Brevet FR2729814A1 — publié le 19960726

L'invention concerne un dispositif générateur radiologique, comportant une source de tension continue, un onduleur pour produire à partir de cette tension continue une tension alternative, un ensemble haute tension comportant un transformateur et un multiplicateur redresseur pour produire à partir de la tension alternative de l'onduleur une haute tension continue, un tube générateur de rayons X auquel cette haute tension est appliquée, une cuve contenant de l'huile pour assurer une isolation électrique et renfermant l'ensemble haute tension, ainsi qu'un système d'asservissement de l'onduleur au tube générateur de rayons X. L'invention concerne également un agencement générateur radiologique utilisant le dispositif générateur. On connaît déjà des dispositifs générateurs radiologiques de ce type. Ces générateurs sont conçus pour pouvoir travailler dans une gamme de fréquences ne dépassant généralement pas la valeur de 20 kHz. I1 en résulte une structure relativement encombrante et lourde du dispositif générateur, ce qui est un inconvénient considérable dans certains cas d'application du générateur, tel que par exemple dans le domaine dentaire lorsque le dispositif générateur doit être monté sur l'extrémité d'un mécanisme de bras articulés pour assurer un positionnement précis du générateur des rayons X. Le poids considérable de par exemple de 7 kg du générateur radiologique nécessite un mécanisme de bras d'une structure lourde et encombrante. La présente invention a pour but de proposer un dispositif générateur de rayons X, qui est d'un poids et d'un encombrement très faible par rapport aux dispositifs connus de façon à pallier les inconvénients de ceux-ci. Pour atteindre ce but, le dispositif générateur de rayons X selon l'invention est caractérisé en ce que les parties du dispositif, qui travaillent à une fréquence alternative sont conçues pour pouvoir fonctionner dans le domaine des hautes fréquences, avantageusement dans le domaine des centaines de kHz. Selon une caractéristique de l'invention, le transformateur haute tension est réalisé sous forme d'un transformateur miniaturisé du type à ferrite. Selon une autre caractéristique de l'invention, le cône assurant la distance de sécurité entre la source des rayons X et la peau de la personne à radiographier est au moins en partie placé à l'intérieur de la cuve. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 illustre, sous forme d'un schéma bloc, la structure d'un dispositif générateur de rayon X selon la présente invention - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'une cuve indiquée en II sur la figure 1 et renfermant la partie haute tension du dispositif générateur de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe le long de la ligne III-III de la figure 2 - la figure 4 est une vue en direction de la flèche IV de la figure 2, à une échelle réduite - la figure 5 est une vue en perspective d'un transformateur miniaturisé du générateur de rayon X selon la présente invention ; et - la figure 6 est une vue éclatée du transformateur selon la figure 5. La figure 1 montre, à titre d'exemple, la structure d'un dispositif générateur de rayon X qui est adapté pour pouvoir être branché en 1 sur une source de tension d'alimentation pouvant être le secteur. Le générateur comprend essentiellement à son entrée un circuit redresseur 2, un onduleur de puissance 3 relié à la sortie du redresseur 2 par l'intermédiaire d'un interrupteur 4, et une partie haute tension enfermée dans une cuve 5 contenant de l'huile minérale pour assurer l'isolation électrique. La partie haute tension comprend essentiellement, montée en série, un transformateur 6, un multiplicateur redresseur 7 et un tube générateur de rayons X 8. Le transformateur 6 est relié par son enroulement primaire 10 à la sortie de l'onduleur 3, par l'intermédiaire d'une self 11.Le dispositif générateur comprend en outre une électronique de commande de l'interrupteur 4, qui est indiquée en 13 et un dispositif d'asservissement 14 destiné à commander l'onduleur 3, comme cela est indiqué schématiquement sur la figure où l'onduleur est représenté sous forme d'un dispositif comportant quatre interrupteurs agencés en deux paires commandées par le dispositif d'asservissement 14. Ce dernier reçoit à une entrée 15 un signal de consigne de l'électronique de commande 13 et à une deuxième entrée 16 un signal de retour en provenance d'un diviseur de tension 17 monté entre la masse et l'anode 18 du tube générateur de rayons X 8. Le diviseur de tension 17 comprend deux résistances 19 et 20 dont le point de jonction est relié à l'entrée 16 du dispositif d'asservissement 14. Concernant le tube générateur 8 dont le fonctionnement est identique à une triode, on constate que sa cathode 21 est montée entre la masse et la sortie de tension continue d'un dispositif de chauffage de filament indépendant 22 dont l'entrée est reliée au secteur 1. On constate encore que la grille 24 du tube 8 est reliée, d'une part, à l'enroulement secondaire 25 du transformateur 6 et, d'autre part, à la masse, par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation 26. I1 est à noter que le tube générateur de rayon X 8, l'onduleur 3 et le dispositif d'asservissement 14 sont connus en soi et disponibles dans le commerce. Concernant le fonctionnement du dispositif générateur de rayons X selon l'invention, il est à noter que, pendant la phase de montée de la haute tension à la valeur requise de par exemple 60 KV ou 70 KV selon le choix de l'opérateur fait à l'aide de l'électronique de commande, le système d'asservissement fonctionne à la fréquence de résonance de par exemple 180 KHz. Lorsque la haute tension correspond à la tension de consigne, le système d'asservissement se met en mode d'entretien et travaille à une fréquence supérieure à la fréquence de résonance, pouvant aller par exemple jusqu'à la valeur de 300 KHz. Pour maintenir constante la tension appliquée au tube générateur de rayons X 8, le dispositif d'asservissement 14 commande l'onduleur à la fréquence appropriée qui assure ce maintien de la tension entre l'anode et la cathode du tube 8.Selon que l'énergie nécessaire doit être diminuée ou augmentée, les impulsions de puissance sont rapprochées et comprimées ou distancées et non comprimées, c'est-à-dire la fréquence du système d'asservissement augmente ou diminue. Le mode d'asservissement par variation de la fréquence des signaux de commande en provenance du dispositif d'asservissement 14 et ainsi de l'onduleur 3 et du transformateur 26 assure un asservissement linéaire. I1 est à noter que le dispositif d'asservissement 14 est conçu de façon qu'une augmentation de la fréquence s'accompagne d'une réduction du temps de conduction des éléments commutateurs de l'onduleur pour éviter des cours-circuits dans une même branche de l'onduleur. Etant donné la fréquence élevée du fonctionnement du générateur par exemple comprise entre 180 KHz et 300 KHz, le transformateur haute tension 6 peut être miniaturisé et son poids considérablement réduit. La fréquence de fonctionnement élevé du générateur a pour autre avantage que le signal haute tension fourni au tube 8 est pratiquement constant. Ainsi pour un même temps de pose, le rendement énergétique de la haute tension est plus importante que dans les systèmes traditionnels (environ 30% de plus en dose rayons X). En se référant aux figures 5 et 6, on décrira ci-après comme la structure d'un transformateur miniaturisé selon la présente invention. Le transformateur comprend essentiellement une carcasse 25 pourvue d'une partie centrale creuse cylindrique 26 de support des enroulements du transformateur et deux éléments en ferrite 27 et 28 présentant chacun la forme d'un E et configurée de façon à pouvoir être montés sur la carcasse de façon que leurs branches médianes de forme cylindrique s'emmanchent dans la partie de support d'enroulements 26 pour constituer le circuit magnétique. Les deux éléments en ferrite 27 et 28 sont verrouillables dans leurs positions montées sur la carcasse 25 à l'aide de deux agrafes de verrouillage 29 en forme d'un U. Chaque branche du U présente une lumière susceptible de s'engager sur une patte en saillie 31 de la carcasse. Comme il ressort de la figure 5, les enroulements primaire et secondaire indiqués en 33 et 34 sont juxtaposés sur la partie de support 26 et séparés par un élément annulaire d'isolation 35. L'utilisation de ferrite, rendue possible par la fréquence de fonctionnement élevée permet de réduire les dimensions du transformateur et assure ainsi l'obtention d'une induction suffisante, pour que les enroulements primaire et secondaire puissent être axialement juxtaposés au lieu d'être superposés radialement. La perte en qualité de couplage est ainsi compensée par l'augmentation de l'induction. La juxtaposition axiale procure encore l'avantage d'une isolation beaucoup plus simple. Comme on le constate sur la figure 1, et grâce à l'utilisation particulière du mode résonnant et de la fréquence de résonance élevée, le circuit résonnant ne comporte pas de condensateur. Le transformateur est construit de telle façon que le circuit de puissance résonne en partie sur la self primaire et supplémentaire 11, et en totalité sur la capacité formée par les enroulements primaire et secondaire du transformateur. D'autre part, le transformateur a été calculé au plus juste. Par exemple un tir de rayon X est déclenché de façon intermittante pendant 1 seconde toutes les 45 secondes. Ce calcul permet d'obtenir une taille très réduite du transformateur pour la puissance demandée qui est par exemple de 490 W et en tenant compte d'un rendement d'un facteur 0,6 de 816 W. En se référant aux figures 2 à 4, on décrira ci-après un mode de réalisation de la cuve du dispositif générateur de rayon X selon l'invention, avec la partie haute tension enfermée dans celui-ci. Comme il ressort clairement des figures, la cuve formée par une boîte métallique présente une forme générale cylindrique et est divisée par une cloison rapportée sensiblement diamétrale axiale 37 en deux compartiments 38 et 39, dont l'un, à savoir le compartiment 38 loge le tube générateur de rayon X 8, tandis que dans le compartiment 39 sont placés les autres composants de la partie haute tension du dispositif générateur, tel que notamment le transformateur 6 et le multiplicateur redresseur 7 avec ses condensateurs et des diodes haute tension. Ces composants sont montés sur une carte de circuit imprimé 40 elle-même fixée sur la cloison 37. Le cône habituellement utilisé dans le domaine des dispositifs générateurs de rayon X pour assurer la distance de sécurité minimale entre la source de rayon X et la peau de la personne de laquelle des images radiographiques doivent être prises est en partie intégrée dans la cuve. En effet une partie du cône qui porte la référence 41 s'étend sensiblement radialement au milieu de la cuve en face du foyer des rayons X 43 à l'intérieur du tube 8. La partie externe 42 du cône est montable en 47 par un dispositif de fixation à baïonette sur un embout encadrant le hublot 45. La partie du cône 41 est placé de telle façon qu'un faisceau de rayon X 44 orienté radialement puisse passer axialement à travers le cône et sortir de la cuve à travers un hublot 45.Un filtre 46 est prévu pour assurer que seulement des rayons durs puissent sortir tandis que les rayons mous sont retenus. Concernant le faisceau de rayon X 44 on constate que la paroi 37 présente une lumière de passage 48 des rayons, entre leur foyer 43 et l'extrémité inférieure 49 du cône 41. On constate encore que cette extrémité inférieure 49 est située relativement proche de la carte de circuit imprimé 40 et de la cloison 37. Comme il a été indiqué plus haut, la cuve contient de l'huile minérale pour assurer l'isolation électrique des composants haute tension. Cette huile remplit les deux compartiments 39 et 40. La cuve est fermée de façon étanche à ses deux extrémités. L'extrémité supérieure sur la figure est fermée par une membrane étanche élastique 50 sertie en 51 sur le corps de la cuve. L'autre extrémité de la cuve comporte les moyens de fixation 53 sur un support, par exemple sur l'extrémité de l'agencement de support à bras articulés à compensation du poids de la charge utilisant à cette fin des vérins à gaz, tel que décrit dans la demande de brevet français No. 93 07 702 déposée le 28 Juin 1993. En effet, grâce à la miniaturisation du transformateur haute tension le poids de la cuve selon l'invention peut être réduite à 2,2 kg.Ce faible poids permet d'exploiter de façon maximale les propriétés très avantageuses de cet agencement de support. On obtient ainsi un ensemble assurant une grande précision de positionnement du générateur de rayon X avec un agencement de support d'une structure très simple et légère. Au sujet de la cuve, il est encore à mentionner qu'elle est pourvue d'un dispositif de connexion électrique 54 qui est représenté sur la figure 4 et assure un passage étanche des connexions à travers la paroi de la cuve. Concernant le diviseur de tension 17, ses résistances sont réalisées sous forme de pistes sur une plaque de support indiquée en 55 sur la figure 2 et réalisée avantageusement en céramique. I1 ressort de la description qui vient d'être faite que le dispositif générateur de rayon X présente les deux avantages majeurs liés au fonctionnement du générateur à des fréquences élevées dans la gamme des centaines de KHz, à savoir celui d'une miniaturisation du transformateur haute tension entraînant la possibilité de réduire aussi les dimensions de la cuve et le poids de l'ensemble et celui de la diminution de la longueur du cône à l'extérieur de la cuve en plaçant le tube constituant la source des rayons X dans une zone proche de la périphérie de la cuve et en orientant le faisceau des rayons X radialement dans la cuve au travers de la cloison et de la carte de support des composantes électriques et électroniques. Ainsi une importante partie de la distance de sécurité que le cône a pour fonction de garantir se trouve à l'intérieur de la cuve. Grâce à ces deux caractéristiques essentielles et particulièrement avantageuses de l'invention, le dispositif générateur de rayon X selon l'invention constitue un ensemble qui n'a pas seulement un faible poids mais présente également un très faible encombrement. REVENDICATIONS 1. Dispositif générateur radiologique, du type comportant une source de tension continue, un onduleur pour produire à partir de cette tension continue une tension alternative, un ensemble haute tension comportant un transformateur et un multiplicateur redresseur pour produire à partir de la tension alternative de l'onduleur une haute tension continue, un tube générateur de rayons X auquel cette haute tension est appliquée, une cuve contenant de l'huile pour l'isolation électrique et renfermant l'ensemble haute tension, ainsi qu'un système d'asservissement de l'onduleur au tube générateur de rayons X, caractérisé en ce que les parties du dispositif, qui travaillent à une fréquence alternative sont conçues pour pouvoir fonctionner dans le domaine des hautes-fréquences, avantageusement dans le domaine des centaines de KHz. 2. Dispositif générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transformateur haute tension (6) est réalisé sous forme d'un transformateur miniaturisé du type à ferrite (28). 3. Dispositif générateur selon lune des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une partie du cône (41) assurant la distance de sécurité entre la source des rayons X (43) et la peau de la personne à radiographier est intégrée à l'intérieur de la cuve (5). 4. Dispositif générateur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le transformateur miniaturisé comprend deux éléments en ferrite (27, 28) qui sont montés sur la carcasse (25) et maintenus en place à l'aide d'agrafes à fixation rapide (29). 5. Dispositif générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les enroulements primaire et secondaire (33, 34) sont axialement juxtaposés sur le support d'enroulement (26) de la carcasse (25) du transformateur (6). 6. Dispositif générateur selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la capacité du circuit raisonnant est essentiellement constituée par la capacité des enroulements primaire (33) et secondaire (34) du transformateur (6). 7. Dispositif générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'asservissement (14) comporte deux entrées (15, 16) reliées respectivement à une électronique (13) d'application de signaux de consigne et à un diviseur de tension (17) monté entre l'anode et la cathode du tube générateur de rayons X (8) et deux sorties de commande de l'onduleur (3) à des fréquences variant en fonction du résultat de la comparaison entre les signaux aux entrées (15, 16) du dispositif d'asservissement (14). 8. Dispositif générateur selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la cuve (5) comporte une cloison (37) qui est parallèle à l'axe de la cuve et sépare l'espace interne en deux compartiments (38, 39) logeant respectivemnt le tube générateur de rayons X (8) d'une part, et une plaque de circuit intégré (40) portant le transformateur (6) et le multiplicateur redresseur (7) ainsi que la partie du cône de sécurité (41), d'autre part. 9. Dispositif générateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie du cône de sécurité (41) s'étend radialement à l'intérieur de la cuve et en ce que la cloison (37) et la plaque de circuit imprimé comporte des lumières (48) de passage du faisceau de rayons X (44). 10. Dispositif générateur selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la cuve comporte un hublot (45) de sortie du faisceau des rayons X. 11. Dispositif générateur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la partie de cône extérieur (42) est montable sur un embout au niveau du hublot (45). 12. Dispositif générateur selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le diviseur de tension (17) est réalisé sous forme d'une plaque de support (55) portant des pistes constituant les résistances (19, 20). 13. Agencement générateur de rayons X, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif générateur de rayons X selon l'une des revendications précédentes et un dispositif de support à bras articulé à compensation du poids pourvu de vérins à gaz.