Brevet FR2752947A1 — publié le 19980306

MACHINE DE MEDECINE NUCLEAIRE La présente invention a pour objet une machine de médecine nucléaire utilisable aussi bien pour des acquisitions de données de mesure de type statique, o la machine est immobile par rapport au patient examiné, que pour des acquisitions de type dynamique o elle est mobile par rapport au patient. Les acquisitions dynamiques sont essentiellement des acquisitions servant pour élaborer des tomographies. Dans ces acquisitions le mouvement de la machine est le plus souvent une rotation de ses détecteurs autour du patient. Les détecteurs utilisés comportent une face d'entrée plane située au-dessus d'un collimateur, à trous divergents ou parallèles, droits ou obliques. Le collimateur est lui-même placé au dessus d'un scintillateur. Cet ensemble se superpose à un réseau de tubes photo-multiplicateurs. Les tubes photo- multiplicateurs sont par ailleurs électroniquement reliés à des circuits de détection et de calcul d'une image. L'image résulte de l'accumulation d'un comptage de nombre de coups se produisant à un endroit du scintillateur sous l'effet de photons gamma émis par le corps du patient et traversant le collimateur avant de se transformer en photons lumineux dans le scintillateur. L'invention a pour but de simplifier la réalisation de telles machines de manière à en abaisser le coût de fabrication. Pour effectuer des tomographies, il est connu de -30 devoir déplacer les détecteurs d'une machine de médecine nucléaire autour du corps du patient de manière à acquérir un certain nombre de vues selon des incidences devant se déployer dans au moins 180 . Pour accélérer l'acquisition des informations nécessaires à l'élaboration d'une image en tomographie, on a déjà imaginé de construire des machines avec deux, voire trois détecteurs, qui peuvent d'une part se rapprocher du patient pour tenir compte à la fois des tailles différentes de patients, et de la différence de présentation d'un patient selon qu'il est vu sur le côté, de face, de dos. Les machines sont d'autre part pourvues d'un statif qui porte les détecteurs et qui est susceptible de les faire tourner autour du corps du patient de manière à acquérir des vues selon toutes les incidences nécessaires. Le statif n'est pas statique, il tourne. Ces machines de type connu présentent l'inconvénient de nécessiter une cinématique complexe entraînant un coût de fabrication élevé. En effet le poids des détecteurs étant élevé, la manipulation de tels détecteurs ne peut être effectuées que si ceux-ci sont contrebalancés par des poids morts de poids comparables et qui eux aussi doivent être mis en mouvement. Le but de l'invention est donc de simplifier la conformation mécanique du statif et sa mise en mouvement. Dans l'invention, tout simplement, le détecteur sera être maintenu immobile, même pendant l'acquisition de tomographies. Dans ce cas son surcoût de fabrication est des plus réduits. Pour néanmoins résoudre les problèmes liés à la diversité des incidences nécessaires à la constitution de tomographies, la surface d'entrée du détecteur va être courbe. Elle va avoir une forme concave pour pouvoir contenir dans la cavité formée, au moins en partie, le corps du patient examiné. Le détecteur englobant alors, de préférence sur 180 , le corps du patient, toutes les incidences nécessaires sont acquises sans avoir à faire tourner le détecteur autour du corps du patient pour acquérir plusieurs vues successives. L'invention a donc pour objet une machine de médecine nucléaire comportant un détecteur muni d'une surface d'entrée pour recevoir des rayons gamma émis par le corps d'un patient situé en regard de cette face d'entrée, et de moyens de détection et de calcul d'une image résultant de cette réception, caractérisée en ce que la surface d'entrée du détecteur est courbe concave. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à 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: - Figure 1: une représentation schématique en perspective d'une machine selon l'invention; - Figure 2: une représentation schématique de mouvements élémentaires à cinématique simple auxquels peuvent être soumis les détecteurs de la machine de l'invention; - Figure 3: l'allure, vue de face, d'une machine selon l'invention avec son capot de protection; - Figure 4: une utilisation préférée de la machine de l'invention. La figure 1 montre une machine de médecine nucléaire conforme à l'invention. Elle comporte un détecteur 1 muni d'une face d'entrée 2. Cette face d'entrée 2 est la face par laquelle pénètrent des rayons gammas 3 émis par le corps d'un patient 4. Le patient 4 est situé en regard de la face 2. Le détecteur comporte des moyens de détection de type classique. Ces moyens de détection sont essentiellement, dans un exemple, un collimateur 5, un scintillateur 6 et un jeu 7 de photo-multiplicateurs tels que 8. Tout autre système de détection est cependant aussi envisageable. Notamment le détecteur peut ne pas posséder de collimateur, être du type PET: une bonne détection étant constatée par une détection simultanée sur deux détecteurs en vis à vis. De même les tubes 8 peuvent être remplacés par des détecteurs solides semi-conducteurs. Sous l'effet d'un photon gamma 3 qui traverse le collimateur 5, le scintillateur 6 émet un photon lumineux 9 dont l'énergie vient exciter les dynodes des tubes photo-multiplicateurs 8 du jeu 7. Les photo- multiplicateurs 8 délivrent alors sur leur anode un signal de sortie. Ces signaux de sortie sont collectés et traités par un circuit de traitement 10. Le circuit permet la localisation du lieu 11 o s'est produit l'émission gamma 3 dans le corps 4. Selon une caractéristique importante de l'invention la face d'entrée 2 du détecteur 1 est une courbe concave. Dans un exemple préféré la courbure de la face 2 est celle d'un cylindre dont la directrice est elliptique, en fait semi-elliptique, coupée selon un plan passant par le grand axe de l'ellipse. Les génératrices sont horizontales. Dans un exemple le grand axe de l'ellipse est de l'ordre de 1 mètre, le petit axe de l'ellipse est de l'ordre de 50 cm. Il apparaît qu'une telle excentricité est bien adaptée à la conformation du corps d'un gros patient 4 placé en situation allongée, sur le dos ou sur le ventre, sur un lit d'examen 12. La figure 1 montre encore un caisson-13 dans lequel est placé un autre détecteur, identique au détecteur 1, et possédant une face d'entrée 14 également en courbe concave, de préférence symétrique de la forme de la courbe de la face 2, par rapport à un plan horizontal 15 passant par le grand axe de l'ellipse. Plutôt que de prévoir une forme elliptique on peut prévoir des formes cylindriques circulaire ou aussi des ovales de formes différentes et pouvant s'approcher éventuellement mieux de la forme du corps des patients. La réalisation d'un détecteur comme le détecteur 1 ou celui contenu dans le caisson 13 nécessite dans certains cas la réalisation d'un collimateur. Dans un exemple, le collimateur sera au départ un collimateur plat d'épaisseur requise en plomb. Pour obtenir ce collimateur plat, on effectue des perçages de trous parallèles ou autres, répartis selon un choix correspondant au compromis de détection que l'on veut choisir. Une fois ces perçages effectués, on met en forme le collimateur ainsi percé autour d'un mandrin de forme ovale, elliptique ou circulaire. Cette mise en forme s'effectue par compression. Cette mise en forme est particulièrement aisée si le matériau du collimateur est du plomb. Selon une autre technique on peut mettre une feuille du matériau servant à réaliser le collimateur en forme autour du mandrin de section requise et effectuer les perçages après cette mise en forme. Au besoin la répartition des perçages dans le collimateur sera différente en fonction du rayon de courbure du collimateur. Par exemple dans les régions o le rayon de courbure est faible, régions 16 et 17 sur la figure 1, le nombre de trous pourra être plus élevé, la dimension des trous pouvant être plus faible que respectivement le nombre et-la dimension des trous situés dans la partie 18 o le rayon de courbure est plus grand. Si la forme est circulaire, de préférence la répartition des trous sera uniforme. Le scintillateur 6 contre lequel est placé le collimateur 5 sera de préférence un scintillateur obtenu par fraisage. Dans un bloc polycristallin de iodure de sodium ou de iodure de césium (qui est plus mou) on taillera par enlèvement progressif les parties inutiles correspondant à la cavité, et débordant de l'épaisseur requise. On peut fabriquer de cette façon des scintillateurs en 3/8ème de pouce, 1/2 et 3/4 de pouce et 1 pouce permettant, plus le cristal est épais, de gagner en sensibilité aux hautes énergies. Ceci est par exemple particulièrement utile si on utilise du fluorure 18 (fluorodesoxyglucose) émettant à 511 Kev, comme agent d'émission en l'injectant dans le corps d'un patient. Mesuré selon l'axe 19 du patient, le collimateur 5, le scintillateur 6, et évidemment le réseau 7 des tubes photo-multiplicateurs ont une longueur qui dépend de l'utilisation attendue de la machine. L'axe 19 est parallèle à la longueur du patient. Par exemple si la machine, sert à 60% à faire des examen de type corps entiers, à 30% des examen de type cardiaques, et à 10% des examen de type rénaux, on choisira, selon la richesse de l'acquéreur de la machine, une grande machine, avec une grande longueur (par exemple 1 mètre) ou une machine plus petite, moins longue. La longueur du cristal déterminera en fait l'efficacité de la machine. Par contre si, à 90% les examen sont de type cardiaque une petite machine pourra suffire. En variante, le scintillateur 6 sera forgé. Dans ce cas on utilisera de préférence un cristal à iodure de césium. Le forgeage sera effectué comme --pour la première réalisation évoquée pour le collimateur. Dans une autre variante encore le collimateur sera constitué d'un ensemble de plusieurs éléments de cristal à coller les uns aux autres. Si on place les tubes photo-multiplicateur 8 dans cet ensemble. Ce sera, comme dans l'état de la technique, en utilisant une structure portée par le caisson 13. De préférence les tubes seront collés par leur face d'entrée contre le scintillateur 6. Dans l'exemple, on dispose, le long du profil en section du détecteur, 24 tubes photo-multiplicateurs avec des faces d'entrée carrées de 8cm x 8cm. Sur une longueur de 1 m, on en dispose également 12. Le détecteur comporte alors 288 tubes photo-multiplicateurs. La figure 2 montre, dans une variante à deux détecteurs, une utilisation préféré de l'invention. Quand le patient 4 est de petite taille, on l'allonge sur une couche 12 adaptée à sa taille. Plutôt que de garder alors, comme sur la figure 1, les deux détecteurs en regard l'un de l'autre on va les déplacer latéralement. Le détecteur 1 placé au dessus est déplacé horizontalement vers la gauche, le détecteur 13 placé en dessous se déplaçant horizontalement vers la droite. Au besoin un seul des deux est déplacé. Le lit est inséré dans la cavité résultante. Dans ces conditions la cavité formée dans l'espace commun entre les deux courbes concaves des faces d'entrée des détecteurs se réduit. De cette façon on améliore la sensibilité: les détecteurs sont placés au plus près du corps du patient 4. Compte tenu que dans ce cas la forme elliptique n'est plus aussi bien adaptée à la taille réduite du patient (par exemple celle d'un enfant) on prévoit en outre, de préférence, de faire pivoter les détecteurs par rapport à des axes horizontaux. Le détecteur 1 peut par exemple pivoter autour d'un axe horizontal 20, parallèle à l'axe 19. Le détecteur 1 est alors porté par un arbre passant par l'axe 20 d'une part et par une suspension 21 d'autre part. Il peut aussi être porté par l'arbre 20 seul. La suspension 21 comprend, dans un exemple schématique, un crochet 22 qui s'agrippe sur le détecteur 1, une poulie 23 qui maintient le crochet 22, un chariot 24 passant dans le plafond d'un statif 25 (voir figure 3) de la machine et une poulie 26 soutenue par le chariot 24. Un câble 27 fixé à la poulie 26 et tournant autour de la poulie 23 et de la poulie 26 s'enroule sur un arbre motorisé par un moteur 28. Selon l'action du moteur, le détecteur 1 prend une inclinaison tendant à rapprocher ou à éloigner la face d'entrée 2 du corps du patient. Le moteur 28 est par exemple commandé par un jeu de boutons à la disposition d'un opérateur qui agit de telle façon que la machine soit placée le plus près possible du corps du patient 4. Au besoin, l'axe 20, plutôt que d'être placé à l'endroit de l'ovale qui a la plus grande courbure pourra être placé au sommet de l'ovale dans la région 18. L'avantage de la deuxième solution est que l'arbre 29 ainsi placé correspond à une situation d'équilibre du détecteur sur sa suspension. Dans ce cas, plutôt que de permettre une translation de l'axe 20, il faut permettre une translation verticale et horizontale de l'axe 29 pour permettre, en combinaison avec une rotation 30 le rapprochement du détecteur du corps du patient. Pour le caisson 13, un axe 31 est le pendant de l'axe 20 alors qu'un système de vérin 32 en appui sur le sol par un chariot 33 joue un rôle similaire à la suspension 21. Dans la position montrée sur la figure, le volume de la cavité résultant est réduite, la détection est meilleure. Au moment de l'acquisition des données de mesure utiles à l'élaboration d'une image de tomographie, il n'est pas nécessaire de faire tourner la machine de l'invention puisqu'on acquiert sans mouvement des informations provenant de toutes les directions. On peut alors mettre à profit les durées d'acquisition consacrées à chacune des vues de l'état de la technique antérieure pour acquérir avec l'invention une vue unique avec une dynamique plus grande: en restant plus longtemps dans la position unique de mesure. La figure 3 montre dans le statif 25 des ouvertures 34 et 35 ménagées dans une face avant de ce statif qui permettent le coulissement des axes respectivement 20 et 31. Les ouvertures 34 et 35 ne sont pas effectuées à la même hauteur. L'ouverture 34 est située plus haut. A la figure 4 on montre, dans un exemple d'utilisation de la machine selon l'invention avec un seul détecteur, une position préférée utilisée pour acquérir toutes les informations utiles à la constitution d'une tomographie du coeur 36 du patient 4. Dans cet exemple alors que la couche 12 a été élevée et déplacée vers la droite pour approcher le coeur du patient le plus possible de la face intérieure de la cavité, le détecteur 1 a été basculé de manière à ce que le grand axe de l'ellipse soit incliné de 45 par rapport à l'horizontale. Pour le calibrage de la machine, on peut se livrer à une modélisation mathématique des effets de la répartition des surfaces de détection des tubes photo- multiplicateurs à la surface courbe du détecteur. On peut, de préférence, placer des fantômes à la place du corps 4 et acquérir les images correspondantes, puis effectuer les corrections de la chaîne d'acquisition de manière à ce que les images obtenues soient le plus proches possibles des images théoriques. Pour des raisons de fabrication, il peut être difficile de réaliser des courbures fortes dans l'alignement du grand axe de l'ovale (zones 16,17). On peut alors se satisfaire de compromis avec des demi- coques non parfaitement demi-elliptiques mais possédant par exemple une pente 37 en extrémité (figure 2) qui n'est pas rigoureusement perpendiculaire 38 à la direction 39 du grand axe de l'ovale. Les corrections effectuées par le passage du fantôme permettent là aussi de pallier les distorsions de détection qui en résultent. Avec les solutions statiques, de la figure 1, ou après déplacement, de la figure 2, on arrive à réaliser une machine à très bon marché, il n'est plus nécessaire de réaliser les contre-poids et les dispositifs mécaniques correspondant et connus de l'état de la technique. En outre au moment de l'acquisition, comme rien ne bouge, il en résulte une meilleure précision du calcul de reconstruction des images. Enfin dans le cas d'une utilisation du type de celui de la figure 2, il est également possible de réaliser des collimateurs dont les trous sont orientés vers la section utile (et non pas vers les régions o le corps du patient ne se trouve pas) afin de compenser par avance un déficit de détection qui résulterait d'un détecteur radial. REVENDICATIONS 1 - Machine de médecine nucléaire comportant un détecteur (1) muni d'une surface (2) d'entrée pour recevoir des rayons (3) gamma émis par le corps (4) d'un patient situé (12) en regard de cette face d'entrée, et de moyens (5-10) de détection et de calcul d'une image résultant de cette réception, caractérisée en ce que la surface d'entrée du détecteur est courbe concave. 2 - Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte deux détecteurs (1,13) à surface d'entrée courbe concave, disposés l'un en face de l'autre pour recevoir le patient dans la cavité résultant de cette mise en vis à vis. 3 - Machine selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle possède un moyen (34,35) pour déplacer un détecteur en translation. 4 - Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que la translation est horizontale. - Machine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un détecteur possède un axe (20, 29, 31) de pivotement horizontal. 6 - Machine selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la forme courbe concave de la surface est celle d'un cylindre dont la directrice a une forme de demi ovale, de préférence semi- elliptique. 7 - Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que le grand axe de l'ovale a une dimension de lm et le petit axe une dimension de 0.5m. 8- Utilisation d'une machine selon l'une des revendications 1 à 7 dans laquelle, avant----d'acquérir des données de mesure, on incline le ou les détecteurs par rapport à l'horizontale (Figure 4).