Brevet FR2679436A1 — publié le 19930129

L'invention concerne les perfectionnements adoptés pour l'appareil décrit dans la demande de brevet français N O 2 578 737 et dans les brevets référencés dans celle-ci. A côté des autres solutions existantes pour avoir un capteur images rayons X utilisable dans des endroits réduits comme la cavité buccale, la solution présentée dans ladite demande montre la particularité évidente d'utiliser une pièce de forme tronco-pyramidale formée par des fibres optiques en verre dopé qui joue un double rôle: celui de l'écran contre les rayons X pour protéger la caméra CCD en arrière et celui de l'objectif photo à petites dimensions c'est-à- dire pour réduire l'image visible obtenue sur le film scintillateur à l'entrée Les avantages de ce type de capteur d'images rayons X s'accompagne d'inconvénients parmi lesquels on cite: 1 Fortes aberrations géométriques dues à la fibre optique réductrice qui touchent quelquefois plus de 10 % sur les bords d'images; 2 L'existence d'un moirage sur l'image qui peut s'approcher de 8 % relatif à l'intensité locale, due à la double discrimination de l'image par la caméra CCD et par le réseau de la fibre optique réductrice (ce qui est dénommé dans ladite demande "effet de double moirage"); 3 L'accroissement sérieux de la non uniformité de la sensibilité sur la surface du capteur dû à la disposition insuffisamment régulière des fibres et aux fréquences des fibres élémentaires et dû au groupement des diverses fibres au cours du tirage à chaud; 4 L'influence mauvaise sur les paramètres de bruit et de sensibilité que le collage de la fibre sur la caméra CCD apporte en raison de la contrainte mécanique à l'occasion du durcissement de la colle et/ou de l'impureté de la couche de bioxyde de silicium qui couvre la caméra, à cause de l'activité chimique forte à l'interface colle-CCD, ou d'autres détails de la technologie du collage; Une grande sensibilité au choc à cause du système de montage de la fibre sur la CCD; 6 L'existence d'un câble complexe pour le transport des signaux de commande de la part de l'unité dacquisition et d'affichage d'images et pour le transport du signal analogique fourni par la caméra CCD; ce câble implique une non fiabilité, des bruits sur l'image, un inconfort d'utilisation, etc; Pour résoudre les problèmes énumérés ci-dessus et apporter les autres avantages, le système de radiographie à ordinateur illustré par le dessin annexé comporte; une unité de contrôle numérique 1 qui a une structure typique d'un ordinateur par application graphique, permettant d'exploiter avantageusement les images reçues et en même temps d'envoyer des commandes aux autres sous- ensembles; un générateur de rayons X 2 qui peut être contrôlé en ce qui concerne la dose fournie par l'ordinateur 1; un diaphragme rectangulaire motorisé 3 qui laisse passer les rayons X émis par le générateur 2, seulement à travers un rectangle avec des dimensions et des positions des côtés réglables par l'ordinateur 1; une mire 4 mobile sous le contrôle de l'ordinateur 1, destiné à projeter son image rayons X superposée à l'image de l'objet irradié 5 qui peut être aussi bien une dent que n'importe quel objet; le capteur 7 qui reçoit l'image rayons X envoie les informations d'image à l'ordinateur 1; Concernant le générateur de rayons X 2 on mentionne que sa structure de commande électronique permet de contrôler la durée d'émission et/ou l'intensité d'émission et/ou la longueur d'ondes des rayons X à partir des commandes reçues de l'ordinateur Avec ce genre de générateur, la prise de vue se fait en deux temps: pré-exposition et exposition principale. Pendant la pré-exposition la mire 4 est interposée dans le parcours des radiations, le diaphragme 3 est ouvert au maximum et le générateur est contrôlé pour envoyer une petite dose de rayons X (la dose minimale pour avoir une image générale sans détail) qui permet d'établir deux résultats: la transparence de l'objet 5 et la position de l'objet 5 relative à l'axe du générateur 2 Le premier résultat permet d'établir la dose optimale qui sera utilisée pendant l'exposition principale Cette tâche est confiée à une partie du logiciel spécifique qui tourne sur l'ordinateur 1 et le sens optimal est choisi parmi plusieurs possibilités offertes par le praticien A titre d'exemple on peut citer comme dose optimale la dose minimale appliquée au patient qui offre sur l'écran de l'ordinateur seize niveaux de gris bien établi sur la région d'intérêt 6 de l'objet 5. Le deuxième résultat permet d'établir les limites latérales du faisceau qu'il faut envoyer pendant l'exposition principale (ce qui est équivalent à la protection maximale contre l'irradiation dans les cas des patients) Pour établir la position de l'objet 5 relative à l'axe du générateur 2, la mire 4 est réalisée comme plaque-support bien transparente aux rayons X sur laquelle est collée une deuxième plaque découpée selon un dessin spécifique en forme d'une croix à dimensions déterminées; le matériel et l'épaisseur sont choisis de façon que le contraste de l'image au niveau des rayons X soit suffisant pour que le dessin soit reconnu, c'est-à-dire séparé de l'image de l'objet, par une partie spécifique du logiciel qui tourne sur l'ordinateur 1 et encore que soit établie la position de l'axe et de divergence du faisceau du générateur 2 dans le champ visuel du capteur 7. Pendant l'exposition principale la mire 4 est retirée et les côtés du diaphragme 3 sont positionnés en délimitant les rayons X strictement au champ du capteur ou lorsque la situation le permet au champ 6 de l'objet analysé On trouve ici un autre avantage: la réduction des rayons X parasites dus aux phénomènes de réflection ou de rémission dans l'environnement du capteur, rayons qui pourraient générer du bruit dans l'image utile. En ce qui concerne le capteur d'images rayons X 7, il y a un scintillateur 7.1 qui convertit l'image rayons X en image visible qui est réduite à travers une fibre optique 7 2 tronco-pyramidale et projetée sur la surface de la caméra CCD 7 5 Entre la sortie de la fibre 7 2 et la caméra 7 5 on trouve un intercaleur 7 3 qui a une épaisseur bien déterminée Le rôle de celui-ci est d'éliminer le moirage sur l'image suite à la double discrimination de celle-ci par des pixels CCD et les fibres élémentaires optiques. A la sortie d'une fibre élémentaire la lumière est divergente et à une telle distance les faisceaux de lumière issus de fibres voisines se mélangent entre eux. Par suite, compte tenu du fait que le rapport entre le diamètre d'une fibre élémentaire et la magnitude du pixel est suffisamment grande, on trouve une épaisseur suffisamment grande de façon que l'image des fibres élémentaires soit floue et suffisamment petite pour que cela n'affecte pas la résolution de la caméra. L'intercaleur 7 3 est en verre transparent ayant presque le même indice de réfraction que la couche de protection de la caméra 7 5; A l'interface CCD- intercaleur et intercaleur-fibre on utilise de fins films d'huile anorganique avec le même indice de réfraction que celui de l'intercaleur Tout autour des bords de la CCD il y a un cordon 7 4 de colle élastique Ce système de montage préserve contre les éventuels déplacements que pourrait amener le remplacement de l'huile par l'air ambiant et empêche les pertes d'huile; l'épaisseur du film d'huile est fixe dans le temps, à cause de la quantité qui est fixe Il n'y a pas de contrainte mécanique au niveau de la puce CCD Dans le cas d'un choc mécanique, ce système a l'avantage de se "décoller" provisoirement en formant une boule de vide qui va disparaître tout de suite après le choc en comparaison avec un système rigide et qui implique souvent des décollages fatals. Pour obtenir une tranparence maximale du système optique, quand la différence entre l'indice de réfraction de l'huile et celui du verre de la fibre est importante, on applique sur la surface de sortie de la fibre optique 7 2 un dépôt diélectrique multicouche anti-reflex par vaporisation à vide qui assure l'adaptation des indices à la longueur d'ondes spécifiques du scintillateur. Un autre dépôt multicouche est utilisé sur la face avant de la fibre si le film scintillateur est une pièce à part assemblée en contact avec la surface d'entrée de la fibre Ici le dépôt assure l'adaptation air-verre On peut également utiliser pour la face avant le même système avec un film d'huile rendu étanche sur le contour par un cordon de colle élastique 7 12. Le système décrit ci-dessus est enfermé dans une boîte en plastique 7 10. L'objet le plus lourd, la fibre 7 2, est fixé par une résine dure 7 11 dans la boîte 7.10 Au contraire, le support 7 6 de la puce CCD 7 5 est collé sur la boîte 7 10 avec de la colle élastique 7 12 sur le bord. Concernant la partie électronique 7 7 du capteur, il y a sur le support 7 6 les drivers des signaux de phase de commande pour la puce CCD, le générateur des séquences de balayage, l'amplificateur de sortie CCD ainsi que le convertisseur analogique-numérique qui convertit l'information d'image de forme analogique en forme digitale parallèle Le fait que le générateur des séquences de balayage se trouve sur le support du capteur apporte l'avantage d'éliminer les nombreux fils dans le câble de liaison 7 8 entre le capteur 7 et l'ordinateur 1 dans la variante o celui-ci est placé sur l'interface spécialisée de l'ordinateur L'existence du convertisseur A/D juste à côté de la puce CCD présente l'avantage d'éliminer les problèmes de bruits spécifiques au transport du signal analogique à distance. Pour éviter d'ajouter d'autres fils désignés aux signaux numériques de sortie du convertisseur AID, il y a sur le support un convertisseur parallèle-série qui permet d'envoyer l'information image en série. Pour éliminer les problèmes qu'on peut avoir en transmettant en série des données à très grande vitesse sur un câble du plus simple type, il y a sur le même support du capteur l'oscillateur très haute fréquence modulé en fréquence par les données en série et cette porteuse ainsi modulée est transmise par le câble. Le câble 7 8 est le plus simple possible, avec deux fils: de masse et dalimentation La séparation de l'information transmise par le capteur et du courant d'alimentation se fait par des filtres haute fréquence Sur le même câble sont transmises les commandes de l'ordinateur sous forme de courtes impulsions qui sont séparées par des filtres RC dans le capteur. Toute cette partie électronique 7 7 est réalisée selon une technologie hybride et protégée selon les radiations à l'aide d'écrans en plomb. A l'autre bout du câble, dans la boîte 8 du connecteur, on trouve une mémoire du type EPROM, EEPROM ou EEPROM SERIE (de préférence) qui contient sous forme codifiée une ou plusieurs des informations suivantes; un tableau avec les coordonnées des pixels aveugles du capteur qu'il faut masquer; un tableau qui décrit les non-uniformités de la sensibilité du capteur afin qu'on puisse compenser par le logiciel; un tableau qui décrit les aberrations géométriques afin qu'on puisse les compenser par le logiciel; les information de type commercial pour le contrôle du marché. L'ordinateur a accès à cette mémoire grâce au connecteur d'interface spécialisé. REVENDICATIONS 1 Système permettant d'obtenir des images radiologiques numériques et comportant: un ordinateur ( 1) à applications graphiques comprenant les interfaces pour gérer les sous-ensembles du système; une source de rayons X ( 2) avec les paramètres d'émissions contrôlables par l'ordinateur; un diaphragme des rayons X ( 3), motorisé et géré par l'ordinateur permettant de limiter le faisceau de rayons X au champ nécessaire; une mire ( 4) pour rayons X, motorisée et gérée par l'ordinateur ( 1) permettant d'établir les paramètres du diaphragme ( 3); un capteur ( 7) de rayons X qui reçoit l'image rayons X de l'objet analysé ( 5) et qui envoie l'information image dans une forme numérique vers l'ordinateur ( 1). 2 Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il permet d'obtenir une image de bonne qualité de l'objet ( 5) en utilisant une double prise de vue: pré-exposition à dose réduite d'o on détermine les paramètres utilisés pendant l'exposition principale ainsi optimisée. 3 Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, quand le capteur contient une fibre optique ( 7 2) qui transmet l'image vers la surface d'une caméra CCD ( 7 5), on impose sur le trajet optique une distance entre la sortie de la fibre et l'entrée dans la caméra CCD qui est suffisamment grande pour estomper le dessin des fibres élémentaires et suffisamment petite pour ne pas affecter la résolution de la caméra CCD, éliminant ainsi le moirage spécifique. 4 Système selon la revendication 1 et 3, caractérisé par le fait que la distance entre la sortie de la fibre optique ( 7 2) et l'entrée dans la caméra CCD ( 7 5) est garantie par un intercaleur ( 7 3) en matériel transparent avec un indice de réfraction voisin de celui de la couche de protection de la puce CCD. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que quand le capteur contient une fibre optique ( 7 2) qui transmet l'image vers la surface d'une caméra CCD ( 7 5), on utilise pour assembler la caméra CCD aux autres parties optique en film liquide rendu à faible épaisseur qui est rendu étanche sur le contour par une colle élastique ( 6). I 6 Système selon les revendications 1, 3 et 4, caractérisé par le fait que l'on utilise pour assembler la caméra CCD aux autres parties optiques deux films liquides à faible épaisseur qui sont rendus étanches sur le contour par une colle élastique ( 7 4). 7 Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que quand le capteur contient un scintillateur ( 7 1) placé sur la face avant la fibre optique ( 7.2), le contact optique est réalisé par un film de liquide interposé rendu étanche sur le contour par une colle élastique et qui n'entre pas en réaction chimique avec les cristaux du scintillateur. 8 Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que quand le capteur contient une fibre optique ( 7 2) pour maximaliser la transparence optique, les deux faces sont couvertes de dépôts diélectriques multicouches anti- reflex qui assurent l'adaptation des indices de réfraction. 9 Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que quand le capteur contient une fibre optique ( 7 2) qui transmet l'image vers la surface d'une caméra CCD ( 7 5), on réalise une fixation rigide de la fibre optique ( 7 2) dans la boîte ( 7 10) par une résine dure ( 7 11) et une fixation élastique de support ( 7 6) de la puce CCD à l'aide d'une colle élastique ( 7 12). Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur contient une puce caméra CCD ( 7 5) et un schéma électronique ( 7 7) en technologie hybride comprenant les amplificateurs de commande de la puce CCD, le générateur des séquences de commande pour les signaux spécifiques pour la caméra utilisée, un circuit qui convertit le signal image à la sortie de la puce CCD de la forme analogique en forme numérique, un circuit de sérialisation des données ainsi obtenues, un oscillateur haute fréquence qui permet de transmettre les données à distance par modulation de fréquence, les moyens nécessaires pour séparer le courant d'alimentation des impulsions de commande et du signal image, tous les trois étant transmis sur le même câble. 11 Système selon la revendication 1 et 10, caractérisé par le fait que l'on utilise pour la liaison entre le capteur ( 7) et l'ordinateur un câble ( 7 8) souple avec deux conducteurs. 12 Système selon la revendication 1, 10 et 11 caractérisé par le fait que dans la boîte ( 8) du connecteur du capteur à l'ordinateur il y a une mémoire EPROM ou EEPROM ou EEPROM série accessible à l'ordinateur et ayant enregistré sous forme codifiée une ou plusieurs des informations: un tableau des pixels mauvais du capteur; un tableau des aberrations géométriques du capteur; un tableau des non-uniformités de la sensibilité du capteur; un tableau avec la série de fabrication et d'autres informations destinées à contrôler le marché.