Brevet FR2767261A1 — publié le 19990219

i DISPOSITIF DE DIAGNOSTIC AUX RAYONS X POUR L'EAORATION DE TOMOGRAPHIES PANORAMIQUES DE PARTIES DU CORPS D'UN PATIENT L'invention se rapporte à un dispositif de diagnostic aux rayons X qui est destiné à l'élaboration de tomographies panoramiques de parties du corps d'un patient et qui contient une unité tournante, avec une source de rayons et une caméra détectrice diamétralement10 opposée et comportant un détecteur CCD sensible aux rayons, et une unité de traitement d'images, avec un ordinateur, ainsi qu'une unité de reproduction. On connaît de tels dispositifs par exemple par EP-O 632 994 Ai et EP-0 634 671 Ai. La caméra détectrice y comprend un détecteur de rayons X, en une ou plusieurs parties, ayant une certaine largeur et une certaine hauteur adaptées à l'objet à radiographier (mâchoire, dent). Il est prévu comme détecteur un capteur CCD qui comporte de manière connue une zone d'image dont la20 dernière colonne de pixels correspond à un registre inactif. Avec une telle structure de détecteur, on ne peut pas produire ultérieurement, c'est-à-dire après le balayage de l'objet à radiographier, des positions de25 couches différentes avec une qualité d'image suffisamment bonne. La profondeur de champ d'un objet ne peut pas assez varier selon l'état de la technique pour que des couches pouvant être choisies ultérieurement à volonté puissent être reproduites avec netteté.30 L'invention a pour objet d'améliorer un dispositif de diagnostic aux rayons X du type mentionné en introduction de telle sorte que pratiquement, avec une tomographie panoramique effectuée mécaniquement, on puisse produire ultérieurement plusieurs couches pouvant35 être choisies à volonté et les reproduire avec netteté. En utilisant le dispositif de diagnostic aux rayons X selon l'invention, on peut, avec une tomographie panoramique élaborée une fois pour toutes pour une certaine partie d'image choisie, représenter5 ultérieurement avec netteté une couche pouvant être choisie à volonté. Ainsi, d'une part la profondeur de champ peut être modifiée et d'autre part, spécialement pour une petite profondeur de champ, c'est-à-dire pour un degré de flou élevé, la position du plan net peut être10 modifiée. Ceci est aussi valable pour des coupes dites transversales. Une commande partie par partie est aussi possible, c'est-à-dire que lorsqu'on s'intéresse par exemple à un seul objet, par exemple une dent de devant, on peut régler à l'optimum la profondeur de champ sur15 cette zone. Le détecteur peut avantageusement être constitué de plusieurs zones TDI qui sont agencées parallèlement et à distance les unes des autres et dont les images TDI sont traitées par calcul ultérieurement dans l'ordinateur.20 Le détecteur peut aussi avantageusement être conçu à partir de zones TDI qui correspondent seulement à une partie de la longueur de l'objet à radiographier. On peut aussi envisager de concevoir le détecteur de telle sorte qu'il contienne un premier groupe de zones TDI ayant une25 longueur correspondant à la hauteur d'image de l'objet à radiographier et au moins un autre groupe, agencé à côté, de zones TDI plus courtes et agencées mobiles jusqu'à la hauteur d'image de la première zone TDI. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, qui montrent: Figure 1: un schéma du dispositif de diagnostic aux rayons X selon l'invention, Figure 2: la structure de principe d'un détecteur 3 selon l'état de la technique, Figure 3: la structure de principe du détecteur selon l'invention, Figure 4: une variante de la mise en oeuvre de la figure 3, Figures 5 et 6: d'autres variantes, Figures 7 à 12: des dessins pour expliquer l'effet d'effacement par balayage et la profondeur de champ. On explique d'abord à l'aide de la figure 1 la structure générale du dispositif de diagnostic aux rayons X ainsi que les étapes de l'élaboration d'une tomographie panoramique. Une unité tournante 1 pouvant pivoter autour de la tête d'un patient qui n'est pas plus détaillé porte de manière connue une source de rayons 2 avec un diaphragme primaire 3 et une caméra détectrice 4 diamétralement opposée et comportant un détecteur CCD 5. Le faisceau de rayons X partant du foyer F de la source de rayons 2 est limité par le diaphragme primaire 3 et par un diaphragme20 secondaire non dessiné à la zone du détecteur CCD 5. Les signaux d'image produits par le détecteur CCD 5 sont envoyés à une unité de traitement préalable 6 dans laquelle ils sont comprimés. Pour la compression, on peut utiliser par exemple une comparaison de similitudes entre25 les signaux du registre inactif des zones TDI dans l'unité de traitement d'images 7 suivante, seuls les signaux de différences étant retransmis. On réduit ainsi la quantité de données à transmettre. L'unité de traitement d'images 7 comprend une mémoire numérique 8, dans laquelle les images individuelles sont mémorisées, temporairement ou non, un ordinateur 9 et un générateur d'image cumulée 10. Un dispositif d'affichage 11 et une unité d'entrée 12 sont raccordés à l'unité de traitement d'images 7. Au moyen de35 l'unité d'entrée 12, l'utilisateur peut modifier entre 4 autres le déplacement sur lequel on reviendra plus loin. Avant de détailler le détecteur prévu selon l'invention, on s'intéresse d'abord brièvement à un dispositif détecteur tel qu'il est prévu dans des5 appareils selon l'état de la technique. Dans la description suivante, on prend comme exemple un détecteur ayant une largeur (B) de 5 mm et une hauteur (H) de 150 mm. On prévoit aujourd'hui habituellement de telles dimensions de détecteur pour l'élaboration de10 tomographies panoramiques dans la zone de la mâchoire et des dents. Le détecteur selon la figure 2 est un CCD avec typiquement 100 pixels par ligne. Dans une marge, c'est- à-dire à côté de la zone d'image active, il y a habituellement une colonne inactive, désignée ici par A. Les signaux d'image produits dans la zone d'image CCD sont lus en mode TDI et sont traités en conséquence dans l'unité de traitement d'images suivante. La lecture en mode TDI et le traitement d'images sont décrits en détail20 dans le brevet européen 0 279 294. La figure 3 montre le détecteur 5 selon l'invention dans une première variante, les mêmes dimensions de détecteur (5 x 150 mm) étant utilisées pour permettre une comparaison avec un détecteur selon l'état de la25 technique. Le détecteur selon l'invention est divisé en un certain nombre (ici 10) de zones TDI de 500 gm de large une colonne inactive suivant chaque zone TDI. Chaque zone TDI comporte à peu près 10 pixels de 50 im et ensuite la30 colonne inactive. A la figure, les zones TDI sont désignées par Z et les colonnes inactives par A. Pour l'exemple de réalisation choisi avec une largeur de détecteur de 5 mm, on a donc 10 zones TDI (Z1 à Z10) avec autant de colonnes inactives (Al à A10).35 Le nombre choisi des zones TDI résulte en premier lieu de la profondeur de champ minimale souhaitée, c'est- à-dire d'une largeur de détecteur CCD au moins nécessaire. La largeur d'une zone TDI est déterminée à partir de la largeur de transmission du système selon le5 CCD, de la sensibilité du détecteur et de la résolution souhaitée du système. Dans le cas d'application considéré ici, les 10 zones TDI donnent une profondeur de champ ou épaisseur de couche de 1 à 2 mm environ. La sortie ("Output") des 10 zones TDI peut éventuellement en partie être mise en série sur la puce CCD selon la transmission de données souhaitée sur une ligne, c'est-à-dire selon le nombre de lignes de données qui peuvent être menées en parallèle jusqu'à la numérisation. Toutes les données correspondant à la15 sortie des 10 zones TDI sont comprimées dans l'unité de traitement préalable 6 et sont ensuite mémorisées dans l'unité de mémoire 8. Avant d'expliquer la formation d'une image et la sélection ultérieure d'une couche, on décrit trois variantes du détecteur selon l'invention. La figure 4 montre une variante selon laquelle l'ensemble du détecteur 5.1 est nettement plus large que celui représenté à la figure 3 et selon laquelle le détecteur est formé en alternance de puces CCD agencées25 parallèlement les unes aux autres de la manière représentée à la figure 3 et, entre ces puces CCD, des espaces libres F1, F2. L'ensemble du détecteur comporte donc cinq bandes qui ont chacune une largeur de 5 mm. La largeur totale B' vaut donc 25 mm. Après une première30 bande S1 avec 10 zones TDI (Z1 à Z10), on a un espace libre F1 (sans zone TDI) également de 5 mm de large, puis de nouveau une bande (S2) avec 10 zones TDI (Zll à Z20), et ainsi de suite. Des détecteurs larges conçus de cette manière permettent de produire des images de plus petite35 profondeur de champ. Cette possibilité est intéressante 6 notamment en combinaison avec la possibilité de déterminer la position de la couche nette par calcul après la radiographie. Le dispositif proposé avec des espaces libres produit des images avec une qualité5 d'image seulement un peu moins bonne qu'un dispositif dans lequel toute la surface est conçue comme une surface sensible. Le dispositif proposé est par contre avantageux au niveau du coût et a besoin d'une charge de dose réduite.10 Dans le dispositif précité, on suppose que l'effet d'effacement par balayage qui apparaît lors d'une tomographie se produit par superposition des images individuelles produites par les bandes Si à S3 avec un déplacement correspondant à la couche souhaitée. Tant que15 les structures à effacer et la largeur d'effacement sont suffisamment grandes, on obtient avec un détecteur ainsi conçu une image globale peu différente de celle d'un détecteur dans lequel les espaces libres F1, F2,... sont aussi occupés par des zones TDI. Des calculs pour le cas20 d'application considéré ont montré que des espaces libres de 5 mm sont acceptables. Pour éviter une irradiation inutile du patient, cette variante prévoit de concevoir le diaphragme primaire (position 3 à la figure 1) sous forme de25 diaphragme à grille en forme de bandes de telle sorte que les marges et les espaces libres du détecteur ne sont pas soumis à l'irradiation. La figure 5 montre une autre variante d'un dispositif détecteur (5.2) dans lequel la hauteur de puce (H') des trois bandes TDI (Si', S2' et S3') ne vaut qu'un tiers de la hauteur de détecteur (H) de la mise en oeuvre précédemment décrite. Les trois puces CCD sont agencées sur un cadre R qui est mobile dans le sens des flèches dans un dispositif de réglage non détaillé.35 La figure 6 montre un dispositif détecteur (5.3) 7 dans lequel une première puce CCD (en trois parties) est prévue avec une largeur (B) de 5 à 8 mm environ et avec une hauteur (H) de 150 mm environ et dans lequel deux autres puces sont prévues à côté, mobiles, de dimension B5 x H', comme décrit plus haut, de 5 x 50 mm environ et avec un écart latéral de 5 mm. Le dispositif de déplacement prévu à cet effet est muni de positions d'arrêt déterminées qui correspondent à des positions d'arrêt du diaphragme primaire (position 3 à la figure10 1). Une telle solution combinée est très avantageuse car le plus grand effet d'effacement par balayage permis par les autres puces (plus petite profondeur de champ) est nécessaire en général seulement dans une certaine partie d'une radiographie panoramique.15 On donne ci- dessous quelques informations pour l'explication de l'effet d'effacement par balayage ainsi que pour le choix de couche pouvant être effectué ultérieurement dans le cas de l'exemple d'un détecteur CCD selon la figure 3. Les observations se rapportant à20 cet exemple sont aussi valables, quant à leur principe, pour les variantes selon les figures 4 à 6. Pour les observations de la profondeur de champ, on prend pour simplifier les schémas comme objet à radiographier une sphère ayant un diamètre de quelques25 millimètres en supposant une largeur, typique pour une tomographie panoramique, de l'éventail des rayons, c'est- à-dire du diaphragme secondaire, de 5 mm. L'observation est basée sur la situation de tomographie classique, c'est-à-dire qu'on suppose que le foyer (F) de la source30 des rayons (position 2 à la figure 1) se déplace sur une droite tandis que le détecteur (5) reste immobile. Le foyer (F) se déplace alors avec une vitesse VF, la lecture des données d'image dans le détecteur s'effectue avec la vitesse de TDI VT. Si on considère la géométrie35 représentée à la figure 7, on obtient la relation 8 suivante dans laquelle d = distance foyer - détecteur dF2 = distance foyer - point d'objet K2 dD2 = distance détecteur - point d'objet K2 dD1 = distance détecteur - point d'objet K1 Pour VT = VF dD2/dF2, une couche K2 passant par le centre de la sphère se trouve exactement dans le plan net. La vitesse de K1 (d'une sphère en dehors du plan net) sur le détecteur vaut VK1D = VF dD1/dF1. La10 vitesse dans l'image animée TDI vaut VK1T = VF/dF2 (dD1 - dD2) = VF/dF2 dKlK2-. Un effacement par balayage apparaît tant que K1 est projeté sur le détecteur. K1 passe à la vitesse VK1D au- dessus du détecteur et est donc projeté sur celui-ci15 pendant le temps tDK1 = b/VK1D = b/VF dF2/dD1. Pendant ce temps, K1 est effacé par balayage de Iv = dKlK2 b/dD1 (b est la largeur du détecteur). Si on définit la couche nette comme étant la zone à l'intérieur de laquelle on a: flou dû au mouvement = flou du système (Us), la limite de la couche nette (T, profondeur de champ) est la distance dK1Kl pour laquelle IV = US. Par conséquent: US = T b/dD1 ou T = Us/b - dD1. Les observations ci-dessus permettent de conclure que: 1) Pour b = US, tout corps est à la profondeur de champ. 2) Pour Us/b = 1:50, cas habituel des tomographies panoramiques, on a pour dD1 = 50 mm une profondeur de champ T = 1 mm. Ceci correspond aux expériences pratiques car, selon la définition précitée de la profondeur de champ, c'est la zone dans laquelle il n'y a presque aucune perte de résolution. 3) Pour Us/b = 1:5, cas des zones TDI individuelles du détecteur selon la figure 3, on a avec dD1 = 50 mm une 9 zone de profondeur de champ de 10 mm. Comme celle-ci est valable des deux côtés, cette zone de profondeur de champ est suffisante pour reproduire avec netteté toutes les zones de la dent.5 On explique ci-dessous, à l'aide des dessins des figures 8 à 12, comment les images des zones TDI individuelles d'un détecteur selon la figure 3, qui ont chacune une très grande profondeur de champ, peuvent être composées par calcul ultérieur en des images de10 profondeur de champ réduite, la position de la couche nette pouvant être déterminée ultérieurement. Les images des zones TDI individuelles sont représentées aux figures 8 à 10. La figure 8 montre l'image de la zone 1, la figure 9 l'image de la zone 5 et15 la figure 10 l'image de la zone 10. Dans toutes les zones, K2 est reproduit nettement tandis que K1 et K3 sont légèrement flous. Dans les différentes images de zones, les images de K1, K2, K3 sont toutefois décalées différemment les unes par rapport20 aux autres. Pour des raisons de clarté, le flou est représenté de manière très exagérée. Si on additionne les images des zones 1 à 10 avec un décalage le long de la direction de balayage (déplacement) qui est choisi de telle sorte que K2 reste toujours à la même place, on obtient une image cumulée comme la montre la figure 11. Si on additionne avec un décalage qui est choisi de telle sorte que K1 reste toujours à la même place, on obtient une image cumulée comme la montre la figure 12.30 Il en va de même pour K3. On déduit de ce qui précède qu'un objet (K1, K2 ou K3) peut être représenté ultérieurement avec netteté suivant l'un ou l'autre des "déplacements". Ce faisant, l'image de K2 calculée ultérieurement est équivalente à une image qu'un détecteur aurait obtenue de manière classique (selon la figure 2). Les images de KI et K3 calculées ultérieurement sont seulement un peu moins nettes que celle de K2 correspondant à la grande profondeur de champ des zones5 TDI étroites du détecteur selon la figure 3. La variation ultérieure de la position de la couche peut par exemple être mise en oeuvre de telle sorte que l'utilisateur modifie dans un dialogue commandé par logiciel le déplacement entre les images de zones10 individuelles, par exemple en déplaçant un régulateur indiqué sur l'écran. L'image cumulée affichée est ensuite de nouveau calculée à partir des images de zones individuelles avec le déplacement ainsi modifié et elle est affichée sur l'écran.15 Le fait que les images des zones TDI individuelles peuvent être traitées par calcul ultérieurement peut aussi être exploité pour faire varier la profondeur de champ de l'image calculée, par exemple en n'incluant pas toutes les zones TDI dans le calcul.20 Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails25 peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de diagnostic aux rayons X qui est destiné à l'élaboration de tomographies panoramiques de parties du corps d'un patient et qui contient une unité tournante (1), avec une source de rayons (2) et une caméra détectrice (4) diamétralement opposée et comportant un détecteur CCD (5) sensible aux rayons, et une unité de traitement d'images (7), avec un ordinateur10 (9), ainsi qu'une unité de reproduction (11), caractérisé en ce que, en vue de la détermination ultérieure de la couche nette et/ou de la profondeur de champ, le détecteur CCD (5; 5.1; 5.2; 5.3) est constitué de plusieurs zones TDI étroites (Zl, Z2) avec des colonnes15 inactives (Ai, A2) dont les informations d'image sont lues individuellement et sont traitées par calcul dans l'unité de traitement d'images (7), la position de la couche pouvant être déterminée en faisant varier le déplacement des images individuelles à l'aide d'un20 dispositif d'entrée (12) agissant sur l'unité de traitement d'images (7). 2. Dispositif de diagnostic aux rayons X selon la revendication 1, caractérisé en ce que les données d'image de toutes les images sont comprimées dans une25 unité de traitement préalable (6). 3. Dispositif de diagnostic aux rayons X, notamment selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur (5; 5.1; 5.2; 5.3) est constitué de plusieurs zones TDI qui sont agencées parallèlement et à30 distance les unes des autres et dont les images TDI sont traitées par calcul ultérieurement. 4. Dispositif de diagnostic aux rayons X selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est prévu sur un support (5.1) plusieurs détecteurs individuels (Si, S2,35 S3) avec des espaces libres (F1, F2) agencés entre eux. 5. Dispositif de diagnostic aux rayons X selon la revendication 4, caractérisé en ce que les détecteurs individuels (Sl, S2, S3) et les espaces libres (F1, F2) ont une largeur de 3 à 10 mm, de préférence 5 mm.5 6. Dispositif de diagnostic aux rayons X selon la revendication 3, caractérisé en ce que le détecteur (5.3) contient une première zone TDI avec une longueur correspondant à la hauteur d'image (H) de l'objet à radiographier et au moins une autre zone TDI (Si'), plus10 courte et agencée à côté, qui est agencée mobile jusqu'à la hauteur d'image (H) de la première zone TDI (figure 6).