Brevet FR2706048A1 — publié le 19941209

COLLIMATEUR FACILEMENT CONTROLABLE La présente invention concerne un collimateur de gamma-caméra facilement contrôlable pour résoudre des problèmes de détection de ses défauts d'uniformité lors d'examens de médecine nucléaire. Une gamma-caméra comporte un cristal détecteur, dit aussi scintillateur, susceptible de provoquer une scintillation lumineuse lorsqu'il est frappé par un photon-gamma. Un tel photon-gamma est par exemple émis par le corps d'un patient placé en examen en face du cristal détecteur. Ce photon-gamma est par exemple émis par un radio isotope injecté dans le corps du patient et qui se fixe, selon sa nature, dans certains organes de ce patient. Un cristal détecteur est séparé du corps du patient par un collimateur interposé. L'endroit où se produit la scintillation dans le cristal détecteur correspond alors a l'endroit dans le corps d'où provient l'émission des photon-gamma. Par des moyens électroniques, notamment décrits dans le brevet américain de ANGER NO 3 011 057, on détecte cette scintillation avec des tubes photomultiplicateurs et on interprète le signal électronique de ces tubes photomultiplicateurs pour constituer une image de l'organe étudié. La particularité des collimateurs est de n'autoriser que le passage des photon-gammas émis dans une seule direction, quand les collimateurs sont des collimateurs à trous parallèles, ou provenant d'un lieu focal, lorsque les collimateurs possèdent des trous d'orientation oblique. Un collimateur est donc constitué par un réseau de trous, généralement montés en nids d'abeille, et recouvert de part et autre par des plaques de protection. Ces plaques de protection servent à empêcher que le collimateur ne se détériore, notamment par introduction d'impuretés dans les trous. Ces plaques sont en général en aluminium de faible épaisseur. Les trous sont séparés les uns des autres par des cloisons dont le rôle est d'atténuer tous les rayons obliques qui seraient susceptibles de traverser le collimateur. De manière à augmenter au maximum cette atténuation, les cloisons sont en plomb, de faible épaisseur, par exemple de deux dixièmes de millimètre. Un collimateur est donc une structure fragile, particulièrement lorsqu'il est de grande taille. Entre autres qualités, une gamma-caméra doit avoir une bonne uniformité : des événements photoniques se produisant en regard d'un endroit du cristal détecteur doivent être révélés de la même façon que ceux qui se produisent en face d'un autre endroit. Malheureusement, les défauts des collimateurs, des scintillateurs, et le manque d'uniformité de détection des tubes photomultiplicateurs s'opposent à cette uniformité. En pratique, lors de sa construction, une gamma-caméra devrait être testée avec ses différents collimateurs et, pour chacun d'eux, des calculs de correction sont effectués de manière à restaurer dans les images acquises l'uniformité qui a été altérée du fait de la structure de la gamma-caméra. On obtient ainsi, en images acquises directement, des résolutions de l'ordre du demi-centimètre, et en tomographies par reconstruction, des résolutions de l'ordre du centimètre. En général une gamma-caméra est livrée à un utilisateur avec un jeu de collimateurs. Ceux-ci sont donc manipulés pour être mis en place à tour de rôle. Lors de ces manipulations, ou au cours de leur stockage, ces collimateurs peuvent subir différentes agressions mécaniques : chocs, rayures, compressions. Le résultat de ces agressions peut avoir pour principal inconvénient de modifier l'uniformité du collimateur et donc, en définitive, l'uniformité de l'ensemble de la gamma-caméra. Notamment les bords supérieurs des cloisons des trous peuvent s'épaufrer ou s'écraser sous le fait des chocs et réduire en conséquence la section de passage des trous. A l'endroit où s'est produit le choc, la caméra devient moins sensible. Lorsque de tels événements se produisent il est difficile au constructeur de se rendre compte, par entretien téléphonique avec l'utilisateur, de la gravité de la détérioration subie par le collimateur. La seule information qui est transmise est qu'une des plaques de protection est rayée. Il importe de se faire une idée plus précise de la détérioration subie. Un premier type d'expérimentations essayées a consisté à retourner les collimateurs, à les changer de place, au dessus du cristal détecteur en utilisant une symétrie de construction de ces collimateurs et de ces détecteurs. Par exemple, si le détecteur est rectangulaire, le collimateur est rectangulaire également, et on fait subir un demi-tour au collimateur. Dans ce cas on constate que l'image d'une source de radio-isotopes uniforme n'est pas une image uniforme. Dans un premier temps on a considéré que de tels résultats étaient significatifs de la détérioration du collimateur. Ceci n'est cependant pas vrai parce que cette uniformité résulte de l'uniformité globale de la machine, et non pas de celle du collimateur seul. Pour s'en convaincre, il suffit de faire la même expérience avec un collimateur neuf, que l'on intervertit, pour se rendre compte que l'image d'inversion n'est pas non plus uniforme. Une autre solution envisagée pour évaluer l'atteinte portée au collimateur a consisté à remarquer que les gamma-caméras sont utilisées dans des services médicaux qui en général bénéficient d'une installation radiologique. Il a alors été tenté de réaliser une image radiologique d'un collimateur placé à la place d'un patient sur une table d'examen d'un appareil de radiologie. Malheureusement, ce type d'investigation ne donne pas de bons résultats et est relativement cher. Il ne donne pas de bons résultats parce que la source de rayon X d'un appareil de radiologie est une source ponctuelle alors que dans la plupart des cas les collimateurs sont des collimateurs à trous parallèles. Pour produire un rayonnement pseudo parallèle, on a calculé qu'il faudrait que la source de rayon X soit distante de 5 ou 6 mètres du collimateur. Ceci est bien trop grand pour une installation de radiologie conventionnelle. Dans le cas où il s'agit de trous collimatés en oblique, il faut connaître la position exacte du foyer du tube à rayon X par rapport au collimateur, et il faut l'y placer ce qui n'est pas aisé à faire. Le résultat de cette incapacité à déterminer combien le collimateur a été abîmé conduit à des incompréhensions néfastes entre l'utilisateur et le service après vente. Dans l'invention on remédie à cet inconvénient en réalisant des plaques de protection qui ne sont plus métalliques et opaques mais qui sont en plastiques collées au réseau de trous et en partie transparentes à la lumière visible. D'une manière étonnante ces plaques en plastiques offrent une tenue mécanique voisine de celle des plaques métalliques opaques en aluminium. Ceci semble dû à une légère pénétration du plastique ou de la colle dans les trous qui assure du coup la cohésion. En étant alors transparente ces plaques autorisent la vision directe par transillumination de l'état des trous. Malgré la finesse de ces trous, il apparaît alors que l'oeil humain est susceptible de détecter, apres un léger entraînement, les défauts rédhibitoires résultant des agressions portées aux cloisons. De manière à faciliter la vision, on utilise une table lumineuse plane sur laquelle on pose le collimateur à plat et on inspecte celui-ci ligne à ligne, ou colonne à colonne, pour évaluer l'intégrité de ces cloisons. Cette table lumineuse est du même type que les tables lumineuses utilisées pour visualiser des radiographies. La puissance lumineuse de la table lumineuse est cependant plus forte. En pratique une table lumineuse de 80 centimètres par 40 centimètres est utilisée avec une puissance lumineuse installée de tubes au néon de 1 Kilowatt. Cette puissance lumineuse doit être adaptée en fonction du caractère en partie transparent, ou seulement translucide, des plaques de protection en plastique ajoutées. Dans l'exemple préféré de réalisation ces plaques de protection sont faites en PVC. Elles ont une épaisseur de 0,6 à 0,8 dixièmes de millimètres. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont données qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent - figures la et lb : des représentations respectivement en vue de dessus et en coupe d'un collimateur selon l'invention - figure 2a à figure 4 : des diagrammes montrant le traitement de signaux d'image servant à caractériser la qualité des collimateurs. La figure la montre une vue de dessus, en transparence, d'une partie d'un collimateur avec des trous tels que 1 montés en nid d'abeille et de préférence de forme hexagonale. Il est cependant possible d'avoir des trous d'autres formes La figure lb montre les mêmes éléments vue en coupe. Elle présente par ailleurs les deux plaques de protection 3 et 4 selon l'invention en partie transparentes ou au moins translucides. Des petits bourrelets de colle 5..et 6, ou la déformation mécanique des plaques 3 et 4, pénètrent légèrement à l'intérieur des trous au moment de la fabrication. Le collimateur est maintenu par un cadre 7. Pour son contrôle, le collimateur est destiné à être posé sur une table lumineuse 8 munie de préférence à sa surface d'une plaque en verre blanc diffusant de la lumière afin d'éclairer uniformément tous les trous. Pour l'examen il suffit de se placer au dessus de la plaque, à environ 40-80 centimètres : c'est tout à fait pratique et on voit très bien l'état du collimateur. Pour caractériser les collimateurs, on utilise selon un perfectionnement de l'invention un procédé consistant à remplacer l'oeil d'un observateur humain par un dispositif de numérisation d'image. En effet, la table lumineuse 8, par l'éclairement qu'elle provoque au travers du collimateur, projette une image. Cette image peut être numérisée. Cette numérisation se pratique de la même façon qu'on numérise une radiographie, ce type de numérisation est connu. Pour simplifier, on a représenté, figures 2a et 2b, ce qui peut se produire dans des lignes de l'image numérisée, lignes n et n-l, quand une rayure 9 a été faite dans le collimateur. Si cette rayure 9 est profonde, elle a légèrement écrasé les sommets des cloisons 2 à l'endroit de certains trous. Les lignes peuvent être choisies dans le sens de la largeur ou de la longueur du collimateur. Dans ce cas la quantité de lumière qui peut passer à travers le collimateur dans ces trous est moins grande que celle qui passe dans des trous voisins. Ceci est représenté par les diagrammes des figures 2a et 2b. Autrement dit pour chaque ligne d'image on obtient un signal en forme de créneaux dont certains créneaux ont un sommet moins haut que les autres du fait de l'atténuation de transmission qu'ils ont subie. Compte tenu de la périodicité de répartition des trous, le signal lumineux numérisé est normalement un signal parfaitement périodique sur toute la longueur du collimateur. Il est alors possible d'effectuer un calcul de transformée de Fourier mono-dimensionnelle ou bi-dimensionnelle, de ce signal lumineux de manière à faire apparaître, figures 3a et 3b pour chacun des points de cette image transformée, les composantes spectrales de la transformée de Fourier du signal étudié. L'image transformée, par transformée de Fourier bi-dimensionnelle discrète, de l'image acquise contient pour chacun de ses points d'images une partie réelle r et une partie imaginaire j. La partie réelle représente l'amplitude de la composante, la partie imaginaire représente sa phase. Le traitement pour obtenir ces images transformée bi-dimensionnelle est du type: FORMULE I i=P l=Q rhk = 1/P.Q 2 2 dilcos2ff(ih/P + lk/Q) i=l 1=1 pour la partie réelle et i=P l=Q jhk = 1/P.Q z Z dilsin27r(ih/P + lk/Q) i=l 1=1 pour la partie imaginaire. Dans ces formules h et k sont les coordonnées des éléments d'images dans l'image obtenue par trans illumination numérisation puis transformation, i et 1 sont les coordonnées des points de l'image acquise. On déduira facilement de cette formule la formule relative à une transformée de Fourier mono-dimensionnelle. Il suffit de considérer le signal dans une seule ligne dans l'image acquise. La transformée de Fourier bi-dimensionnelle peut aussi être optique. On interpose dans ce cas un système optique entre le collimateur et son image visible directement: celle-ci devient immédiatement une image visible de transformée de Fourier en temps réel. Un appareil pour produire une telle image de transformée de Fourier visible est notamment décrit dans l'article: "Videographic Tomography - Part I: Reconstruction with Parallel - Beam Projection Data" de Arthur F. GMITRO, Volker TRESP and Gene R. GINDI, publié le 4 Décembre 1990 dans IEEE transactions on Medical Imaging Vol 9, NO 4, pages 366-375, notamment pages 368 et suivantes. Si la répartition est parfaite, cette transformée de Fourier bi-dimensionnelle ne présente pour chaque point qu'une composante 10 caractéristique de la périodicité initiale des trous. Par contre, lorsqu'une rayure 9 a fait son effet, il apparaît des composantes parasites 11 et 12 représentative du dégât. On effectue un même traitement pour chaque ligne obtenant à chaque fois une fréquence centrale 13 et des composantes parasites 14 et 15. On peut rassembler par addition les résultats relevés pour chacune des lignes, et présenter en une courbe unique, figure 4, la somme des amplitudes de chacune des composantes relevées dans chacun des spectres. On obtient alors une courbe dont la forme est sensiblement celle d'une courbe de Gauss centrée sur une fréquence centrale correspondant à la périodicité des trous. Sur cette courbe de Gauss, il est possible de définir un écart type a, ou même une largeur à 3 db, c'est à dire une largeur pour laquelle l'amplitude des composantes parasites cumulées et égal à la moitié de l'amplitude de la composante centrale. On voit surtout apparaître des composantes de fréquence différentes, révélatrices de l'altération. Ces composantes de fréquences peuvent être filtrées pour quantifier cette altération. Un collimateur en bon état doit avoir ainsi un écart type faible. Dès que le collimateur est détérioré, son écart type s'accroît (au moins sur une petite zone). Le procédé perfectionné de mesure selon l'invention est une mesure objective qui vient corroborer une appréciation subjective et de routine que peut exécuter un opérateur par transillumination et vision directe. Cette technique a de plus l'avantage d'évaluer quantitativement le vieillissement des collimateurs. En effet, on peut mesurer régulièrement l'écart type ou la quantification et les comparer à un écart type ou une quantification initial. Lorsque l'on détermine une variation importante de cet écart type, par exemple de l'ordre de 5 %, on décide que le collimateur est usagé et doit être changé. La mise en oeuvre de la technique citée présente des inconvénients du fait de la résolution à mettre en oeuvre. En effet, vue la largeur d'une cloison, 0,2 millimètre, et vue la largeur d'un trou et le nombre de trous, 2 millimètres et 200 trous, on est confronté à un problème de précision du calcul des transformées de Fourier. En effet, les défauts sont de l'ordre du dix millième de la longueur totale du collimateur. Aussi, plutôt que d'utiliser un signal d'image représentatif de toute la longueur du collimateur, on utilise un signal d'image limité à une fenêtre, par exemple limité à une quinzaine de trous successifs. Pour chaque fenêtre, on peut calculer les spectres correspondants aux figures 3a ou 3b, en supposant que le signal se reproduit hors de la fenêtre identiquement à lui-même. Dans ce cas la précision des algorithmes de calculs existants est suffisante. Plutôt que de comparer les signaux avant et après tels qu'ils résultent par addition conformément à la figure 4 on peut également, fenêtre à fenêtre évaluer l'émergence des spectres parasites 11, 12, 14 et 15 et, ou, pour une même fenêtre correctement repérée, comparer son évolution dans le temps. REVENDICATIONS 1 - Collimateur de gamma caméra comportant un réseau plan de trous séparés par des cloisons, ce réseau plan étant inséré entre deux plaques de protection appliquées de part et d'autre, caractérisé en ce que ces plaques sont susceptibles de permettre un examen du collimateur par trans illumination. 2 - Collimateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques sont constituées par des feuilles de matière plastique, notamment du PVc. 3 - Collimateur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les plaques ont une épaisseur de 0,6 à 0,8 dixièmes de millimètre. 4 - Dispositif de contrôle de la qualité d'un collimateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une table plane d'éclairement à placer à plat contre le collimateur au moment de son contrôle, cette table d'éclairement étant munie au contact avec le collimateur d'un dispositif de diffusion de la lumière de façon à répartir uniformément cette lumière. 5 - Procédé de contrôle de l'état d'un collimateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que - on acquiert un signal de l'image d'une ombre en projection droite portée par des cloisons du collimateur, - on produit une transformée de Fourier de ce signal, - on compare les valeurs des composantes de cette transformée de Fourier acquise à une date donnée aux valeurs correspondantes acquises à une autre date ou en référence à une autre portion de collimateur. 6 - Procédé de contrôle selon la revendication 5, caractérisé en ce que - on acquiert un signal numérique de l'image d'une ombre en projection droite et en ce qu'on produit une transformée de Fourier bi-dimensionnelle de ce signal numérique. 7 - Procédé de contrôle selon la revendication 5, caractérisé en ce que - on acquiert un signal numérique de l'image d'une ombre en projection droite et en ce qu'on produit une transformée de Fourier mono-dimensionnelle de ce signal numérique. 8 - Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que - on calcule la transformée de Fourier d'un signal numérique correspondant à une fenêtre réduite de l'image totale du collimateur. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que - on fait glisser la fenêtre et on mesure l'homogénéité du collimateur en comparant pour chaque position de la fenêtre une valeur des composantes de cette transformée de Fourier acquise à une position donnée à des valeurs idéales.