Le couplage optique est ici réalisé par un réseau de fibres optiques 19 parallèles, orientées parallèlement à l'axe commun des plateaux 12 et 13. Comme le montre plus particulièrement la figure 3, le convertisseur 14, les fibres optiques 19 et le détecteur 16 sont portés par un même substrat 20 en céramique, fixé au plateau fixe 13. Ce dernier peut être en aluminium. Les éléments photosensibles 17 sont réalisés par des zones diffusées de type P définissant des jonctions photosensibles dans une couche de silicium 22, de type N. Une couche d'oxyde de silicium 23 sépare les zones diffusées du réseau de fibres optiques. Ces éléments photosensibles forment ainsi un ensemble de photodiodes à cathode unique. La sortie de cathode est assurée par un dépôt conducteur 25 intercalé entre la couche 22 et le substrat 20. Sur l'autre face du plateau fixe 13, sont fixés les circuits électroniques constituant les moyens de lecture 26 desdits éléments photosensibles. Ces moyens de lecture sont représentés sur la figure 4. Ils comportent un registre à décalage 30 recevant à une entrée E, des signaux élaborés en synchronisme avec la rotation du plateau tournant 12, un circuit de commutation vidéo 31 comportant autant de transistors de commande 32 qu'il y a d'éléments photosensibles dans le détecteur 16. La liaison de cathode commune est reliée à une source de tension continue prédéterminée Vcc. La base de chaque transistor 32 est pilotée par une sortie spécifique du registre à décalage. L'émetteur de chaque transistor est relié à l'anode de chaque diode. Les collecteurs des transistors sont tous interconnectés entre eux et définissent une sortie vidéo 35 sur laquelle sont disponibles des séquences de signaux de lecture desdits éléments photosensibles. Ces signaux sont représentatifs des états des éléments photosensibles pour les positions angulaires prédéterminées successives dudit plateau tournant. Autrement dit, chaque rotation élémentaire prédéterminée dudit plateau tournant est exploitée pour générer des signaux de commande du registre à décalage permettant de "lire" la totalité des éléments photosensibles du détecteur, dans un ordre prédéterminé. Les informations vidéo correspondantes sont recueillies en série à la sortie 35 et adressées à une mémoire d'image, après traitement approprié. Par ailleurs, le plateau tournant comporte un disque support 38 en alliage léger, peu absorbant des rayons X, par exemple en aluminium, relié à une couronne externe 39 formant entretoise. Ladite couronne 39 est fixée à la périphérie d'un plateau d'entraînement 40 situé à l'arrière du plateau fixe et monté sur un arbre fixe 41 de ce dernier, par l'intermédiaire de roulements à billes 42 intercalés entre ledit arbre 41 et un moyeu annulaire cylindrique 44 dudit plateau d'entraînement. C'est à l'extérieur de ce moyeu 44 qu'est fixé le rotor d'un moteur électrique 45 dont le stator est solidaire du boîtier 11. Le disque support 38 porte un disque de plomb 48 dans lequel est ménagée une fente diamétrale 49 relativement étroite. Les connexions électriques aboutissant aux moyens de lecture 26 d'une part, et au moteur électrique 45 d'autre part, passent par un évidement longitudinal 50 de l'arbre fixe 41. La partie arrière du boîtier est montée sur un dispositif d'orientation, non représente. Selon une caractéristique importante de ce mode de réalisation, les éléments photosensibles 17 du détecteur sont en forme d'arcs de cercles concentriques (figure 2) s'étendant depuis un centre O passant par l'axe de rotation du plateau tournant 12. Ici, la configuration est telle que deux éléments photosensibles de même rayon de courbure définissent un anneau circulaire de faible largeur. La totalité de la surface du détecteur est donc recouverte de tels anneaux concentriques. Chaque élément photosensible d'une paire, telle que définie ci-dessus, s'étend donc sur un peu moins de 180", car les deux éléments sont séparés à leurs extrémités par des interstices isolants 52. Ces derniers sont décalés circonférentiellement d'un anneau à l'autre, pour éviter que l'image reconstituée ne comporte une zone d'ombre diamétrale.Grâce à ce décalage, les pixels manquants en raison de ces interstices se trouvent répartis sur toute l'image et sont donc pratiquement invisibles. Une image est ainsi acquise en un demi-tour du plateau tournant 12. Le fonctionnement est le suivant. Le plateau tournant 12 est entraîné en rotation à vitesse constante relativement élevée, par exemple de l'ordre de 1000 t/min., par le moteur électrique 45. Pour chaque rotation élémentaire prédéterminée du plateau tournant, la fente expose une petite zone rectiligne diamétrale du convertisseur 14 aux rayons X ayant traversé le corps à examiner. Seule cette zone rectiligne diamétrale du convertisseur émet des photons puisque le rayonnement X est arrêté partout ailleurs, par le plomb. Les photons sont émis en raison inverse de l'absorption subie par les rayons X traversant le corps à examiner. Les photons produits localement sont canalisés par les fibres optiques 19 et viennent sensibiliser les éléments photosensibles situés en regard de ces fibres, de sorte que l'ensemble des éléments photosensibles du détecteur retiennent des informations représentatives de la variation de l'absorption le long de la direction diamétrale analysée.Simultanément, des ordres de lecture sont élaborés par des moyens de synchronisation non représentés pour piloter le registre à décalage qui commande la "lecture" de tous les éléments photosensibles. On dispose ainsi, pour chaque position prédéterminée de la fente, d'une série de données représentatives de l'absorption subie par les rayons X le long d'une droite de l'image à reconstituer. Ces données sont adressées à une mémoire d'image, aux emplacements correspondants. A chaque demi-tour du plateau tournant, on acquiert ainsi toutes les informations nécessaire à la reproduction d'une image radiologique complète. La vitesse de rotation du plateau tournant et la vitesse d'acquisition des données permettent l'observation en mode radioscopique. Les figures 5 et 6 illustrent un autre mode de réalisation possible où des éléments de structure analogues portent les mêmes références numériques, avec la lettre a en indice. On retrouve donc un plateau tournant 12a ayant ici la forme d'un tambour monté en rotation dans un boîtier 11a par l'intermédiaire de roulements à billes 42at ici extérieurs au plateau 12a Ce dernier est entraîné en rotation par un moteur électrique et sa face avant est garnie de plomb. Il comporte comme précédemment une fente diamétrale 49a Cependant, le convertisseur 14a et le détecteur 16a se présentent sous la forme d'une barrette rectiligne 60 fixée derrière le plateau tournant, en regard de la fente. Cette barrette peut avoir la même structure qu'à la figure 3. Les éléments photosensibles du détecteur sont disposés les uns à côté des autres.Ils peuvent être réalisés de la même façon que dans le cas de la figure 3, c'est-à-dire sous forme de photodiodes mais celles-ci se présenteront alors sous la forme de petites pastilles disposées les unes à côté des autres le long de la barrette 60. Le convertisseur s'étend ici diamétralement directement derrière la fente. Les moyens de lecture 26a sont également solidaires en rotation du plateau tournant. Ils sont semblables à ceux qui sont décrits en référence à la figure 4. Les connexions d'entrée et de sortie des moyens de lecture comportent des contacts tournants 62 agencés entre le plateau tournant 12a, formant tambour et un arbre fixe 64 dudit boîtier lla, coaxial au plateau tournant. Le convertisseur 14a peut avoir la même structure que précédemment, c'est-à-dire être réalisé par une couche à base de phosphore. Cependant, comme le temps de recombinaison des porteurs dans ce type de matériau peut être excessif (parce que la même zone du convertisseur est excitée en permanence pour chaque position angulaire prédéterminée de la fente) on peut avantageusement remplacer la couche de phosphore par un cristal scintillateur s'étendant sur toute la longueur de la fente, ce cristal étant directement accolé au détecteur de photodiodes, sans interposition de fibres optiques. Le convertisseur peut aussi, dans l'un et l'autre cas, être du type indirect ou à amplification, bénéficiant d'un meilleur rendement. Un tel convertisseur comporte un tube à vide muni d'une face d'entrée recevant les rayons X. Ce tube à vide est scellé autour d'un faisceau de fibres optiques. La face d'entrée porte une électrode recouverte d'une couche produisant des électrons sous l'effet des rayons X. La face d'extrémité des fibres optiques porte une autre électrode recouverte d'une couche à base de phosphore produisant des photons en réponse au flux d'électron provenant de la première électrode. Une haute tension est appliquée entre les deux électrodes pour accélérer les électrons, ce qui augmente le rendement lumineux. REVENDICATIONS 1- Appareil de reconstitution d'image radiologique destiné à être utilisé en liaison avec une source.de rayonnement pénétrant, comme par exemple des rayons X ou Gamma, caractérisé en ce qu'il comporte un plateau tournant (12) en matériau absorbant un tel rayonnement pénétrant et muni d'une fente diamétrale (49), des moyens pour entraîner le plateau tournant en rotation continue, un convertisseur (14) de rayonnement pénétrant en rayonnement lumineux, situé derrière ledit plateau tournant par rapport au sens de propagation dudit rayonnement pénétrant, un détecteur (16) à éléments photosensibles couplé optiquement audit convertisseur et des moyens de lecture (26) desdits éléments photosensibles, agencés pour élaborer des signaux de lecture représentatifs des états desdits éléments photosensibles pour un ensemble de positions angulaires prédéterminées dudit plateau tournant. 2- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit convertisseur (14) et ledit détecteur (16) sont couplés entre eux par un réseau de fibres optiques (19). 3- Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit détecteur (16) se présente sous la forme d'un support fixe sur lequel sont agencés des éléments photosensibles (17) en forme d'arcs de cercle concentriques s'étendant depuis un centre passant par l'axe de rotation dudit plateau tournant. 4- Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque élément photose#nsible (17) s'étend sur environ 180, deux éléments photosensibles de même rayon de courbure définissant approximativement un anneau de faible largeur et étant séparés å leurs extrémités par des interstices isolants (52); 5- Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits interstices sont décalés circonférentiellement d'un anneau à l'autre. 6- Appareil selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit convertisseur (14) comporte une couche d'un matériau sensible aux rayons X, à base de phosphore. 7- Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit convertisseur (14a) et ledit détecteur (16a) sont intégrés à une barrette rectiligne portant lesdits éléments photosensibles disposés les uns à côté des autres et s'étendant diamétralement derrière ladite fente, ladite barrette étant solidaire en rotation dudit plateau tournant, et en ce que lesdits moyens de lecture (26a) sont également solidaires en rotation dudit plateau tournant et de ladite barrette. 8- Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit convertisseur est un scintillateur. 9- Appareil selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les connexions d'entrée et de sortie desdits moyens de lecture comportent des contacts tournants (62) agencés entre la partie tournante portant ledit convertisseur et un arbre fixe (64) coaxial audit plateau tournant.